Geum.ru

Вестник Брянского государственного технического университета. 2008. №3(19)

Вид материалаЗадача

Содержание


Список литературы
Подобный материал:

Вестник Брянского государственного технического университета. 2008. № 3(19)


УДК 628.5 : 620.9

В. С. Казаков, Т. В. Клименко


СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ


Представлены результаты обзора, систематизации и анализа нормативных документов, рекомендаций проектных организаций и промышленных предприятий, материалов исследований в литературных источниках, посвященных методам диагностирования эксплуатационных показателей надежности и экологической безопасности энерготехнологического оборудования.


Ключевые слова: энергетическая установка; эксплуатация; диагностирование надежности; экологическая безопасность.


Техногенные факторы производственной сферы, как правило, значительно ухудшают экологическую обстановку вокруг действующих теплоэнергетических, металлургических, металлообрабатывающих и машиностроительных предприятий, использующих в своей работе широкий спектр энерготехнологического оборудования.

Технологии контроля и экспертизы, мониторинга технического состояния энергетических установок совместно с инновационными методами диагностирования являются основой современной инженерной стратегии повышения эксплуатационной надежности промышленного производства, включающей важнейшую составляющую - экологическую безопасность.

Цель диагностирования технических объектов (ТО) - определение режимно - технологических параметров для обеспечения надежной и экологически безопасной эксплуатации ТО на всех этапах жизненного цикла технической системы.

Задача диагностирования ТО - реализация инженерных решений для комплексной интеллектуализации процессов проектирования, изготовления, монтажа, испытания и эксплуатации ТО, формирующих условия надежной и безопасной работы технической системы.

Для решения задач обеспечения экологической безопасности при проектировании, изготовлении и эксплуатации котельного, компрессорного и другого энерготехнологического оборудования промышленных предприятий используется следующая классификация современных методов диагностирования параметров технического состояния систем
[1 - 3]:

1. Органолептические методы (визуальный осмотр, проверка на слух и на ощупь) дают возможность провести качественную оценку технического состояния и позволяют выявить наиболее характерные неисправности и причины отказов посредством использования человеческого фактора – профессиональных знаний и навыков персонала, обслуживающего оборудование.

2. Инструментальные методы (гидропневмоиспытания, виброакустическая диагностика, диагностика предельно допустимых концентраций выбросов) обеспечивают количественную оценку параметров технического состояния ТО и предусматривают использование для этого специальных приборов, инструментов, диагностических устройств и контрольных приспособлений.

3. Параметрическая диагностика (по термогазодинамическим параметрам) базируется на использовании в качестве признаков режимных или рабочих параметров: давления и температуры газа в газоходе котла, ступенях компрессора; производительности, температуры охлаждающей воды в холодильниках, рубашках цилиндров, расхода теплоносителей; тока, потребляемого электродвигателем из сети; уровней шума и вибрации; концентрации вредных веществ в выбросах.

4. Аналитические методы широко применяются для диагностики и контроля технического состояния оборудования и включают в себя, как правило, использование современных математических методов и компьютерных технологий:

- малых отклонений (по уравнениям, связывающим основные характеристики ТО и его отдельно контролируемые параметры, вычисляются коэффициенты их влияния на качество протекающих в ТО процессов);

- факторного анализа (по результатам многофакторного эксперимента определяется связь обобщенного показателя качества (эффективности) ТО с его контролируемыми параметрами);

- экспертных оценок (перечень контролируемых параметров ТО устанавливается с учетом мнений определенного числа экспертов);

- оптимизации набора контролируемых параметров (с помощью данного метода выбираются те значения параметров ТО, которые обеспечивают экстремум принятому критерию оптимальности - максимум количества получаемой информации, минимум среднего риска и т.д.);

- математического моделирования (исследования ТО проводятся на моделях, детализированных в зависимости от конкретных условий и адекватных в отношении предварительно выбранной совокупности параметров).

Применение аналитических методов в условиях частичной или полной неопределенности (непрогнозируемости) параметров не всегда позволяет получить надежный результат. Поэтому в практике диагностирования все большее применение находят комбинированные схемы, сочетающие возможности инструментальных методов с использованием современных информационных технологий. Так, программный комплекс экспертной системы на базе нечеткой логики [4, 5] позволяет эффективно проводить комплексную диагностику технического состояния оборудования авиационных, турбинных, компрессорных, энергетических, газоиспользующих и др. высокотехнологических установок.

Данная экспертная система способна имитировать действия специалиста-эксперта, а также использует преимущества компьютерной обработки информации, позволяющие применять различные методы при выборе инженерного решения, значительно повысить достоверность информации, уменьшить вероятность ошибок при диагностировании. Наиболее эффективно внедрение современных диагностических комплексов на этапе промышленной эксплуатации технической системы, что не только позволяет оперативно отслеживать изменение режимных параметров работы установки, но и дает возможность в режиме реального времени обрабатывать, систематизировать результаты, прогнозировать общую картину технологической надежности, а также экологической безопасности ТО.

Методы технического диагностирования нашли широкое применение в современной энергетической отрасли при решении задач обеспечения экологической безопасности при проектировании и эксплуатации котельного и компрессорного оборудования промышленных предприятий. Возможные подходы к решению вопросов диагностирования технического состояния ТО на этапе выполнения проектных работ были рассмотрены ранее [6].

Практический интерес представляет разработка системы мониторинговых исследований режимных параметров и технического состояния на этапе эксплуатации ТО, которая позволила бы создать комплексные критерии для оценки надежности и безопасности промышленных установок с учетом многофакторности влияющих процессов.

На рис.1 приведена структурная схема взаимосвязи и взаимозависимости процессов в промышленной зоне (природные ресурсы – производственная деятельность – экологическое воздействие на окружающую среду и человека), а также основные экологические загрязнители техносферы энергетических установок (энерготехнологические выбросы, виброакустические загрязнения, их сброс в воздушный и водный бассейны), негативно влияющие : на атмосферу, гидросферу, литосферу, человека, надежность и экологическую безопасность ТО [3, 7].



Рис. 1. Структурная схема: природные ресурсы – производственная деятельность –

экологическое воздействие в промышленной зоне

Эксплуатационная надежность и экологическая безопасность ТО – это единый комплекс инженерных задач, решаемых в производственных условиях.

Согласно положениям нормативных документов, необходимо проведение экологического контроля качества окружающей среды вблизи энергетического объекта для сопоставления результатов с прогнозируемыми диагностическими показателями и проверки их на соответствие действующим природоохранным нормам.

Постоянный контроль характерных параметров, влияющих на экологическую обстановку во времени, осуществляется в процессе специального экологического мониторинга: проводится организованное систематическое наблюдение за состоянием объектов, явлений, процессов с целью контроля или прогноза параметров безопасности окружающей природной среды и оценки их влияния на эмоциональное, психологическое состояние и физическое здоровье человека [2, 8].

Система экологического мониторинга должна накапливать, систематизировать и анализировать информацию: о состоянии окружающей среды; причинах наблюдаемых и вероятных изменений состояния (источниках и факторах воздействия); допустимости изменений нагрузок на окружающую среду в целом; существующих резервах биосферы, - а также взаимодействовать по обратной связи с подразделениями управления и регулирования (АСУ ЭК ТО) для перевода при необходимости технического объекта в режим безопасной эксплуатации. Ее базы данных, полученные с применением инструментальных и аналитических методов диагностики, должны использоваться при комплексном диагностировании и экспертизе эксплуатационной безопасности ТО.

По аналогии с материалами, опубликованными ранее [6], ниже, на примере компрессорной станции, рассмотрена последовательность выполнения диагностики технического состояния и соответствующего экологического мониторинга на важнейшем этапе жизненного цикла ТО - этапе эксплуатации.

В соответствии с рекомендациями [9, 10] для существующей (эксплуатируемой) компрессорной установки диагностирование должно проводиться в точках, наиболее полно характеризующих изменение основных факторов и показателей технологического процесса получения сжатого воздуха: температуры, давления, расхода, шума и вибрации, -
в системах как основного, так и вспомогательного оборудования. В общем виде схема измерений энергетических и виброакустических характеристик при диагностировании показателей надежности и безопасности работы компрессорной установки представлена
на рис.2.



Рис. 2. Схема измерений энергетических и виброакустических
характеристик при диагностировании компрессорной установки:

1- компрессор; 2, 3- глушители шума; 4- воздухосборник; 5- концевой
охладитель; 6- фильтр; 7- влагоотделитель; 8- продувочный бак;

- температура; - давление; - расход; - шум; - вибрация


Эффективным методом диагностирования состояния трущихся деталей компрессора является анализ продуктов износа в смазочном масле (трибодиагностика): определяется концентрация в нем того или иного составляющего элемента материала трибосопряжения, по величине которой оценивается осредненный износ соответствующей детали.

Существенную помощь при диагностировании оказывает компьютерное моделирование процесса изнашивания узлов, которое в дополнение к экспериментальным методам оценки технического состояния оборудования позволяет связать воедино изменение функциональных и динамических параметров машины с износом отдельных ее элементов, а также прогнозировать эти процессы на время будущей эксплуатации. Таким способом могут быть определены, например, гармоники вибрации от основных дефектов поршневых компрессоров. Неисправный узел, работа которого сопровождается ударом, эффективней диагностировать с помощью анализа амплитуды огибающего вибросигнала. Этот метод базируется на том, что периодическая последовательность ударных импульсов, возбуждающая в той или иной степени весь спектр собственных частот механизма, наилучшим образом - без помех, вызванных рабочим процессом, - проявляется в высокочастотной области в виде амплитудной модуляции вибрационного процесса. Полосовая фильтрация высокочастотного сигнала с последующим детектированием и спектральным анализом амплитудной огибающей позволяет по частоте следования удара диагностировать и локализовать дефектный узел, вызывающий виброакустические процессы.

В последнее время наблюдается интенсивное развитие и внедрение в методы диагностики экспертных систем благодаря созданию надежных и быстрых алгоритмов поиска неисправностей. В качестве их методологической основы используется логический анализ причинно-следственных связей [10].

В аналитических методах диагностирования используются также работы по созданию автоматических систем искусственного интеллекта в виде нейрокомпьютеров, нейросетей [11], применяются информационные технологии, ориентированные на использование нечетких множеств.

Как уже отмечалось, диагностирование надежности работы и экологический мониторинг оборудования весьма эффективно могут осуществляться в процессе эксплуатации. Разработаны методика и схема комплексной диагностики компрессорной установки (рис. 3), в которых использована экспертная система оценки технического состояния, параметров работы и контроля виброакустических характеристик компрессора, оборудования для смазки и охлаждения.



Рис. 3. Схема комплексной диагностики технического состояния компрессорной
установки с использованием экспертной системы

Экспертная система как программный комплекс, а именно TILShell 3.0+ [5], позволяет на основе заложенных в ней знаний (опыта) эксперта дать интеллектуальный совет или принять решение относительно некоторого вопроса в узкой предметной области понятным для пользователя образом, а также обладает рядом преимуществ для создания, например, АСУ эксплуатационным и экологическим контролем надежности технического объекта.




Рис. 4. Структурная схема экспертной системы TILShell 3.0+

для диагностики технического состояния компрессора


Структурная схема нечеткой гибкой экспертной системы (рис.4) включает в себя: блок нечеткой логики, математическую модель, блок когнитивной графики, базу концептуальных знаний, базу экспертных знаний. Унифицированная база данных экспертной системы содержит ряд методов, адаптированных в среде TILShell 3.0+ (база концептуальных знаний, база экспертных знаний, база правил и функций принадлежности, файлы базы данных) с учетом требований решаемой пользователем задачи и специфики исследуемой им математической модели [11]. База концептуальных знаний в среде TILShell 3.0+ формируется в виде отдельных понятий (формул, таблиц, графиков, нечетких правил), которые образуют ее структурную и физическую организацию. Формы представления знаний в TILShell 3.0+ используются как декларативные (описательные), так и процедурные (вычислительные). Формализация алгоритмов диагностирования в среде нечетких экспертных систем позволяет повысить их качественные и количественные оценки при постановке ими прогноза или диагноза.

Результаты анализа нормативных документов, рекомендаций проектных организаций и промышленных предприятий, материалов исследований в литературных источниках, посвященных методам диагностирования эксплуатационных показателей надежности и экологической безопасности энерготехнологического оборудования, дают основание сделать следующие выводы:

- технологии контроля, экспертизы и мониторинга технического состояния энергетических установок совместно с инновационными методами диагностирования являются основой современной инженерной стратегии повышения эксплуатационной надежности и экологической безопасности промышленного производства;

- наиболее эффективно внедрение современных диагностических комплексов на этапе промышленной эксплуатации технических систем;

- в практике диагностирования все большее применение находят комбинированные схемы, сочетающие возможности инструментальных методов с использованием современных информационных технологий;

- разработаны методика и схема комплексной диагностики компрессорной установки, в которых использована экспертная система для оценки технического состояния, параметров работы и контроля виброакустических характеристик компрессора и его вспомогательного оборудования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сапожников, В.В. Основы технической диагностики / В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников. - М.: Маршрут, 2004. - 318 с.

2. Максименко, С.В. Методы и средства технической диагностики оборудования компрессорной станции / С.В. Максименко, Г.Н. Поляков, А.Н. Труфанов. - М.: ВНИИЭгазпром, 1990. - 66 с. - (Серия «Транспорт и подземное хранение газа»).

3. Апостолов, А.А. Акустические характеристики газотурбинных газоперекачивающих агрегатов магистральных газопроводов / А.А. Апостолов, И.Г. Гоголев, А.М. Дроконов, Н.В. Дашунин. - Брянск: БГТУ, 2002. - 180 с.

4. Джексон, П. Введение в экспертные системы: [пер. с англ.] / П. Джексон. - М.: Вильямс, 2001. - 624 с.

5. Жернаков, С.В. Комплексная диагностика и контроль параметров ГТД в условиях неопределенности на базе нечеткой экспертной системы TILSell 3.0+ / С.В. Жернаков // Информационные технологии. - 2000. - №8. - С. 33-40.

6. Казаков, В.С. Диагностика виброакустических характеристик проектируемых энергетических установок
/ В.С. Казаков, Т.В. Клименко // Вестн. БГТУ. - 2007. - №2. - С. 54-61.

7. Лазарев, С.В. Здоровье и работоспособность персонала в энергетике / С.В. Лазарев. - М.: МАКСПресс, 2002. - 352 с.

8. Ярыгин, Г.А. Организация производственного экологического мониторинга объектов газовой промышленности / Г.А. Ярыгин, В.М. Темкин, В.И. Равикович. - М.: ВНИИЭгазпром, 1990. - 356 с.

9. Зарицкий, С.П. Диагностическое обслуживание оборудования компрессорной станции / С.П. Зарицкий. - М.: ИРЦ Газпром, 2000. - 156 с. - (Серия «Газовая промышленность на рубеже XXI века»).

10. Гриб, В.В. Анализ современных методов диагностирования компрессорного оборудования нефтегазохимических производств / В.В. Гриб, А.Г. Соколова, А.П. Еранов [и др.] // Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт. - 2002. - №10. - С. 57-65.

11. Искусственный интеллект. Кн.3. Программные и аппаратные средства / под ред. В.Н. Захарова. - М.: Радио и связь, 1990. - 370 с.

Материал поступил в редколлегию 25.04.08.