Показатели надежности газоперекачивающих агрегатов

Одной из важнейших эксплуатационных характеристик газоперека-чивающего агрегата является его надежность. Под понятием надеж­ность агрегата понимается его свойство выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных пока­зателей в заданных пределах, соответствующих режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки.

Как видно из приведенного определения, надежность агрегата явля­ется комплексным свойством, которое в зависимости от назначения и условий работы агрегата включает в себя такие понятия, как работос­пособность, неисправность, наработка на отказ, ремонтопригодность. Надежность агрегата в общем случае определяется надежностью его эле­ментов, систем, его обслуживающих, и характером их взаимодействия.

Под понятием работоспособность эксплуатации агрегата понима­ется способность агрегата выполнять заданные функции эксплуатации в пределах, допустимых нормативно-технической документацией и ин­струкциями по его эксплуатации.

Под понятием неисправность агрегата понимается состояние, при котором агрегат не соответствует хотя бы одному из требований, уста­новленных нормативно-технической документацией, даже в том случае, если эта неисправность и не приводит сразу к отказу в его работе.

Под понятием отказ понимается событие, заключающееся в полной или частичной потере работоспособности агрегата. Поэтому безотказ­ностью агрегата называется его свойство непрерывно сохранять рабо­тоспособность в течение заданного времени эксплуатации.

Отказы в работе агрегата на КС возникают по разным причинам: из-за недостатков в конструкции узла или агрегата, так называемые кон-

Показатель надежности, диагностика и снижение энергозатрат ГПА 239

структивные отказы; из-за нарушения правил технологии изготовления или монтажа агрегата на станции, так называемые технологические отказы, и эксплуатационные отказы - из-за нарушения правил эксплуа­тации агрегатов на станции. Отсюда и возникает очень важное для экс­плуатации понятие как наработка на отказ, одно из основных понятий надежности агрегатов при их эксплуатации на газопроводах.

Кроме приведенных определений отказов в работе оборудования, можно различать еще отказы систематические, полные, частичные, вне­запные и постепенные.

К систематическим отказам можно отнести отказы элементов, уз­лов и обслуживающих вспомогательных систем ГПА, долговечность которых во много раз меньше, чем долговечность самого агрегата, на­пример, работа систем разного рода уплотнений, износ масляных и воз­душных фильтров и т.п., требующих периодического ремонта и замены; обычно эти дефекты устраняются на станции силами обслуживающего персонала.

Под понятием полного отказа понимается нарушение работоспособ­ного состояния агрегата в целом, требующее длительной его остановки, замены или сложного ремонта.

Под понятием частичного отказа понимается состояние, после воз­никновения которого агрегат может использоваться по назначению, но с меньшей эффективностью, например, при разгерметизации регенера­торов, утечке масла и т.п.

Внезапный отказ характеризуется скачкообразным изменением од­ного или нескольких параметров, определяющих работу ГПА. Внезап­ный отказ практически мгновенно переводит агрегат из работоспособ­ного состояния в состояние отказа.

Постепенный отказ характеризуется монотонным изменением одно­го или нескольких заданных параметров ГПА, например, снижением мощности агрегата из-за износа узлов и деталей.

Под понятием долговечность понимается способность агрегата со­хранять свою работоспособность при установленной системе техничес­кого обслуживания и ремонта до наступления предельного состояния. Под предельным состоянием агрегата понимается состояние, когда его дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена вследствие неуст­ранимого отклонения заданных параметров от установленных преде­лов или неустранимого снижения эффективности эксплуатации ниже допустимой, или неустранимого нарушения требований техники безо­пасности, или необходимости проведения капитального ремонта.

Под понятием ремонтопригодность агрегата понимается его при­способленность к предупреждению и обнаружению причин возникнове-

Показатель надежности, диагностика и снижение энергозатрат ГПА 241

ния отказов, повреждений и устранения их последствий путем проведе­ния ремонтов и технического обслуживания.

Под понятием сохраняемость понимается свойство агрегатов сохра­нять исправное и работоспособное состояние в течение хранения и пос­ле транспортировки.

В настоящее время оценка показателей надежности ГП А на газопро­водах осуществляется системой показателей, основанных на определе­нии времени нахождения агрегата в том или ином эксплуатационном состоянии: суммарном времени нахождения агрегата в работе Т за от­четный период Т_к; времени нахождения агрегата в резерве Т ; времени нахождения агрегата в плановом ремонте Т_пп; времени вынужденного простоя Г агрегата за отчетный период Г. Обычно за отчетный период принимается календарный год

^Гк⁼^⁺Г_ез+Г_пр+Г_в = 365 дней.

На основе сопоставления приведенных временных состояний агре­гата и определяются показатели его надежности:

1. Коэффициент технического использования агрегата, определяемый как отношение времени пребывания ГПА в работе ко времени пре­бывания агрегата в работоспособном состоянии, времени его вы­нужденных простоев и ремонтов за рассматриваемый период эксп­луатации

К

т +т +т

у ппр ' -¹ в

4. Коэффициент, характеризующий среднюю наработку агрегата на число отказов (/•) в отчетном отрезке времени:

Т = -

¹ о

5. Коэффициент, характеризующий время восстановления работоспо­собности агрегата, определяемый как отношение общего времени вынужденного простоя ГПА к числу отказов за рассматриваемый отрезок времени:

(5.5)

Опыт эксплуатации газотурбинных агрегатов на газопроводах по­казывает: численные значения коэффициентов технического использо­вания для ГПА различных типов изменяются в диапазоне 0,75-0,95; ко­эффициент готовности в диапазоне 0,80-0,96; коэффициент оператив­ной готовности - в диапазоне 0,84-0,88.

Наработка газотурбинных ГПА на один отказ в целом по парку аг­регатов находится в среднем за последние пять лет эксплуатации на уровне 2600-2900 ч. По типам агрегатов этот показатель, как один из основных показателей надежности ГПА в условиях эксплуатации, рас­пределяется примерно следующим образом (табл. 5.1).

Таблица 5.1 Наработка на отказ у ряда ГПА с газотурбинным приводом

2. Коэффициент готовности агрегата, определяемый как отношение вре­мени нахождения ГПА в работоспособном состоянии к сумме времени нахождения его в рабочем состоянии и времени вынужденного простоя

т +т

р в

3. Коэффициент оперативной готовности, определяемый как отноше­ние времени нахождения ГПА в работе или в резерве, к общему ка­лендарному отрезку времени

(5.3)

Опыт эксплуатации агрегатов на газопроводах показывает, что в настоящее время к агрегатам нового поколения, поступающим на га­зопроводы, могут быть предъявлены следующие требования (не ме­нее): коэффициент технического использования на уровне 0,93-0,95; коэффициент готовности на уровне 0,98-0,985; коэффициент наработ-

глава 5

ки на отказ на уровне 3,5-4,5 тыс. ч; ресурс между средними ремонта­ми 10-13 тыс. ч; ресурс между капитальными ремонтами 20 -25 тыс. ч; полный ресурс до списания ГПА 100 тыс. ч.

5.2. Техническая диагностика газоперекачивающих агрегатов

Диагностика происходит от греческого слова diagnostikos - способ­ность распознавать. В соответствии с ГОСТ 20911-75 техническая ди­агностика призвана разрабатывать методы и приборы для определения , технического состояния объектов диагностирования (агрегатов) по па­раметрам, характеризующим протекание процессов в этом агрегате.

В зависимости от постановки задачи можно различать следующие виды диагностики: функциональную, связанную с определением изме­нения основных энергетических показателей агрегата (например, его мощности и КПД); структурную, оценивающую характер и степень по­вреждений деталей механизма; визуальную, оценивающую причины разрушения деталей при их осмотре, и прогнозную, предсказывающую характер протекания износа деталей и время выхода их из строя.

В настоящее время в эксплуатационных условиях в той или иной мере применяют следующие виды диагностики: параметрическую, виб­рационную, по анализу отработанного масла, оптические и акустичес­кие методы для обследования узлов и деталей ГТУ и др.

В условиях оценки состояния и работы ГТУ на газопроводах важное значение имеют практически все виды диагностики, прежде всего пото­му, что агрегаты на КС непрерывно работают в течение многих сотен и тысяч часов без остановки. Именно в этих условиях, не имея возможно­сти в ряде случаев по технологическим причинам остановить агрегат, особенно важно оценить его текущее состояние и предсказать ход изме­нения его основных характеристик (мощность, КПД) на перспективу.

В условиях КС в настоящее время заложена постоянно действующая система замера параметров работающих агрегатов по ГТУ и нагнетате­лю. На станциях периодически измеряют параметры рабочего тела Р, Т по тракту ГТУ, параметры газа Р, Тпо тракту нагнетателя, параметры окружающей среды. Однако на КС еще не организована до конца на­дежная система комплексной оценки состояния агрегатов, например, по мощности или по расходу топливного газа и т.п., прежде всего из-за сложности достоверного определения расхода рабочего тела по ГТУ или транспортируемого газа по нагнетателю.

Показатель надежности, диагностика и снижение энергозатрат ГПА 243

Следует отметить, что состояние агрегатов можно и целесообразно оценивать не только значениями измеряемых параметров, такими как Р и Г, но и такими характеристиками, как шум, вибрация, утечки рабоче­го тела по тракту агрегата и т.д.

Шум работающего агрегата представляет собой хороший источник диагностической информации, характеризующий сложный спектр шу­мов аэродинамического и механического происхождения, изменяющий­ся в зависимости от изменения состояния двигателя, Как известно, ос­новными источниками шума в работающем двигателе являются комп­рессор, процесс горения топлива в камере сгорания, газовая турбина, вращающиеся детали вспомогательных механизмов ГТУ, обслуживаю­щих агрегат. Если в этих условиях определять составляющие спектра шума от агрегата и отслеживать его изменения во времени, то диагнос­тирование ГПА по спектру шума может быть весьма эффективным в условиях эксплуатации для оценки состояния агрегата.

При работе газотурбинного агрегата все его узлы и детали соверша­ют вынужденные и резонансные колебания механического и аэродина­мического происхождения, что вызывает так называемую вибрацию двигателя. К источникам колебаний механического происхождения мож­но отнести разного рода соударения и взаимодействие различных дета­лей двигателя. К источникам колебаний аэродинамического происхож­дения можно отнести пульсацию потока газов по газовоздушному трак­ту ГТУ, турбулентность процесса горения топлива в камере сгорания и т.п.

В зависимости от конструктивного исполнения ГТУ, ее сборки и монтажа, условий эксплуатации, вибрация элементов установки может быть самой различной. В некоторых случаях вибрация может стать та­кой значительной, что заставит пойти на вынужденную остановку агре­гата. В противном случае повышенная вибрация может привести к быс­трому износу и разрушению узлов двигателя, прежде всего тех, которые в наибольшей степени подвержены вибрации (лопатки, подшипники, узлы крепления корпуса двигателя и т.п.)

Все это вместе взятое приводит к необходимости измерять на КС вибрацию каждой ГТУ, чтобы на базе большого числа замеров устано­вить спектры характерных неисправностей двигателей и разработать критерии эффективной эксплуатации ГТУ на КС.

Кроме указанных методов, в условиях эксплуатации проводится диагностика температурного состояния деталей агрегата, прежде всего лопаток турбины, визуально-оптическая диагностика, позволяющая выявлять разрывы материала, трещины, неплотности, деформации, на­рушение покрытий и изоляции камер сгорания, газовой турбины и т.п.

С помощью того или иного метода диагностики ГПА можно и весьма целесообразно прогнозировать изменение технического состояния агре-

глава 5

гата с целью предупреждения вынужденных остановок ГПА, повыше­ния эффективности их эксплуатации, определения видов и сроков про­ведения ремонтов.

Техническое состояние газоперекачивающего агрегата существен-ным образом сказывается на всей технологии транспорта газов по газо­проводу. Можно всегда утверждать, что, если при данном расходе топ­ливного газа по агрегату снизилась производительность нагнетателя, то при прочих равных условиях это могло произойти из-за ухудшения состояния ГТУ, нагнетателя или того и другого вместе.

Одним из основных направлений технической диагностики ГПА явля­ется метод параметрической диагностики, как наиболее перспективный и имеющий значительный опыт использования в авиационной и других от­раслях промышленности. Основой метода параметрической диагностики является определение изменения параметров технического состояния аг­регата или его отдельных элементов по изменению его технологических и топливоэнергетических показателей - мощности, производительности, КПД привода и нагнетателя в процессе эксплуатации.

Об изменении технического состояния агрегата или его отдельных эле­ментов судят по изменению характеристик их рабочих режимов. Само из­менение обычно оценивается сравнением характеристик, построенных для данного момента, и времени, принятого за исходное. В качестве исходно­го может быть принято время проведения стендовых, сдаточных или дру­гих видов испытаний агрегата. Неизменность характеристик агрегата будет говорить о его нормальном состоянии; «расслоение» характеристик будет свидетельствовать об изменениях, происходящих в ГПА.

В качестве количественных оценок смещения характеристик ГПА, ГТУ или нагнетателя иногда принимаются коэффициенты технического состояния по КПД К„или по мощности K_N:

(5.6)

где ц, N- соответственно, КПД и мощность агрегата (нагнетателя) в данный момент времени; т|₀ и N₀ - соответственно, КПД и мощность в исходном состоянии агрегата (нагнетателя) в начале их эксплуатации на КС или после проведения очередного ремонта. В условиях эксплуа­тации могут использоваться и другие показатели, определяющие изме-' нения состояния ГПА и его элементов, в основе которых лежит принцип определения «расслоения» характеристик.

Технические сложности в непосредственном измерении мощности и, сле­довательно, КПД энергопривода и нагнетателя приводят к необходимости их определения косвенным путем, используя доступные и измеряемые пара-

Показатель надежности, диагностика и снижение энергозатрат ГПА 245

метры, такие как: давление, температура, расход рабочего тела, связанные между собой известными соотношениями термодинамики. На рис.5.1 пока­зана примерная схема измерений при проведении теплотехнических испыта­ний ГПА с двухвальным газотурбинным приводом и регенератором.

Опыт использования метода параметрической диагностики для оценки технического состояния эксплуатируемых ГПА показал, что для ее эффек­тивного применения необходимо решить две принципиальные задачи:

• обеспечить необходимый объем и требуемую точность измерений параметров ГПА;

• разработать методическое и программное обеспечение для автома­тизированных расчетов по определению технического состояния ГПА с использованием ПЭВМ.

Большинство эксплуатируемых ГПА имеют объем штатных измеряе­мых параметров, используемых для контроля и управления агрегата, до­статочный для проведения его диагностических исследований. Однако общая точность применяемой штатной измерительной аппаратуры не удов­летворяет современным требованиям оценки технического состояния ГПА. На практике необходимо использовать лабораторные образцовые прибо­ры. Характеристики некоторых из них, представлены в табл. 5.2.

Следует заметить, что препарирование агрегата с использованием указанных измерительных приборов влечет за собой большой объем подготовительных работ, соизмеримый с объемом проведения непосред­ственно экспериментальных исследований.

Что касается методического и программного обеспечения, то в на­стоящее время эта задача практически решена для всех типов ГПА, на­ходящихся в эксплуатации. Использование метода параметрической ди­агностики для оценки технического состояния ГПА позволяет решить следующие задачи:

• оценить качество ремонта ГПА путем определения показателей его технического состояния до и непосредственно после вывода агрега­та из ремонта;

• обосновать сроки проведения очередного ремонта ГПА;

• оперативно определить узел ГПА (ГТУ или ЦБН), явившийся при­чиной ухудшения технологических и топливо-энергетических пока­зателей агрегата;

• определить фактические теплотехнические и газодинамические ха­рактеристики модернизированных ГПА (замена СПЧ нагнетателя, элементов проточной части ГТУ, установка - замена регенератора, совершенствование камеры сгорания и т.д.).

Показатель надежности, диагностика и снижение энергозатрат ГПА 247

Таблица 5.2 Характеристики измерительных приборов для оценки состояния ГПА

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: