Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | 3 | 3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Транспортировка природного газа невозможна без эффективной работы газоперекачивающих агрегатов (ГПА). Только в условиях Западной Сибири насчитывается более одной тысячи единиц ГПА различного типа, мощности и конструкции. Основными направлениями развития и оптимизации работы агрегатного парка является повышение надежности; экономичности; ремонтопригодности; а также увеличение ресурса. Принципиальные возможности совершенствования эксплуатации и ремонта агрегатов основаны на решении теоретических и практических задач анализа надежности и безотказности сложных технических систем. Современная техника требует создание универсальных методов достоверной оценки работоспособности оборудования, как в текущий момент, так и в прошлых и будущих промежутках времени. Поэтому разработка эффективных методов контроля технологических параметров ГПА связанных с выявлением неисправностей на ранней стадии их возникновения и определение остаточного ресурса является приоритетным направлением в газовой промышленности.

Комплексная оценка технического состояния потенциально опасных элементов технической системы в основном базируется на структурном анализе надежности ее компонентов, динамических методах контроля и анализе загрязнений. Результат диагностирования основан на правильности выбора информативных параметров, для построения принципиальных диагностических моделей объекта и моделей распознавания и идентификации неисправностей. Однако вопрос распознавания дефектов по количественной и качественной оценке функциональных и вибрационных параметров остается открытым. Поэтому рассмотренные в диссертационной работе положения повышения информативности критериев идентификации дефектов и неисправностей; определения остаточного ресурса ГПА являются актуальными научными задачами.

Состояние изученности темы. Исследованию задач повышения надежности трубопроводных систем и энергетического оборудования посвящены работы многих авторов. Наибольший вклад внесли Д.Т. Аксенов, В.Л. Березин, Р.Н. Бикчентай, А.И. Гриценко, В.В. Болотин, С.П. Зарицкий, А.Б. Шабаров, В.А. Иванов, И.А. Иванов, В.А. Острейковский, А.С. Лопатин, Б.П. Поршаков, О.А. Степанов, Е.И. Яковлев и др.

До настоящего времени исследования в области повышения эксплуатационной надежности ГПА носили ограниченный характер. Они сводились в основном к решению отдельных частных задач по разработке упрощенных методов контроля и испытаний применительно к отдельным типам ГПА. Эти исследования, проводившиеся в РГУНиГ им. И.М. Губкина, ВНИИГАЗ, ПО УСоюзэнергогазФ, ВНИИЭГазпром, ТюменНИИГИПРОгаз, ТюмГНГУ, носили, как правило, сопутствующий характер при решении различных технологических задач.

Опыт накопленный в смежных отраслях служит только основой теоретического обобщения при решении проблемы прогнозирования технического состояния (ТС) ГПА.

Цель и задачи исследования. Целью исследований является повышение достоверности и информативности комплексных параметров определяющих остаточный ресурс ГПА.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- проанализировать факторы и параметры, определяющие техническое состояние ГПА;

- разработать концепцию исследования текущего технического состояния ГПА в период эксплуатации;

- разработать унифицированный метод диагностики ГПА для определения остаточного ресурса;

- разработать методику прогнозирования остаточного ресурса, а также возможного изменения технического состояния ГПА в процессе эксплуатации;

- алгоритмизировать процесс технического обслуживания ГПА по текущему техническому состоянию.

Объектами исследования являются ГПА компрессорных станций с газотурбинным приводом.

Методика исследования. Поставленные задачи решались путем проведения теоретических и натурных исследований, которые базируются на теории надежности сложных систем, методах математической статистики и теории вероятности, а также на теории распознавания образов и методах инженерных приближений. Натурные исследования проводились на базе семи компрессорных станций Тюменского УМГ.

Научная новизна. На основании выполненных исследований получены следующие результаты:

- выполнен системный анализ методов технической диагностики и разработаны основные принципы выбора оптимальных критериев оценки технического состояния ГПА в период эксплуатации;

- научно обоснованы принципы и предложены методы качественного анализа работоспособности, позволяющие описывать техническое состояние ГПА;

- получены решения для создания приближенных аналитических моделей распознавания трудноразличимых повреждений ГПА;

- разработана методика прогнозирования возможных сценариев изменения технического состояния ГПА.

Практическая ценность. Результаты проведенных исследований апробированы в эксплуатационных службах компрессорных станций Тюменского УМГ. Включены в лекционные и практические занятия по направлениям надежности и диагностики энергетического оборудования нефтегазовых объектов для студентов специальности Ч Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов, баз и хранилищ.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно - техническом семинаре ТюмГНГУ (Тюмень, 2003г.), на третьей региональной научнопрактической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению Проектирование, сооружение и эксплуатация систем транспорта и хранения нефти и газа (Тюмень, 2004 г.), на расширенном совещании кафедры Сооружение и ремонт нефтегазовых объектов (Тюмень, 2004 г.), на технических совещаниях в Тюменском (Тюмень, 2002, 2003, 2004 гг). По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и двух приложений. Работа изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка, 9 таблиц, список литературы из 96 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы ее цель и основные задачи исследований, дана краткая характеристика работы.

В первой главе проводится анализ основных методов определения ТС ГПА, рассмотрены особенности ГПА как объекта диагностирования, а также проанализированы его основные дефекты.

Исследование технического состояния агрегата осуществляется по трем основным направлениям: 1) диагностирование; 2) прогнозирование;

3) генезирование.

Опыт эксплуатации показывает, что продолжительность межремонтных периодов в настоящее время составляет около 14 - 16 тыс. ч, что превышает установленные значения. А также срок простоя агрегата выведенного в ремонт превышает, в среднем на 10-15%, нормативный, основными причинами которого являются: необходимость проведения аварийных ремонтов; усложнение организации ремонтных работ в связи с увеличением числа агрегатов различных типов; несвоевременная и неполная комплектация запасными частями и материалами.

Газоперекачивающий агрегат следует рассматривать как сложную систему. С точки зрения теории надежности и теории систем для ГПА, как сложной системы, характерны: функциональная избыточность; большая длительность эксплуатации; высокая надежность отдельных элементов.

Газоперекачивающий агрегат характеризуется множеством состояний, каждое из которых определяется конкретным набором входных и выходных параметров. На практике редко удается получить полное математическое описание поведения ГПА в общем виде, поэтому целесообразно использовать методы имитации изучаемого объекта.

В эксплуатационных условиях применяют следующие виды диагностики: параметрическую, вибрационную и трибодиагностику.

Если оценить вклад каждого из методов в изучение текущего состояния ГПА, то большая часть дефектов и неисправностей может быть установлена методами вибродиагностики, пригодными для обнаружения дефектов практически всех элементов агрегата. Около 30% всех неисправностей ГПА и большинство дефектов проточной части обнаруживается анализом термогазодинамических параметров (параметрическая диагностика) и около 20% неисправностей (в основном только пар трения) регистрируются по результатам трибодиагностики. Причем достоверность диагноза полученного путем вибродиагностики может быть подтверждена или опровергнута только использованием параметрической диагностики.

При контроле состояния агрегата зачастую невозможно установить надвигающийся отказ на ранней стадии. В ряде случаев существующие методы и стационарное диагностическое оборудование фиксируют наличие отказа.

Дефекты оборудования, не поддающиеся обнаружению на ранней стадии с помощью существующих КИП и А проявляются в следующих видах нарушений: связанных с механическими повреждениями; аэродинамикой потока; дефектами поверхностей проточной части.

Во второй главе рассмотрены вопросы прогнозирование выходных параметров ГПА. Первым этапом прогнозирования технического состояния агрегата является определение остаточного ресурса, которое заключается в установлении момента времени возникновения какой-либо неисправности и достижения ГПА состояния утраты работоспособности.

При рассмотрении одной реализации выходного параметра ГПА можно утверждать о наличии основных временных величинах, характеризующих прогнозирование ТС ГПА (рис.1). В момент времени t1 начинается наблюдение за выходным параметром ГПА. Интервал времени (t1,t2 ) TП условно можно назвать интервалом предыстории. Под TП понимается минимальный промежуток времени, на котором проявляются закономерности прогнозируемого процесса, что обеспечивает возможность экстраполяции на заданном интервале упреждения TУ. Интервал упреждения - это промежуток времени, на который разрабатывается прогноз.

Рис. 1. Динамика временных характеристик прогноза технического состояния объекта Yдоп - предельное допустимое значение выходного параметра; ТП - время предыстории (время наблюдения); ТУ - время упреждения; ТП.С. - продолжительность безотказного состояния; (Y,ti) - плотность вероятности параметра в момент времени ti Так как в любой практической ситуации с ростом интервала упреждения точность прогноза уменьшается, то возникает задача определения некоторого минимального интервала упреждения, для которого имеет смысл осуществлять прогноз.

Поскольку прогноз всегда осуществляется на основе некоторой предыстории TП изменения прогнозируемого параметра Y(t), то возможность прогнозирования на заданный интервал упреждения определяется продолжительностью развития предотказового состояния, которая должна быть не менее требуемой продолжительности предыстории: ТП.С. TП.

Процесс прогнозирования ТС ГПА, можно представить в следующей последовательности этапов: сбор и подготовка исходных статистических данных; выбор и обоснование прогнозирующих функций (ПФ); обработка исходных и дополнительных данных для определения неизвестных параметров ПФ; собственно прогнозирование.

Центральный момент прогнозирования ТС ГПА - выбор ПФ, при этом необходимо учитывать характер протекания процесса (эволюционный или скачкообразный); вид функций, описывающих тренд, и т.д. Необходимо также учитывать наличие неопределенностей различной природы, влияющих на поведение процесса, к которым относятся существование контролируемых факторов, погрешности измерений и др. Приведенный метод прогнозирования достаточно точно учитывает индивидуальные особенности контролируемого ГПА.

В качестве обобщенного прогнозируемого параметра агрегата при определении остаточного ресурса, целесообразно применять эффективный КПД. Однако при найденном остаточном сроке эксплуатации необходимо определить тип (класс) неисправности.

В процессе эксплуатации для группы ГПА оценивается значения КПД. Для каждой наработки рассчитывается среднее значение ГПА определенной группы наблюдаемых агрегатов, затем исходя из результатов, строится статистическая кривая изменения ГПА. Прогнозируемое значение ГПА сравнивается со средним.

Определение диагностических параметров на интервале упреждения, по результатам моделирования, проводится путем сравнения параметров исправного агрегата с прогнозируемым, причем интересны не сами параметры, а степень их отклонения от номинальных значений. Для определения диагностических параметров необходимо решать линеаризованную систему функциональных уравнений ГПА, в которой поочередно задаются нормированные неисправности и рассчитываются изменения всех измеряемых параметров мощности, удельного расхода топлива, давления, температуры, частоты вращения и т.д.

Под нормированными неисправностями подразумевается изменение одного из параметров состояния узлов ГПА на 1%. Расчет проводится отдельно для каждого параметра состояния, при этом определяются значения коэффициентов влияния этих параметров на выходные характеристики ГПА.

Средняя ошибка прогноза ресурса при объеме усреднения NR определяется NR =. (1) n NR n=Для исследования точности прогноза проводится анализ среднего квадрата ошибки прогноза от объема обучающей выборки N и базы прогноза k с целью получения оптимальной точности прогноза.

NR 1 = ( ). (2) n NR n= Под оптимальной точностью понимается ситуация, когда средняя ошибка не превосходит дисперсию помехи `.

Третья глава посвящена разработке аналитических моделей ГПА, учитывающих комплексные параметры.

Например, неисправности проточных частей ГПА при снижении КПД проявляются также падением давления за компрессором, повышением температуры перед турбиной, снижением частоты вращения ротора высокого давления, снижением расхода воздуха через компрессор и т.д. Логическая модель ГПА, позволяющая качественно выделить характерные неисправности, представлена на рисунке 2.

Для оценки вибросостояния в работе реализован метод сведения составляющих вибрации к единому вектору для ГПА.

ГПА типа ГТК-10-4 имеет 5 точек контроля вибраций. Точка 1 принадлежит ОУП ТВД (опорно-упорному подшипнику турбины высокого давления), точка 2 - корпусу ОК. ТНД имеет две точки контроля вибрации: точка 3 - корпус турбины и точка 4 - ОУП ТНД. Точка 5 находится на корпусе нагнетателя.

Между валами турбин отсутствует механическая связь - они вращаются с разными скоростями. Частота вращения вала ТВД изменяется в пределах от 4330 до 5010 об/мин, при среднем арифметическом - 4703,8 об/мин и среднеквадратическом отклонении (стандарте) - 137,4 об/мин. Частота вращения вала ТНД изменяется в пределах от до 4300 об/мин, среднее арифметическое - 3679,6 и стандарт - 271,9 об/мин. Отношение частот вращения валов находится в пределах от 1,103 до 1,439 при среднем арифметическом - 1,284 и стандарте - 0,078.

Pages:     | 1 | 2 | 3 |    Книги по разным темам