CC BY
83СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ
УДК 622.691.4
С.А. Наволоцкий, ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород» (Нижний Новгород, РФ),
Д.Н. Лисенков, Учебно-производственный центр ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород» (Арзамас, РФ), [email protected]
А.В. Новосельцев, ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород», [email protected] И.М. Хабибуллин, ООО «НПП «Авиагаз-Союз+», [email protected]
В статье рассмотрены пути повышения надежности газораспределительной станции. Выделены применяемые в настоящее время способы резервирования технологического оборудования, указаны их недостатки и дан вариант решения. Предложена схема компоновки технологических узлов, повышающая надежность газораспределительной станции и снижающая стоимость жизненного цикла объекта. Приведены результаты реализации предложенной компоновки при проектировании и строительстве автоматической газораспределительной станции нового поколения специалистами ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород».
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ, АВТОМАТИЧЕСКАЯ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ, РЕЗЕРВИРОВАНИЕ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ.
Газораспределительная станция (ГРС) - конечный элемент системы дальнего транспорта газа. По функциональному назначению это комплекс операций по очистке, подогреву, снижению давления, учету и одоризации газа, для окон -чательного приведения в соответствие с требованиями стандартов к бытовому газу. Безотказность оборудования и надежность его работы напрямую влияют на непрерывное обеспечение населения и промышленности энергоносителем.
Основные технические и организационные решения обеспечения жизненного цикла ГРС сформированы еще в прошлом веке на этапе формирования газовой промышленности и за все это вре -мя не претерпели существенных изменений.
Развернутая в ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород» работа, направленная на оптимизацию затрат и повышение экономической эффективности производ-
ства, сделала актуальным вопрос совершенствования устаревших подходов при проектировании, строительстве и эксплуатации ГРС.
Повышение требований к качеству, эффективности и надежности поставок газа потребителю заставляет специалистов эксплуатирующей организации находиться в постоянном поиске нетривиальных решений.
Надежность ГРС формируется на трех этапах: до эксплуатации, при производстве и во время эксплуатации. Рассмотрим особенности первого этапа.
На стадии проектирования среди мероприятий по повышению надежности отметим следующие направления: системные, схемные и конструктивные.
Системное направление включает экономические и организационные процедуры, которые бы стимулировали к повышению надежности и осуществлению соответствующих технологических мер. В их числе: подбор и обоснование этапов тех-
нического обслуживания, выбор ключевых критериев надежности, нормирование надежности, определение требований надежности к каждому элементу системы, принятие соответствующей программы по обеспечению надежности. От описания этих взаимосвязанных процессов будет зависеть то, что мы получим на конечном этапе. Но следует учитывать, что эквивалент затрат, связанный с разработкой и проектированием оборудования совместно с затратами, понесенными при эксплуатации, не должен быть больше эквивалента затрат, которые пошли на обеспечение необходимых технических характеристик оборудования.
Схемные решения содержат процессы, увеличивающие надежность объектов за счет доводки ключевых принципов, на базе которых происходит построение этого оборудования.
Конструктивное направление включает подбор элементов будущей схемы, рассматривает
S.S. Navolotsky, Gazprom transgaz Nizhny Novgorod LLC (Nizhny Novgorod, Russian Federation),
D.N. Lisenkov, Production and Training Center Gazprom transgaz Nizhny Novgorod LLC (Arzamas, Russian Federation), [email protected]
A.V. Novoseltsev, Gazprom transgaz Nizhny Novgorod LLC, [email protected] I.M. Khabibullin, LLC «SPE «Aviagaz-Soyuz+», [email protected]
Ways to enhance reliability of automatic gas distribution station
The paper focuses on ideas of how to improve reliability of a gas distribution station. The authors feature out currently used process equipment redundancy methods, their weak points and alternate solutions. Layout of process units designed to increase reliability of gas distribution station and bring down the life cycle cost of a facility is put forward. The article reports results of implementation of the layout applied by specialists of Gazprom transgaz Nizhny Novgorod LLC in design and construction of a brand new automatic gas distribution station.
KEYWORDS: GAS DISTRIBUTION STATION, AUTOMATIC GAS DISTRIBUTION STATION, REDUNDANCY, PROCESS EQUIPMENT.
наиболее эффективные эксплуатационные условия, предусматривает технические решения, повышающие ремонтопригодность изделия, и т. д. На практике надежность оборудования складывается из следующих компонентов: сведенное к минимуму число элементов, требующих дополнительного обслуживания при минимальной функциональной нагрузке, и равномерное распределение наработки узлов.
Для повышения надежности автоматической газораспределительной станции (АГРС) был использован известный в теории надежности «принцип избыточности», предусматривающий использование в схемах дополнительных элементов сверх необходимых. Частным случаем избыточности служит резервирование, т. е. создание и включение в схему дублирующих элементов.
Метод резервирования рассматривается более детально, т. к. с его помощью возможно гибко добиться требуемых показателей надежности как в электронике, так и в газораспределении.Зачастую вид резервирования зависит от типа конкретного проектного решения, таким образом,различают следующие виды избыточности:
- структурная избыточность предусматривает введение в систему дополнительных узлов, блоков, изделий - структурных элементов конечного агрегата;
- функциональная избыточность, когда на одно изделие возлагается ряд дополнительных функций [1, с. 203].
Нередко проектом сразу учитывается комбинация схем резервирования. Это приводит, как правило, к увеличению массога-баритных показателей конечного изделия.
Использование избыточных приборов или изменение их функциональности для поддержания безотказной работы одного или группы изделий будем называть резервированием.
Когда речь идет о резерве, подразумевается наличие в первую очередь рабочего (основного) оборудования. Например, у одного потребителя может быть предусмотрено несколько резервных источников.Рассмотрим основные виды резерва.
Выделим три состояния резерва, применяемых для повышения надежности узла редуцирования:
- горячий резерв - линия редуцирования находится в работе, также как и рабочая линия;
- облегченный резерв - резервная линия в нормальном режиме является закрытой и находится в «ждущем режиме», управляющее давление подается, и линия вступает в работу автоматически при достижении давлением на выходе определенного порога настройки;
- холодный резерв - резервная линия отключена арматурой, и ее настройка или включение производится в ручном режиме.
Горячий резерв по уровню надежности сопоставим с основной линией, поскольку эксплуатация обеспечивается в одинаковых условиях.
Облегченный резерв повышает безотказность системы и обеспечивает защиту станции от падения давления на выходе ГРС. В случае с холодным резервом за основу берется предположение, что надежность максимальна, т. к. отсутствует наработка, но в нашем случае требует вмешательства обслуживающего персонала и считается неприемлемой.
При отказе одного из изделий ре -зервированием удается добиваться достаточно высоких показателей надежности.
Резервирование предполагает параллельное и последовательное соединение оборудования.
Параллельное - обвязка обеспечивает работоспособность до момента выхода из строя последнего параллельного элемента. Надежность узла в данном случае выше надежности каждой составной части в отдельности.
Последовательное - отказ одного оборудования на линии приводит к остановке системы и исключает бесперебойность. Надежность узла в данном случае ниже
Вход газа Gas inlet
Одоризация Odorization
Выход газа Gas outlet
CXI Кран IX Задвижка Valve Gate valve
Кран трехходовой Регулятор давления © Газовый счетчик Three-way valve Pressure valve Gas meter
< Фильтр газа ^ Предохранительный клапан ж Подогреватель газа Gas filter Safety valve Gas heater
Рис. 1. Традиционная схема расположения узлов ГРС Fig. 1. Standard layout of GDS process units
Вход газа Gas inlet
Одоризация Odorization
Выход газа Gas outlet
M Кран tw Задвижка Valve Gate valve
Three-way valve
Регулятор давления € Газовый счетчик Pressure valve Gas meter
< Фильтр газа ^ Предохранительный клапан ш Подогреватель газа Gas filter Safety valve Gas heater
Рис. 2. Реализованная компоновка узлов АГРС нового поколения Fig. 2. Implemented layout of brand new AGDS process units
Рис. 3. Количественные показатели эффективности предложенного схемного решения
Fig. 3. Quantitative performance factors of the suggested layout solution
Сварных соединений, %
Welded joints, % Соединительных деталей, %
Couplings, % Трубопроводной арматуры, %
Pipe fittings, %
■ Предложенное схемное решение Suggested layout solution ■ Традиционная схема Traditional layout
надежности каждой составной части в отдельности.
Рассмотрим виды резервирования, применимые в узлах ГРС при стандартном схемном решении (рис. 1).
Параллельный холодный резерв предусмотрен в узле очистки и узле учета газа. Параллельный облегченный резерв присутствует у узла редуцирования. Подогреватель не имеет резерва, но имеет бай-пасную линию, дающую возможность работы станции, минуя узел в случае его отказа.
Особенность узла редуцирования -применение последовательного облегченного резервирования как одного из способов защиты от превышения давления, получившего название «регулятор-монитор». При разработке технического задания была отмечена избыточность по запорной арматуре, снижающая показатель надежности станции. Авторами предложен метод параллельного резервирования объединенной группы узлов, при котором узлы очистки, подогрева и редуцирования газа объединяются последовательно без промежуточной запорной арматуры в одну (основную) технологическую линию. Резервное однотипное оборудование компонуется в параллельно расположенную (резервную) линию (рис. 2). Параллельное резервирование технологической линии, состоящей из трех последовательно расположенных узлов, позволило уменьшить количество запорной арматуры (за счет исключения промежуточных кранов). Избыточная арматура отмечена красным цветом (рис. 1). Также произошло уменьшение количества фланцевых соединений, что, в свою очередь, дает мультипликативный эффект по надежности и ресурсу:
- снижение металлоемкости изделия;
- снижение количества соединительных деталей;
- снижение количества сварных соединений;
Рис. 4. Технологический блок АГРС нового поколения «Новая Александровка» Fig. 4. Process unit of a brand new AGDS «Novaya Aleksandrovka»
- уменьшение вероятности утечек газа;
- дистанционное попеременное переключение линий позволяет обеспечить равномерный износ оборудования и, таким образом, увеличить ресурс;
- сокращение единиц оборудования уменьшает вероятность отказа системы в целом (рис. 2);
- снижение эксплуатационных расходов.
Расположение счетчиков газа после обводной линии обусловлено
стремлением повысить точность и объективность коммерческого учета при всех режимах работы. Данное техническое решение было реализовано специалистами производственного отдела ГРС ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород» при строительстве АГРС нового поколения и при выполнении в 2018 г. капитального ремонта ГРС «Новая Александровка» Починковского линейного управления. Совместная работа специалистов ООО «Газпром трансгаз Нижний
Новгород» и ООО «НПП «Авиагаз-Союз+» над поиском оптимального решения на стадии проработки проекта и последующая его реализация позволили достигнуть существенных результатов в эффективности новой АГРС (рис. 3).
Сравнительный расчет показателей безотказной работы трубопроводной арматуры для реализованного проекта оказался на 0,21 % выше в сравнении со стандартным, предложенным первоначально схемным решением [3, с. 19]. ■
ЛИТЕРАТУРА
1. Беляев Ю.К., Богатырев В.А., Болотин В.В. и др. Надежность технических систем: справ. / под ред. И.А. Ушакова. М.: Радио и связь, 1985. 608 с.
2. Шашурин В.Д., Башков В.М., Ветрова Н.А., Шалаев В.А. Надежность технических систем. Резервирование, восстановление: учеб. пос. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 60 с.
3. СТО Газпром 2-2.3-292-2009. Правила определения технического состояния магистральных газопроводов по результатам внутритрубной инспекции. М.: ООО «Газпром экспо», 2009. 16 с.
4. СТО Газпром 2-2.3-1081-2016. Газораспределительные станции. Общие технические требования. М.: ПАО «Газпром», 2016. 117 с.
5. СТО Газпром 2-3.5-051-2006. Нормы технологического проектирования магистральных газопроводов. Раздел 9 «Газораспределительные станции» [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://files.stroyinf.ru/Data1/49/49848/(дата обращения: 16.06.2019).
REFERENCES
(1) Belyaev YuK, Bogatyrev VA, Bolotin VV, et al. Reliability of process systems: reference book / under the editorship of IA Ushakov. Moscow. Radio and communication (Radio i Svyaz). 1985; 608. (In Russian)
(2) Shashurin VD, Bashkov VM, Vetrova NA, Shalaev VA. Reliability of process systems. Redundancy, reconditioning: study guide. Bauman Moscow State Technical University Press. 2009; 60. (In Russian)
(3) STO Gazprom 2-2.3-292-2009. Guidelines for assessment of the technical status of gas mains based on inline inspection results. Gazprom Expo LLC. 2009; 16. (In Russian)
(4) STO Gazprom 2-2.3-1081-2016. Gas distribution stations. General technical specifications. PJSC Gazprom. 2016; 117. (In Russian)
(5) STO Gazprom 2-3.5-051-2006. Technological design standards for gas mains. Part 9. Gas distribution stations. Available from: https://files.stroyinf.ru/ Data1/49/49848/[Accessed 16th June 2019]. (In Russian)
