Основы технической диагностики нефтегазового оборудования

УДК 621.6 ББК 30.82

Б73

Р е ц е н з е н т ы :

кафедра машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов Архангельского государственного технического университета (зав. кафедрой А.Э. Абанов)\ директор ЗАО «Санкт-Петербургская техническая экспертная компания» по на­ учной и экспертной работе, д-р техн. наук, проф. О.А. Бардышев

Богданов, Е. А.

Б73 Основы технической диагностики нефтегазового оборудо­ вания: Учеб, пособие для вузов / Е. А. Богданов* — М.: Высш. шк., 2006. — 279 с.: ил.

ISBN 5-06-005442-Х

В книге изложены основные методы контроля, примеНяемые ПРИ проведе­ нии технической диагностики газонефтепромыслового оборудования. Рассмот­

рены методики диагностирования ряда типовых видов оборУД°вания и оценки его остаточного ресурса.

Для студентов, обучающихся по специальностям «МорсКие нефтегазовые со­ оружения» и «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» направле­ ния подготовки дипломированных специалистов «Оборудований и агрегаты нефте­ газового производства». Пособие может быть полезно инэ1СенеРно~п1ехнинеским работникам производственна предприятий и экспертных ор2анизаи>ии>занимаю­ щихся вопросами диагностики.

УДК 621.6 ББК 30.82

Оригинал-макет данного издания является собственностью издательства «Выс­ шая школа», и его репродуцирование (воспроизведение) любым </посооом без согла­ сия издательства запрещается.

Предисловие

Сведения, необходимые для получения знаний по технической диагностике нефтегазового оборудования, приведены в большом числе различных источников: справочниках, технических обзорах, стандартах, научных статьях, руководящих и нормативных докумен­ тах и т.д. Эти источники, как правило, недоступны для студентов, особенно для тех, кто учится заочно. Данное пособие охватывает ос­ новной комплекс вопросов курса технической диагностики нефтега­ зового оборудования, обобщая последние достижения науки и про­ изводства в этой области.

Учебное пособие разработано в соответствии с программой курса подготовки специалистов по специальностям «Морские нефтегазо­ вые сооружения» и «Оборудование нефтяных и газовых промыслов». При подготовке книги использованы материалы лекций, прочитан­ ных автором в институте нефти и газа Архангельского государствен­ ного технического университета, а также опубликованные труды российских ученых, материалы школы-семинара «ДИАТЭКС», дей­ ствующие нормативно-технические документы.

В учебном пособии освещены следующие основные вопросы: за­ дачи и системы технической диагностики; физические основы мето­ дов неразрушающего контроля; деградационные процессы и расчеты остаточного ресурса; особенности диагностирования типовых видов оборудования добычи, транспортировки и хранения нефти и газа. Все учебные материалы разбиты по темам. Из-за ограничения объе­ ма ряд тем изложен кратко: на уровне пояснения физической сущ­ ности соответствующего метода или способа. Пособие не претендует На полный охват всех аспектов технической диагностики.

Автор выражает благодарность рецензентам за ряд ценных заме­ чаний, учтенных при работе над книгой.

ресующими нас объектами являются буровое и газонефтепромысло­ вое оборудование, газонефтепроводы и нефтехранилища.

Целью технической диагностики являются определение возмож­ ности и условий дальнейшей эксплуатации диагностируемого обору­ дования и в конечном итоге повышение промышленной и экологи­ ческой безопасности. Задачами технической диагностики, которые необходимо решить для достижения поставленной цели, являются:

•обнаружение дефектов и несоответствий, установление при­ чин их появления и на этой основе определение технического со­ стояния оборудования;

•прогнозирование технического состояния и остаточного ре­ сурса (определение с заданной вероятностью интервала времени,

втечение которого сохранится работоспособное состояние оборудо­ вания).

Таким образом, техническая диагностика решает обширный круг задач, многие из которых являются смежными с задачами других на­ учных дисциплин. Основной проблемой технической диагностики является распознавание состояния технической системы в условиях ог­ раниченной информации.

Решение перечисленных задач, особенно для сложных техни­ ческих систем и оборудования, позволяет получить большой эконо­ мический эффект и повысить промышленную безопасность соот­ ветствующих опасных производственных объектов. Техническая диагностика благодаря раннему обнаружению дефектов /позволяет предотвратить внезапные отказы оборудования, что' повышает надежность, эффективность и безопасность промышленных произ­ водств, а также дает возможность эксплуатации сложных техниче­ ских систем по фактическому техническому состоянию. Эксплуата­ ция по техническому состоянию может принести выгоду, эквива­ лентную стоимости 30 % общего парка машин.

1.2. Виды дефектов, качество и надежность машин

Техническое состояние оборудования определяется числом де­ фектов и степенью их опасности. Дефектом называют каждое отдель­ ное несоответствие детали или технической системы требованиям, установленным технической документацией. По расположению де­ фекты подразделяют на наружные и внутренние (скрытые). Наруж­ ные дефекты чаще всего обнаруживают визуально, скрытые — по­ средством различных методов неразрушающего контроля. По форме дефекты бывают объемные и плоскостные. Объемные проявляются в виде изменения (искажения) начальной формы или размеров объек­ та, плоскостные — в виде трещин или полос скольжения. По проис­ хождению дефекты подразделяют на производственные и эксплуата­ ционные. Производственные дефекты могут быть металлургически-

ность, расход топлива, скорость, производительность и т.д.), эконо­ мической эффективностью, технологичностью, показателями эсте­ тики и эргономики, надежностью.

Надежность эксплуатируемой машины определяется i в первую очередь ее техническим состоянием. По ГОСТ 27.002—83 надеж­ ность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях при­ менения. Надежность оценивается безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью, ресурсом, а также сочетанием или совокуп­ ностью этих свойств.

Безотказность — свойство оборудования сохранять работоспо­ собность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Долговечность — свойство оборудования сохранять работоспо­ собность в заданных условиях эксплуатации вплоть до наступления предельного состояния.

Ремонтопригодность — способность оборудования к предупреж­ дению, обнаружению и устранению отказов и повреждений при про­ ведении технических обслуживании и ремонтов.

Ресурс — наработка оборудования от начала эксплуатации или ее возобновления после капитального ремонта до наступления предель­ ного состояния.

Из-за большого числа конструктивных, технологических и экс­ плуатационных факторов, влияющих на надежность, точно ее рас­ считать или предсказать нельзя. Надежность можно оценить только приближенно путем расчета с использованием теории вероятностей и математической статистики или специально организованных ис­ пытаний, а также сбора эксплуатационных данных об отказах.

Для оценки фактического технического состояния и контроля надежности оборудования (его основных узлов) производится анализ данных по временным показателям надежности оборудования — ре­ сурсу, сроку службы, наработке (суммарной — с начала эксплуата­ ции, с момента проведения последнего капитального ремонта). По­ казатели надежности, определяемые по годам за период не менее двух лет эксплуатации в соответствии с ГОСТ 27.002-83, рассчиты­ вают по формулам, приведенным в табл. 1.1.

На основе анализа количественных показателей надежности при­ нимается решение о необходимости проведения диагностики обору­ дования, его ремонта или замены. Уровень количественных оценок различается в зависимости от типа оборудования. Так, для магист­ ральных насосно-перекачивающих станций при снижении величины средней наработки на отказ на 10 %, вероятности безотказной рабо­ ты на 3 % оборудование, независимо от выработки назначенного ре­ сурса, подлежит техническому освидетельствованию. Снижение ко­ эффициента технического использования оборудования на 3...5 % свидетельствует о необходимости проведения экономической оцен­ ки целесообразности его дальнейшей эксплуатации.

Рис. 1.1. Затраты на изготовле­ ние, ремонт и эксплуатацию оборудования

и простоев оборудования является одним из основных источников повышения рентабельности производственных предприятий.

Наиболее важным показателем надежности является безотказ­ ность.

Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособно­ сти технической системы или ее элементов. Критериями отказов оборудования являются: прекращение функционирования, сниже­ ние эксплуатационных параметров за предельно допустимый уро­ вень. Наиболее опасными являются отказы, приводящие к катастро­ фическим ситуациям, возникновение которых создает угрозу для жизни и здоровья людей, приводит к тяжелым экономическим поте­ рям или причинению большого вреда окружающей среде.

Если последствием отказа является катастрофическая ситуация, то уровень надежности должен задаваться максимально высоким. Эконо­ мические вопросы в таком случае не являются первостепенными.

Отказы можно разделить на два вида: внезапные и постепенные. Внезапные отказы происходят в любой момент времени из-за раз­ личных непредвиденных обстоятельств: внезапного повышения на­ грузки, механического повреждения, стихийных бедствий и др. По­ явлению постепенных отказов предшествует накопление дефектов и повреждений. Общая закономерность распределения интенсивности отказов по времени приведена на рис. 1.2.