CC BY
0
ТЕХНИЧЕСКОЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ
Хейрабади Газаля Мусави Саида
Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности (Азербайджан, г. Баку)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-4-5-157-164
Аннотация. В общей системе функционирования службы технического обслуживания и ремонта операции техническая диагностика за нефтепромысловой техникой занимают особое место. В условиях непрерывного усложнения конструкций и быстрого расширения номенклатуры нефтепромысловых машин и оборудования от полноты, своевременности и результативности операций техническая диагностика и достоверности прогнозирования работоспособности узлов и деталей зависят не только наиболее важные технико-экономические показатели работы служб технического обслуживания и ремонта (трудоемкость, стоимость, продолжительность), но и экономика эксплуатации в целом. Исходя из этого функции технической диагностики должны осуществляться планомерно и независимо от проведения плановых ремонтных работ. Они должны основываться на базе методов технической диагностики.
Ключевые слова: технического обслуживания, нефтепромысловых машин, оборудования, ремонтных операций.
Содержание и общие задачи технической диагностики
Техническая диагностика - это относительно новое направление в области исследования машин и оборудования, определяющее методы и средства обнаружения отказов и повреждений, причин их возникновения, признаков распознавания и методов оценки. Это современное направление предупредительного обследования (преимущественно без разборки) узлов и агрегатов.
Под диагностированием в современном представлении понимается определение технического состояния машины по косвенным параметрам и косвенным признакам.
При диагностировании ставится задача определения технического состояния механизмов, проверки их работоспособности, определения и прогнозирования остаточного ресурса и безотказности составных частей, оперативного обнаружения неисправностей.
Таким образом, диагностирование -важный этап получения информации о техническом состоянии оборудования, обеспечивающем возможность эффектив-
ного управления процессами технического обслуживания и ремонта. Поэтому весьма важно, чтобы объем и содержание планируемых ремонтных операций определялись данными проведенного диагностирования, а также чтобы глубина, содержание и конкретные задачи диагностирования в каждом случае вызывались непосредственными задачами соответствующего вида технического обслуживания и ремонта.
Для освоения принципов технического диагностирования в сфере эксплуатации нефтепромыслового оборудования применительно к каждому виду оборудования должны быть разработаны конкретные методы и созданы соответствующие технические средства диагностики, что при обширной номенклатуре нефтепромыслового оборудования весьма сложно. Методы и средства, относящиеся к техническому диагностированию в нефтяной промышленности, достаточно полно разработаны для эксплуатации скважинных штанговых насосов.
Информация о техническом состоянии насосов быстро устанавливается на основе динамометрирования, которое позволяет
определить такие параметры работы плунжерного насоса, как герметичность приемной и нагнетательной частей насоса, степень заполнения цилиндра, правильность посадки плунжера, обрывы штанг, заклинивание плунжера и др. Для различных нештатных технических состояний установлены типовые динамограммы, позволяющие диагностировать дефект или отказ.
Однако сами по себе графоаналитические закономерности, характеризующие состояние объекта и составляющие методическую основу диагностирования повреждения, еще не указывают на использование принципов технического диагностирования.
Техническая диагностика машин и оборудования предполагает определенную систему организации диагностирования. Полную информацию о состоянии всех элементов сложных технических систем, каковыми являются, например, нефтепромысловые агрегаты, можно получить на основе вполне определенной последовательности в выполнении проверок, входящих в программу диагностирования.
Различают субъективный и объективный поиск отказов и повреждений. При субъективном поиске диагностические параметры определяются на основе опыта и навыков исполнителя. Как правило, при этом устанавливаются качественные оценки в основном с применением универсальных средств. Объективный метод предусматривает обязательное установление количественных оценок на основе контрольно-измерительных приборов, стендов, специального инструмента.
Поэтому система технического диагностирования определяется совокупностью трех компонентов:
1) теоретических закономерностей и методов эффективного поиска и установления повреждений;
2) системы организации технологических операций диагностирования;
3) технических средств диагностики.
Сточки зрения использования результатов различают следующие виды диагностики:
- функциональную - проводимую для оценки эксплуатационно-технического состояния оборудования по эффективности работы;
- структурную - для выявления количества и характера повреждений в элементах оборудования;
- причинную (генетическую) - осуществляемую в связи с обнаружением повреждения или возникшим отказом;
- прогностическую - проводимую для оценки остаточного ресурса или предсказания возможного состояния оборудования к определенному сроку.
- методическую - осуществляемую для выработки эффективных способов и приемов устранения повреждений или испытания технических средств.
Для каждого класса машин и оборудования, рассматриваемых как объект диагностики, можно составить диагностические модели, описывающие количественную связь между характеристиками диагностических сигналов и состоянием оборудования. Для многих видов нефтепромыслового оборудования (плунжерные и поршневые насосы, станки-качалки и т.д.) диагностические программы последовательного поиска повреждений и отказов могут быть разработаны по обоснованной многолетней практикой совокупности диагностических признаков. В качестве примера на рисунке 1 приведена функциональная схема и структура (граф) программы поиска неисправностей и диагностирования станка-качалки. Элементы функциональной схемы (большие прямоугольники) изображают функциональную взаимосвязь важнейших составных частей станка-качалки: подвески (П), головки балансира (ГБ), балансира (Б), траверсы (Т), шатунов (Ш), кривошипов (К), стойки (С), рамы (Р), редуктора (РД) и привода (ПР). Перечисленные детали и составные части соединяются шарнирными сочленениями, подшипниковыми опорами, болтами (малые прямоугольники). Отдельные составные части и соединительные элементы можно выделить в самостоятельные группы (1-У), которые характеризуются некоторым набором количественных и качественных параметров, определяющих его
состояние (или возможное отклонение от него) и в совокупности составляющих диагностические сигналы. Например, уровень температуры или шума в редукторе, величина наибольшего смещения оси подвески, уровень вибрации стойки или рамы и т.д.
Стрелками обозначена программа осмотра и контроля за состоянием, трудоемкость которых обусловлена суммой трудоемко-стей контроля всех элементов, входящих в каждую ветвь с учетом сложности и оснащенности диагностирования 1-го элемента.
Рис. 1. Функциональная схема (а) и структура поиска неисправностей (б) в станке-качалке
Если известны вероятности отказа элементов дц то, определяя для каждого ьго элемента отношение У=д1/(1-д0 можно, пользуясь функциональной схемой (см.
рис. 1), определить оптимальную стратегию контроля исходя из минимального среднего времени, необходимого для поиска неисправности:
T = 1
Л
V
IV
V i=1 у
I >,
j-i
где т-число ветвей программы контроля; 1 - множество элементов, составляющих ]-ю ветвь; 1] - время (продолжительность) обнаружения повреждения ]-й ветви.
m
i=1
Таблица 1. Виды функциональной информации и их содержание для диагностирования
систем и элементов
Вид функциональной информации Содержание
Параметрическая Параметры рабочей характеристики изделий; грузоподъемность, производительность, частота вращения и др.
Геометрическая Точность размеров, формы, расположения, шероховатость, степень износа
Механическая Механическая прочность, жесткость (деформация), вибрации
Тепловая Температура, тепловой режим работы
Герметичность Нарушение плотности соединений и полостей, находящихся под избыточным внутренним или внешним давлением
Акустическая Уровень, интенсивность и спектральный состав возникающих при эксплуатации шумов и акустических полей
Химическая Отклонение химического состава продуктов, сопутствующих эксплуатации объекта
Физическая Отклонение в стабильности электрических, электромагнитных и магнитных характеристик
Формула кроме всего определяет связь трудоемкости выполнения диагностических операций с контролепригодностью конструкции изделия и тем самым ориентирует конструкторов на поиски решений, обеспечивающих снижение продолжительности контрольных операций.
Определяя общие задачи расширения методов технического диагностирования нефтепромыслового оборудования, необходимо:
одновременно с созданием новых конструкций нефтепромысловых машин и оборудования проводить исследования и разрабатывать оптимальные модели и методы диагностирования;
вести разработку средств для диагностирования систем и элементов, специфичных для каждого вида нефтепромысловой техники и для различных видов функциональной информации (табл. 1).
шире использовать выпускаемые промышленностью технические средства диагностирования стандартных элементов конструкций.
Дефектовка и сортировка деталей и узлов
Разобранные (очищенные) детали и сборочные единицы подвергаются тщательному осмотру и контролю с целью оценки их технического состояния и установления пригодности для дальнейшего использования или ремонта. По результатам опенки детали должны быть рассортированы на три группы:
1) годно, не имеющие дефектов и не нуждающиеся в ремонте;
2) подлежащие восстановлению работоспособности;
3) негодные, имеющие неустранимые (трудно устранимые) дефекты и подлежащие выбраковке.
Дефект - это каждое отдельное несоответствие продукции требованиям. Квалифицированное выявление дефектов и оценка технического состояния и годности деталей для дальнейшего использования один из наиболее ответственных этапов в ремонтом производстве. От объективности и правильности дефектовки зависят не только трудоемкость и экономика ремонта, но очень часто и надежность отремонтированных изделий. Это обусловлено тем, что сортировка деталей на указанные группы весьма условна, так как один и тот же дефект в различных конкретных условиях ремонтного производства может быть квалифицирован (особенно при субъективной оценке) как малозначительный или значительный, даже критический, исправимый или неисправимый. Но отнесение дефекта к той или иной категории зависит от технических возможностей, совершенства технологии, гарантирующей восстановление работоспособности и надежности. С повышением технического уровня производства дефекты, квалифицировавшиеся прежде как неисправимые, могут быть исправимыми. Наконец, дефекты могут быть не только явными, но и скрытыми, выявление которых требует применения специальных методов и средств. Не-
редко совокупность малозначительных дефектов эквивалентна значительному и даже критическому дефекту. Следовательно, от полноты и безошибочности выявления дефектов, их технически и экономически обоснованной оценки, а на ее основе и дефектовки деталей зависят качество, эффективность и надежность ремонта.
Обязательным, особенно для ответственных деталей и сборочных единиц, является полный размерный контроль, включающий проверку посадочных размеров, действительных отклонений взаимного расположения баз и посадочных поверхностей (радиальных и торцовых биений, отклонений соосности), отклонений формы (плоскостности, округлости, ци-линдричности и др.). От правильной организации работ по контролю и измерению геометрических параметров, обоснованного выбора и грамотного использования контрольно-измерительных средств нередко существенно зависит себестоимость ремонта оборудования.
Важное значение имеет правильный выбор измерительных средств по точности, в зависимости от установленного допуска размера измеряемого объекта. Это значит, что погрешность применяемого метода измерения и используемого инструмента не должна превышать вполне определенную допустимую величину при заданном уровне доверия к результату.
При контроле за геометрическими параметрами деталей после разборки универсальными или специальными измерительными средствами, вследствие погрешности принятого метода или измерительного средства действительный размер ёо может отличаться от результатов его измерения ёиз на величину этой погрешности А:
ёиз - А < ёо < ёиз + А
Следовательно, размеры ёо, близкие, но результатам измерения к границам поля допуска, могут быть либо ошибочно забракованы, либо ошибочно признаны годными (рис. 2).
В связи с этим выбор точности метода и измерительного средства обусловлен тем, какой процент негодных от общего количества разбракованных деталей допускается пропустить как годные (т) и какой процент годных деталей допускается ошибочно забраковать (п). Математическая статистика показывает, что эти величины (т и п) возрастают с увеличением отношения погрешности метода измерения А к допуску 5 (А/5).
Для оценки возможного количества (в процентах) ошибочно принятых (т) или забракованных (п) деталей на рис.3 приведены графики, устанавливающие зависимости погрешности метода А (в%):
Рис. 2. Области распределения деталей при разработке: 1-брак безусловный; 11-возможны
ошибки; Ш-годные
А = —100 8
и заблокированных (б) деталей при измерениях
При этом предполагается, что разброс действительных размеров ш=6ао, погрешность измерения подчиняется закону нормального распределения.
Для выбора средств и методов измерений линейных размеров до 500 мм при приемке изделий устанавливает допускаемые погрешности измерений в зависимости от допуска на изготовление. В допускаемые погрешности, которые предусмотрены в 15 рядах точности в зависимости от класса точности (квалитета) контролируемого параметра, включены погрешности базировать средств измерений, температурных деформаций и др.
Наружные дефекты в виде пробоин, изломов, сколов, поломок болтов, видимых трещин, износов, выкрашиваний или отслаиваний, ослаблений прессовых посадок и другие выявляются на основе тщательного осмотра деталей (при необходимости, с использованием лупы), обстукивания, гидравлических или пневматических испытаний, измерением универсальными или специальными контрольно-измерительными средствами.
Среди эксплуатационных дефектов наиболее распространен износ, проявляющийся по-разному, в зависимости от основной причины его возникновения. Значительное место среди эксплуатационных
дефектов в деталях нефтепромыслового оборудования занимают также дефекты, вызванные коррозией, происходящей в результате химического или электрохимического взаимодействия поверхностей детали с внешней средой. Коррозия может быть сплошной или местной, равномерной, неравномерной или структурно-избирательной. Она может проявляться в виде пятен, язв. точек.
С увеличением механических нагрузок, скоростей, продолжительности эксплуатации значительно возрастает удельный вес дефектов, вызванных усталостью деталей, работающих в условиях повторно-переменных напряжений.
Для исключения ошибки, даже признанные на основе визуальной оценки годными для использования наиболее ответственные детали должны пройти обязательный размерный и дефектоскопический контроль на выявление скрытых эксплуатационных дефектов.
Дефекты, связанные с несоответствием геометрических параметров деталей (размеров, форм, взаимного расположения осей и поверхностей) нормативной документации, выявляются с помощью измерительных инструментов и приборов с необходимой для каждого конкретного случая точностью. В результате измерений опре-
деляются также характер и величина деформаций, люфтов, повреждений и т.д.
Для выявления скрытых наружных локальных и глубинных дефектов (трещины, риски, зоны коррозионного поражения и т.д.) используются различные неразруша-ющие методы контроля. Современные физические методы исследования и разработанные на их основе различные технические средства позволяют выявлять дефекты в металлах и неметаллических материалах, сварных швах, паяных, заклепочных и клеевых соединениях. Кроме того, не-разрушающие методы контроля позволяют сортировать металлы по маркам, выявлять отклонения химического состава, определять качество химико-термической обработки, измерять толщину слоя цементации, глубину поверхностной закалки, наклепанного слоя, выявлять зоны структурной неоднородности и т.д.
Однако большинство неразрушающих методов дают качественные, а не количественные результаты, поэтому контролер должен иметь достаточную квалификацию, чтобы правильно оценить степень влияния результатов на прочность и надежность детали.
В настоящее время получили распространение многие методы разрушающего контроля, по среди них нет универсальных. Каждый имеет свою область применения для выявления определенных видов дефектов. Поэтому для правильного выбора, эффективного использования и безошибочной расшифровки результатов того или иного метода необходимо знать физическую сущность, возможности и область применения каждого из них. Вместе с тем, применяемый метод должен обеспечивать надежное выявление дефектов и с этой точки зрения в отдельных, наиболее ответственных случаях целесообразно применять дублирование различными методами.
Самым доступным, достаточно информативным и обязательным во всех случаях является контроль наружных дефектов внешним осмотром, при котором могут использоваться оптические приборы с увеличением до 10 крат.
Одним из наиболее ответственных является контроль качества сварных соеди-
нений. Для выявления наружных дефектов в сварных соединениях используется метод красок, люминофоров, магнитопорош-ковый метод. Последний имеет широкий диапазон применения, в частности, он используется также для контроля внутренних дефектов стыковых сварных соединений и обнаружения дефектов на поверхности деталей. Для малоуглеродистых и низколегированных сталей и дефектоскопии сварных соединений других материалов успешно используется ультразвуковой метод. Обнаружение сквозных дефектов производится смачиванием керосином с обдувом сжатым воздухом (при 5<1о мм), опрессовкой воздухом, водой, аммиаком.
Порядок и организация проведения дефектоскопии, и перечень деталей нефтепромыслового оборудования, подлежащих обязательному дефектоскопическому обследованию в процессе эксплуатации и при капитальном ремонте, регламентируется отраслевой инструкцией.
Для изделий массового и крупносерийного производства (или составных частей изделий), отказ которых связан с опасностью для человека или с другими тяжелыми последствиями, системой технического обслуживания и ремонта техники предусматривается необходимость установления допускаемого отклонения параметра технического состояния. Остаточный ресурс составной части должен устанавливаться на основании показателей ресурса и наработки к моменту контроля.
Для эффективной технологической и организационной подготовки ремонтного производства на ремонтном предприятии должна быть организована работа по изучению и систематизации статистики обнаруживаемых дефектов. Систематическое поступление в ремонт машин и оборудования одного типа, их разборка и дефек-товка создают наиболее благоприятные условия для анализа повреждений и отказов, исследования и классификации их видов, характера и частоты появления.
Так как количество или размеры дефектов определенного вида являются величинами случайными, то обобщения и исследования должны вестись методами мате-
матической статистики. Общая методика водства. В соответствии с такими данными обработки статистических данных о фик- обеспечивается преимущественное разви-сируемых при капитальном ремонте де- тие технологических направлений и мето-фектах принципиально ничем не отличает- дов, вытекающих из складывающихся ста-ся от известной методики по обработке тистических тенденций. Кроме того, со-статистических данных при опенке надеж- здается информационная основа для по-ности оборудования. вышения надежности оборудования, пре-
Предприятие, располагающее статисти- дупреждения отказов и создания оборудо-ческими закономерностями, определяю- вания, отвечающего требованиям ремонт-щими вероятности появления тех или ной технологичности и ремонтопригодно-иных дефектов, организует научно обос- сти. нованную подготовку ремонтного произ-
Библиографический список
1. Бабаев С.Г. Надежность нефтепромыслового оборудования. - М.: Недра 1987, 264
с.
2. Бабаев и др. Основные элементы системы управления качеством ремонта машин и оборудования. Баку, изд. «Маариф», 2003, 100 с.
3. Зейналов P.P., Бабаев С.Г. Первоочередные задачи сертификации оборудования для нефти и газа. Азербайджанское нефтяное хозяйство, 2002, №7. - С. 42-48.
4. Кощий С.С. Сертификация как средство повышения конкурентоспособности продукции и продвижения российских товаров и услуг на внешние рынки. Надежность и сертификация оборудования для нефти и газа, 2000,№4. -С. 21-23.
5. Краевский Э.А. Система, которую ждут в «Газпроме» (состояние, проблемы, перспективы). Надежность и сертификация оборудования для нефти и газа, 2000, № 3. -С. 1116.
6. Курчаткин В.В., Тельнов Н.Ф., Ачкасов К.А., Савченко В.И. Надежность и ремонт машин. Под ред. В.В. Курчаткина. М., Колос, 2000. - 776 с.
TECHNICAL DIAGNOSTICS AND TECHNICAL FORECASTING EQUIPMENT
CONDITION
Kheyrabadi Qazala Musavi Saida
Azerbaijan State University of Oil and Industry (Azerbaijan, Baku)
Abstract. In the general system of functioning of the maintenance and repair service, technical diagnostics operations for oilfield equipment occupy a special place. In the context of the continuous complication of designs and the rapid expansion of the range of oilfield machines and equipment, not only the most important technical and economic indicators of the operation of technical maintenance and repair services (labor intensity, cost, duration), but also the economics of operation in general. Based on this, technical diagnostic functions must be carried out systematically and independently of scheduled repair work. They should be based on technical diagnostic methods
Keywords: maintenance, oilfield machinery, equipment, repair operations.
