Методы оценки остаточного ресурса ГПА

ВВЕДЕНИЕ
1 Обзор ГПА-Ц-16
1.1 Устройство и принцип действия
1.2 Дефекты и отказы ГПА-Ц-16
2 Методы технической диагностики ГПА и других объектов нефтегазовой отрасли
2.1 Технические состояния
2.2 Методы неразрушающего контроля технического состояния ГПА
2.2.1 Вибрационная диагностика
2.2.2 Параметрическая диагностика
3 Обзор методов оценки остаточного ресурса ГПА и других объектов
3.1 Общий обзор расчетов остаточного ресурса
3.1.1 Причины проведения расчета остаточного ресурса
3.1.2 Этапы оценки остаточного ресурса
3.2 Основные методы оценки остаточного ресурса
3.3 Регламентирующая документация по вопросам оценки остаточного ресурса
3.4 Обзор вероятностного метода оценки остаточного ресурса
3.5 Обзор детерминированного метода оценки остаточного ресурса
4 Вероятностные методы оценки остаточного ресурса
4.1 Основные предположения
4.2 Сравнение методов оценки
4.3 Методы оценки остаточного ресурса на основе статических данных
5 Детерминированные методы
6 Экономическая часть
6.1 Обзор расчета остаточного ресурса для экономики
6.2 Практический расчет экономического эффекта
7 Безопасность жизнедеятельности
7.1 Техника безопасности
7.2 Мероприятия по безопасности
7.3 Безопасность работающих
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Весь текст будет доступен после покупки

Одной из важнейших задач систем транспорта и хранения природного газа ОАО «Газпром» является бесперебойность и высокая эффективность поставки природного газа на потребительский рынок в нашей стране и за рубежом. Выполнение этой задачи невозможно без реализации системы мер, направленных на обеспечение эффективной и долгосрочной работы основного оборудования компрессорных станций – газоперекачивающих агрегатов (ГПА), которых по стране насчитывается несколько тысяч. Эта реализуемая система мер должна предусматривать комплексы взаимосвязанных мероприятий направленных, в том числе, на мониторинг технического состояния оборудования как первооснову безопасной и эффективной эксплуатации
Отечественный парк ГПА характеризуется широким диапазоном эффективных мощностей (2,5…25 МВт), наработок (до 100 тысяч часов и более), условиями эксплуатации и сервисного обслуживания и т.п. В силу этой неоднородности показатели надёжности и эффективности работы даже однотипных агрегатов в различных дочерних обществах и на разных промплощадках могут существенно различаться. Кроме того, необходимо отметить, что и сама газотранспортная система страны была в целом сформирована к середине 80-х годов 20-го века, но изменения политической и экономической конъюнктуры за этот период приводили к существенному перераспределению нагрузки по существующим направлениям, соответственно изменялась и загруженность, и степень изношенности основного оборудования.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Обзор ГПА-Ц-16
Устройство и принцип действия

ГПА-Ц-16 предназначен для транспортирования природного газа по магистральным газопроводам при рабочем давлении 5,2 - 7,5 МПа. Полностью автоматизирован, устанавливается в индивидуальном контейнере и может эксплуатироваться при температуре окружающего воздуха от -55 до + 45 °С.
Рассмотрим его компановку, она приведена на рисунке 1.


1 – камера всасывания; 2 – шумоглушители; 3 – устройство воздухоочистительное; 4 – блок вентиляции; 5 – промежуточный блок; 6 – патрубок; 7 – отсек двигателя; 8 – двигатель; 9 – выхлопная улитка; 10 – шумоглушители выхлопа; 11 – диффузор; 12 – герметичная перегородка; 13 – промежуточный вал; 14 – гидроаккумулятор; 15 – нагнетатель; 16 – отсек нагнетателя; 17 – маслоблок нагнетателя
Рисунок 1 – Компановка ГПА-Ц-16

Турбоблок включает в себя следующие сборочные единицы: контейнер, приводной двигатель НК-16СТ, установленный на подмоторной раме. Кроме того, в турбоблоке размещены отдельные сборочные единицы маслосистемы, системы обогрева, автоматического пожаротушения, обогрева циклового воздуха и автоматического управления агрегатом.
Контейнер турбоблока является помещением для размещения основных сборочных единиц и систем агрегата. Обеспечивает определенный микроклимат для их эксплуатации и необходимые условия труда для обслуживающего персонала в период проведения ремонтных и регламентных работ. Контейнер при помощи герметичной перегородки разделен на два изолированных помещения - отсек двигателя и отсек нагнетателя. Вентиляция отсека двигателя осуществляется вентиляторами, установленными в блоке вентиляции. Вентиляция отсека нагнетателя осуществляется вентилятором, установленным в верхней части этого отсека.
Воздухоочистительное устройство (ВОУ) предназначено для очистки от пыли и других механических включений циклового воздуха, поступающего из атмосферы в компрессор двигателя. ВОУ состоит из камеры, фильтрующих элементов, короба отсоса пыли, вентиляторов отсоса пыли, байпасных клапанов и решеток для подогрева циклового воздуха. Очистка воздуха производится в инерционно-жалюзийных сепараторах засчет резкого поворота потока в фильтрующих элементах. На задней стенке камеры размещены два байпасных клапана (БК). БК открываются автоматически при достижении разрежения в камере ВОУ 80 мм вод.ст. При снижении разрежения до 50 мм вод.ст. клапаны закрываются.
Камера всасывания служит для направления очищенного в ВОУ атмосферного воздуха к осевому компрессору двигателя. В проемы каркаса камеры установлен шумоглушитель, представляющий собой специальные щиты, заполненные теплоизоляционными звукопоглощающими матами из супертонкого базальтового волокна. В центральном проеме стенки установлены двустворчатые ворота, а на задней стенке - одностворчатые. Ворота служат для закатки и выкатки двигателя при его замене.
Выхлопное устройство с шумоглушением служит для выброса выхлопных азов и снижения шума выхлопа двигателя. Устройство состоит из диффузора и шумоглушителя. Диффузор предназначен для плавного снижения скорости выхлопных газов и представляет собой цельносварную конструкцию, состоящую из каркаса, внутренние проемы которого заполнены звукопоглощающим материалом. Шумоглушитель пластинчато-щелевого типа. Пластины имеют обтекаемую форму. Сварной каркас пластины выполнен из гнутых профилей и обшит с двух сторон перфорированным стальным листом. Пространство между листами заполнено звукопоглощающим материалом.
Блок маслоохладителей предназначен для охлаждения масла, циркулирующего в системах смазки и уплотнения агрегата. Компоновка ГПА предусматривает установку двух блоков, в каждом из которых установлено по два аппарата воздушного охлаждения масла.
Блок вентиляции предназначен для размещения оборудования, обеспечивающего вентиляцию отсека двигателя и просос атмосферного воздуха через маслоохладители при отсутствии электроэнергии. Блок вентиляции включает в себя каркас, вентиляторы, патрубок и заслонки с гидроприводом. Центробежные вентиляторы подают очищенный воздух, отбираемый из отсека шумоглушителя ВОУ. Поворотные заслонки, предназначенные для открытия прохода, соединяющего блок вентиляции с всасывающим трактом двигателя, при этом закрыты. При отключении вентиляторов вентиляция отсека двигателя осуществляется за счет прососа воздуха из турбоблока через открытые заслонки, остановленные вентиляторы и далее на всас двигателя. Управление заслонками производится при помощи гидропривода.
Блок маслоагрегатов предназначен для размещения маслоагрегатов и арматуры маслосистемы, что позволяет производить их обслуживание при работе ГПА. Для вентиляции блока в нем предусмотрен вентилятор.
Блок автоматики служит для размещения приборных щитов и другого оборудования систем автоматического управления ГПА.
Блок фильтров топливного газа предназначен для очистки газа от возможных загрязнений в трубопроводах между станционным блоком подготовки топливного и пускового газа и входным в камеру сгорания двигателя. В блоке установлено два фильтра, обвязка которых позволяет включать в работу фильтры поочередно или оба одновременно. Степень фильтрации 10 мкм.
Блок пожаротушения служит для размещения установки автоматического газового пожаротушения. Автоматическая система пожаротушения обеспечивает противопожарную защиту отсеков двигателя и нагнетателя за счет своевременного обнаружения очага возгорания и последующего подавления его путем автоматической подачи огнегасящего вещества хладона 114В2.
Система обогрева предназначена для разогрева агрегата в холодное время года перед пуском и для обеспечения нормальных климатических условий при работе приборов и оборудования, установленных в отсеках контейнера. Обогрев осуществляется горячим воздухом, отбираемым от работающего двигателя за компрессором высокого давления (температура 280 град.С). Отбираемый горячий воздух поступает в станционную систему обогрева, которая объединяет в единую сеть системы обогрева всех агрегатов, установленных на компрессорной станции. Обогрев ГПА при отсутствии в станционной сети горячего воздуха осуществляется от моторных подогревателей типа УМП-350.
Система подогрева циклового воздуха предназначена для предотвращения обледенения всасывающего тракта двигателя в диапазоне температур атмосферного воздуха от +7 до -10 град.С. Подогрев циклового воздуха осуществляется подачей на вход воздухоочистительного устройства горячих газов из выхлопной шахты агрегата. Газы эжектируются сжатым воздухом, отбираемым из компрессора низкого давления двигателя. Горячая газовоздушная смесь направляется на распределительную решетку, установленную на входе в ВОУ






Рассмотрим основные технические показатели ГПА-Ц-16. В таблице 1 сведены основные данные при нормальных условиях (+20°? и 101325 Па)

Таблица 1 – Основные технические показатели ГПА-Ц-16
Производительность м3/с 384,82
Давление рабочего газа, МПа
-начальное
-конечное
-5,17
-7,45
КПД (коэффициент полезного действия) нагнетателя, % 83
Частота вращения ротора нагнетателя, об/мин
-номинальная
-минимальная
-максимальная
-5300
-3750
-5565
Давление газа, МПа
-топливного
-пускового
-2,5
-0,3
Время запуска ГПА без учета предпусковой подготовки, с 900
Масса агрегата, кг 170000
Средний срок службы, лет 20

















1.2 Дефекты и отказы ГПА-Ц-16

Для ГПА одним из основных критериев надежности является его безотказная работа в течение установленного периода времени во всем диапазоне режимов работы.
Наибольшую опасность для ГПА представляют внезапные отказы, в результате которых разрушается механическая часть агрегата и теряется его работоспособность. Возникает необходимость аварийной остановки ГПА для уменьшения последствий разрушений и безопасности персонала КС
Возникновение отказов, как правило, связано с первичной неисправностью конструктивного или эксплуатационного характера и постепенным накоплением повреждений, ухудшающих работоспособность агрегата. Однако, существует и постепенное накопление изменений, вызывающих в какой-то момент релаксацию, воспринимаемую техническим персоналом как мгновенное повреждение. Наибольший интерес при исследовании надежности агрегатов представляют мгновенные и износные отказы. Знание характера распределения, а также видов износных отказов крайне необходимо для научного обоснования сроков проведения объема планово-предупредительных работ на станциях. Правильная организация планово-предупредительного ремонта в значительной мере способствует снижению числа отказов в период нормальной эксплуатации. В промежутках между планово-предупредительными работами проявляются внезапные и лишь частично износные отказы, обусловленные интенсивным износом, превышающим нормативные пределы. В период нормальной эксплуатации отказы являются следствием несовершенства отдельных конструктивных элементов или резкого изменения режимов эксплуатации. Поскольку они носят случайных характер и не могут быть полностью устранены, то при оценке надежности КС основное внимание уделяется учету именно этого вида отказов. Внезапные отказы отдельных деталей агрегата, как правило, между собой независимы.
В целом ГПА являются надежным оборудованием и имеют большой срок службы, однако с течением времени некоторые элементы теряют эксплуатационные способности. Рассмотрим более подробно части агрегата, которые отказывают.








В таблице 2 приведена статистика неисправностей элементов ГПА

Таблица 2 – отказ элементов ГПА
№ п/п Элемент % неисправностей от общего количества
1 Вкладыши подшипников 32,3
2 Колодки подшипников 15,7
3 Торцевые уплотнения ЦБН 12,3
4 Направляющие и рабочие лопатки ТВД 9,4
5 Ротор ЦБН 8,3
6 Направляющие и рабочие лопатки ОК 7,1
7 Ротор ТНД 4,8
8 Элементы камеры сгорания 4,8
9 Рабочие и направляющие лопатки ТНД 2,3
10 Ротор турбокомпрессора 1,8
11 Рабочее колесо ЦБН 1,3

Из вышесказанного можно сделать вывод, что подшипники являются самым ненадежным элементом ГПА. Они часто изнашиваются, что приводит к сокращению срока эксплуатации агрегата.


2 Методы технической диагностики ГПА и других объектов нефтегазовой области
2.1 Технические состояния

Под термином "техническое состояние" (ТС) понимается совокупность подверженных изменениям в процессе эксплуатации свойств объекта, характеризуемая в определенный момент времени признаками, установленными стандартами или его технической документацией. Совокупность условий, удовлетворяющих или не удовлетворяющих требованиям, определяющим исправность, работоспособность или заданную точность функционирования объекта, образует соответствующие виды его технического состояния. Определение вида технического состояния возможно, если известны: ·
-конфигурация технической системы в целом и ее элементов в частности;
-требования и оптимальные параметры функционирования системы, заданные в технической документации; ·
-предельно-допустимые значения функциональных параметров; ·
-эталонные характеристики конкретного агрегата, полученные экспериментальным путем; ·
- действительное техническое состояние как системы в целом, так и отдельных ее элементов, выявленное доступными методами диагностирования. При определении технического состояния системы необходимо с высокой степенью достоверности установить начальные состояния входящих в нее элементов - то есть следует осуществить проведение диагностики агрегата непосредственно после окончания ремонтных операций. Все элементы, как уже отмечалось ранее, которые могут иметь больше одного рабочего состояния, создают различные начальные условия. Например, начальное количество смазочного материала в маслобаке может быть регламентировано: событие "бак полный" становится одним рабочим состоянием, а "бак с предельно-допустимым уровнем масла" является другим состоянием. Необходимо так же, с достаточной степенью точности установить рабочий отрезок времени функционирования технической системы: режимы работы компрессорных установок при пуске и остановке могут создавать разного рода опасные условия, отличающиеся от установившихся режимов работы. Это наиболее наглядно можно проследить по изменению параметров запуска турбоприводов или конвертированных авиационных двигателей в условиях пониженных (ниже 0°С) или повышенных (выше 40°С) температур окружающей среды.
Виды технических состояний:
-Исправен - полное соответствие требованиям технической документации;
-Неисправен - несоответствие хотя бы одному из этих требований;
-Работоспособен - может выполнять заданные функции;
-Неработоспособен - не может выполнять заданные функции, не выходя за пределы, оговоренные технической документацией;
-Правильное функционирование - выдерживание заданных алгоритмов, особенно при пуске, маневрировании;
-Неправильное функционирование - броски нагрузки, помпаж нагнетателя, компрессора и т.п.; ГПА может быть неисправным, но работоспособным с какими-то ограничениями, например по степени сжатия нагнетателя, по оборотам турбины. Внезапный отказ - неожиданное аварийное изменение технического состояния; Постепенный отказ - развивающееся изменение технического состояния узлов и систем ГПА и контролируемых параметров. Техническое состояние ГПА описывается совокупностью диагностических признаков. Достаточное количество информации по возможным техническим состояниям, как отдельных элементов, так и самой системы в целом, дает возможность составить подробные описания вариантов развития процессов (сценария) деструкции оборудования, их взаимосвязей и конкретно определить возможные конечные нежелательные события (возникновение дефекта, неисправности, отказа).



2.2 Методы неразрушающего контроля технического состояния ГПА

В настоящее время для диагностики газоперекачивающих агрегатов практикуется в основном пять групп методов неразрушающего контроля текущего технического состояния сложной технической системы.
Динамические методы - контроль вибраций, шумов, ПДК вредных выбросов, путевой контроль текущих параметров (параметрическая диагностика).
Дефектоскопия - совокупность методов неразрушающего контроля, предназначенных для обнаружения и предупреждения появления дефектов или определенного типа разрушений таких как: нарушение сплошности и однородности материала и изделия, испытания на герметичность, контроль за скоростью коррозии, эмиссией волны от нагрузки, определение запахов и т.д. (большая часть этих методов используется при определении повреждений элементов машин после разборки в процессе ремонта). Контроль загрязнений - метод определения присутствия продуктов износа в смазке, который соотносится качественно и количественно со степенью изнашивания того или иного элемента в парах трения. Анализ тенденций - это прогнозирование развития обнаруженного дефекта (или неисправности) во времени с целью предупреждения возникновения критических ситуаций. Анализ предпосылок - задачи «генеза», предупреждение появления возможных нежелательных событий в соответствии с разработанным деревом отказов, на основании «прецедентов», изучения технической и ремонтной документации, опыта эксплуатации. Первые три метода можно отнести к активному (оперативному) контролю, остальные - к пассивному. Наилучшим образом задачи диагностики решаются при комплексном использовании различных методов. Из методов активного контроля текущего технического состояния системы, в период нахождения агрегата в рабочем состоянии наиболее важны первый и третий: динамический (вибрационная и параметрическая диагностика) и контроль загрязнений.


2.2.1 Вибрационная диагностика (динамический метод контроля)

При работе ГПА все его детали, узлы и агрегаты совершают вынужденные и резонансные колебания, которые зависят от величины и характера возмущающих сил, упругомассовых характеристик элементов конструкции, на которые, в свою очередь, влияет ряд конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов. В общем случае вынужденные колебания систем ГПА имеют в основном механическое, аэродинамическое и электрическое (в случае использования в качестве привода компрессора электродвигателя) происхождение. К источникам колебаний механического происхождения относятся: неуравновешенные силы процесса, обусловленные силами трения (качения или скольжения) и взаимодействие элементов конструкции через упругие связи. Источники колебаний аэродинамического происхождения - переменные силы возмущающего потока газа в проточной части агрегата вследствие пульсации потока, неравномерность потока в радиальном и осевом направлениях, переменные импульсы, создаваемые вращающимися лопатками ротора, неравномерность сгорания топлива, вибрация трубопроводов и т.д. В общем случае диагностика повреждений по параметрам вибрации конструкций осуществляется в три этапа: улавливание и регистрация сигналов вибраций, исходящих от работающего агрегата с помощью специальных датчиков. На этом этапе получают исходные данные, необходимые для последующего анализа вибрации (этап сбора информации).
Алгоритм проведения вибрационного контроля
-Подготовительный процесс, подразумевающий разработку критериев, подтверждающих наличие отклонений на проверяемом объекте
-Проведение диагностических мероприятий в соответствии с выбранным методом вибрационного контроля
-Обработка и анализ полученных результатов в соответствии с оценкой остаточного потенциала безопасного функционирования оборудования и его дальнейшего использования

Весь текст будет доступен после покупки

1 https://infoks.ru/produkty/tekhnicheskaya-ucheba-material/59-gazoperekachivashchij-agregat-gpa-ts-16
2 https://studbooks.net/2504760/tovarovedenie/metody_nerazrushayuschego_kontrolya_tehnicheskogo_sostoyaniya
3 https://1cert-ru.turbopages.org/1cert.ru/s/vopros-otvet/kakie-metody-otsenki-ostatochnogo-resursa-oborudovaniya-sushchestvuyut

Весь текст будет доступен после покупки