ОТД_Краткий курс лекций_2010

3.3 Параметрическая диагностика насосных агрегатов

Этот вид диагностики предполагает проведение оценки эксплуатацион-

ных параметров насосных агрегатов НПС. Соответствующая методика, предна-

значенная для диагностирования и прогнозирования общего технического со-

стояния насосных агрегатов НПС, при переходе к техническому обслуживанию и ремонту по фактическому техническому состоянию, была разработана ИПТЭР в качестве руководящего документа РД 39-0147103-342-89 [14]. Основ-

ные положения данной методики сводятся к следующему.

Диагностирование текущих эксплуатационных параметров насосных аг-

регатов основывается на сравнении базовых и фактических характеристик на-

соса, полученных за определенный период времени и обработанных при помо-

щи методов статистического анализа.

Согласно разработкам специалистов ИПТЭР, параметрический метод ди-

агностирования технического состояния насосного агрегата (НА) основан на сравнении фактических характеристик с базовыми. Сравнение производится по статистически обработанным параметрам для всех режимов, на которых рабо-

тал насосный агрегат за сутки (для параметрической диагностики в единой ав-

томатизированной системе управления (ЕАСУ)) и через 2100 – 3000 часов на-

работки для не менее, чем 3 – 4 режимов (диагностирование на основе кон-

трольных измерений эксплуатационных параметров). В результате вышеизло-

женного основные положения метода параметрической диагностики, разрабо-

танного специалистами ИПТЭР [14], сводятся к следующему.

В процессе эксплуатации насосного агрегата его техническое состояние меняется вследствие износа деталей и узлов, накопления повреждений. Наибо-

лее ускоренному износу подвергаются элементы щелевых уплотнений рабочего колеса, металл проточной части улиток корпуса насоса, лопатки рабочего коле-

са у входной и выходной кромок и торцовые уплотнения. Скорость потери ра-

ботоспособности НА и его элементов определяется индивидуальными особен-

ностями насоса, начальным состоянием (базовыми характеристиками), режи-

81

мом его эксплуатации, количеством механических примесей, качеством сборки насоса и т.д., т.е. каждый насос требует индивидуального подхода и своей соб-

ственной базы для сравнения текущих характеристик.

В результате износа растут все виды потерь – гидравлические, объемные,

механические, что ведет к снижению полного КПД и всех его составляющих, а

также к деформации характеристик НА.

Достаточно полную информацию можно получить сравнивая деформиро-

ванные текущие характеристики конкретного насоса с базовыми характеристи-

ками этого же насоса, взятыми с учетом технологического номера НА. Учет технологического номера насоса необходим, т. к. многочисленные эксперимен-

ты показали, что при работе насоса первым по потоку КПД НА на 1…2 %

меньше величины КПД этого же насоса, работающего вторым по потоку, при практически одинаковых подаче и времени наработки. Этот факт может быть объяснен режимом частичной кавитации или более значительной деформацией потока после подводящего колена для насоса, работающего первым по потоку.

Характеристики насосного агрегата, полученные после монтажа или ка-

питального ремонта, называются базовыми (БХ). Они могут отличаться от паспортных вследствие несоответствия фактической и стендовой гидравличе-

ских обвязок НА, условий измерения параметров и свойств перекачиваемой жидкости и, в основном, из-за индивидуальных для каждого насоса отклонений в изготовлении и монтаже, поэтому для эффективной эксплуатации НА необ-

ходимо сравнивать паспортные и базовые характеристики и, в случае значи-

тельного отличия, производить доводку насосного агрегата с последующей корректировкой коэффициентов аппроксимации, т. е. для базовых характери-

стик расчет коэффициентов аппроксимации производится заново.

Характеристики НА, получаемые в процессе эксплуатации, называются

фактическими (текущими). Диагностирование технического состояния НА производится на основе сравнения фактических характеристик с базовыми.

При сопоставлении фактических и базовых характеристик необходимо учитывать не только сквозной номер НА, но и его технологический номер в

82

комбинации включений насосов на НПС (номер по потоку), который передает-

ся в БД. Базовые характеристики должны быть определены для каждого НА в случае его работы первым по потоку и последующим.

Указанные характеристики определяются на основе данных, полученных по телемеханическим каналам связи.

При диагностировании насосного агрегата на основе контрольных изме-

рений эксплуатационных параметров, их значения, используемые при диагно-

стировании и прогнозировании, должны быть приведены к номинальной часто-

те вращения ротора (nн), номинальной плотности перекачиваемой жидкости

(ρн), а в случае отличия от фактического – и к номинальному наружному диа-

метру рабочего колеса насоса данного типоразмера (Dн). При необходимости должно быть учтено влияние вязкости перекачиваемой нефти на напорную и энергетические характеристики насоса.

Методика предусматривает сравнение базовых характеристик с паспорт-

ными и выдачу на основании этого рекомендаций по доводке НА после монта-

жа или ремонта.

Характеристики насосов аппроксимируются следующими аналитически-

ми кривыми:

где H – напор насоса, м;

Q – подача насоса.

Величины коэффициентов а0, а1 а2, а3, с0, с1 с2, с3, а также погрешности аппроксимации графических паспортных зависимостей Н = f1(Q), N=f2(Q) ана-

литическими кривыми по формулам (3.1), (3.2) приведены в табл. 3.5.

Значения КПД насоса определяются по формуле

Для каждого насосного агрегата, подлежащего диагностированию, необ-

ходимы следующие данные:

83

1) номинальный наружный диаметр рабочего колеса Dн, номинальная частота вращения ротора nн, коэффициент быстроходности ns; паспортные ха-

рактеристики НА — напорная и энергетические; тип двигателя и его КПД для номинальной мощности;

2) эксплуатационные характеристики НА, а именно: технологический номер НА в данной комбинации включения насосов на НПС; фактический на-

ружный диаметр рабочего колеса; мгновенные значения текущей подачи насоса

Q, давления во входном патрубке Рвх, давления в нагнетательном патрубке Рвых,

мощности, потребляемой насосным агрегатом N, текущей частоты вращения n;

3)физические свойства нефти: ρ и ν;

4)вспомогательная информация: название НПС; сквозной номер НА во всей совокупности контролируемых насосных агрегатов; наработка НА со вре-

мени монтажа или последнего капитального ремонта; год, месяц, число, час проведения диагностирования;

5) значения коэффициентов аппроксимации, входящих в функции по формулам (3.1), (3.2), величины nн, Dн, ηэл.дв., Reпep, Reгр, ρн, сквозной номер каждого насосного агрегата, которые относятся к нормативно-справочной ин-

формации (НСИ) и хранятся в базе данных (БД);

Согласно проведенным в ИПТЭР исследованиям, для расчетов в данной методике можно принять КПД, равным КПД электродвигателя при номиналь-

ной мощности ηном.эл.дв., значения которых приведены в табл.3.5.

Выбор оптимального числа наблюдений m, обеспечивающих измерение параметров с необходимой точностью, был сделан на основании имеющегося статистического материала согласно методике, изложенной в [14], m = 21.

Число наблюдений может быть изменено в соответствии с местными ус-

ловиями (необходимой точностью и разбросом измеренных значений от сред-

него). Реализация методики предполагает определенные требования по исполь-

зованию средств измерения и аппаратуры.

При подготовке к реализации методики, на НПС необходимо провести аттестацию измерительных средств.

84

85

Таблица 3.5 – Нормативно-справочная информация для аппроксимации паспортных характеристик магистральных насосов типа НМ

Подача

86

Комплекты преобразователей расхода, давлений на входе и выходе НА,

мощности, плотности и вязкости являются составной частью средств автомати-

ки НПС.

Подача насоса измеряется при помощи турбинных преобразователей рас-

хода узла учета нефти НПС с точностью 0,25 %.

Давление на входе и выходе насосного агрегата измеряется штатными первичными преобразователями давления с точностью 0,6 %.

Допускается измерение подачи и давления другими средствами, обеспе-

чивающими достаточную точность.

87

Мощность, потребляемая насосным агрегатом, измеряется при помощи штатных первичных преобразователей мощности с точностью 0,6 %. Допуска-

ется определять мощность по счетчику потребляемой электроэнергии или вольтметру и амперметру.

Частота вращения ротора НА измеряется при помощи тахометров или датчиков оборотов с точностью не более 1 %.

Наработку насосного агрегата измеряют по счетчику наработки или опре-

деляют по журналу учета работы агрегата.

Плотность перекачиваемой нефти измеряется при помощи поточных плотномеров с точностью 1 %.

Допускается определение плотности и вязкости нефти в химлаборатории НПС согласно действующим ГОСТам.

При измерении параметров должны соблюдаться следующие требования:

из расчетов должны быть исключены значения текущих параметров,

измеренные:

- в первые 72 часа после монтажа или ремонта насоса, т. к. в это время происходит приработка деталей и интенсивный рост зазоров в щелевых уплот-

нениях рабочего колеса;

- при запуске или остановке контролируемого НА или соседних с ним аг-

регатов НПС;

-при переключениях измерительных линий на узлах учета нефти.

замер параметров производится только при стационарном режиме пе-

рекачки. Стационарным считается режим, характеризующийся параметрами,

неизменными в течение четырех и более часов;

контроль стационарности режима осуществляется по подаче или по давлениям на входе или выходе НА. Колебания контролируемого параметра не должны превышать 3 % от среднего значения;

параметры измеряются при бескавитационном режиме работы НА

(контролируется при измерении вибрации) и отсутствии перетока нефти через

обратный клапан;

88

значения текущих параметров должны быть приведены к номинальной частоте вращения и к номинальной плотности перекачиваемой жидкости (плот-

ность воды при 20 °С);

для каждого текущего режима работы НА по измеренным значениям вязкости перекачиваемой нефти, частоты вращения и наружного диаметра ра-

бочего колеса необходимо определить число Рейнольдса и сравнить его с пере-

ходным и граничным значениями;

при отличии фактического наружного диаметра рабочего колеса от паспортного.

Проверка адекватности базовых характеристик паспортным и выдача ре-

комендаций по доводке НА осуществляется сразу после получения базовых ха-

рактеристик.

При проведении параметрической диагностики в подсистеме СКУТОР сбор информации для определения усредненной величины эксплуатационных параметров каждого НА для всех текущих стационарных режимов производит-

ся постоянно с периодичностью, устанавливаемой по регламенту функциональ-

ных подсистем ЕАСУ. При смене режимов производится новый набор данных.

Сравнение текущих характеристик с базовыми и проверка значимости отклоне-

ния производится 1 раз в сутки.

Диагностирование на основе контрольных измерений эксплуатационных параметров производится через 2300…3000 ч. наработки. Сбор информации производится не менее, чем на 3…4 режимах.

Каждому виду деформации характеристик соответствуют вполне опреде-

ленные причины. В таблице 3.6 и на рисунке 3.5 представлены описания де-

формаций характеристик НА и причины, их вызывающие.

Диагностирование текущего технического состояния НА (определение причин деформации характеристик) производится только при наличии значи-

мого отклонения эксплуатационных характеристик от базовых. Своевременное выявление причин позволит обеспечить эффективную эксплуатацию НА, уве-

личить его реальный ресурс работы, не допуская отказов, связанных с износом

89

Таблица 3.6 – Причины деформаций характеристик насосов

90