База книг в электронке для ЭНН УТЭК / 1kumar_b_k_botakhanov_e_k_ekspluatatsiya_nasosnykh_i_kompress

Эксплуатация насосных и компрессорных станций

нимого снижения эффективности эксплуатации ниже допустимой, или неустранимого нарушения требований техники безопасности, или необходимости проведения капитальногоремонта.

Под понятием ремонтопригодность агрегата понимается его приспособленность к предупреждению и обнаружению причин возникновения 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 ГПА на газопроводах осуществляется системой показателей, основанных на определении времени нахождения агрегата в том или ином эксплуатационном состоянии: суммарном времени нахождения агрегата в работе Tр за отчетный период Tк ; времени

нахождения агрегата в резерве Tрез.; времени нахождения агре-

гата в плановом ремонте Tппр ; времени вынужденного простоя

Tв агрегата за отчетный период Tк . Обычно за отчетный период принимается календарный год

Tк Tр Tрез Tппр Tв = 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

171

Б. К. Кумар, Е. К. Ботаханов

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

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

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

5. Коэффициент, характеризующий время восстановления работоспособности агрегата, определяемый как отноше-

ние общего времени вынужденного простоя ГПА к числу отказов за рассматриваемый отрезок времени

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.

172

Эксплуатация насосных и компрессорных станций

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. 1.1).

Таблица 1.1

Наработка на отказ у ряда ГПА с газотурбинным приводом

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 наработки 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.

1.2.Техническаядиагностикагазоперекачивающихагрегатов

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.

173

Б. К. Кумар, Е. К. Ботаханов

Взависимости 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.

Внастоящеевремявэксплуатационныхусловияхвтойилииной мере применяют следующие виды диагностики: параметрическую, вибрационную, по анализу отработанного масла, оптические и акустическиеметодыдляобследованияузловидеталейГТУидр.

Вусловиях оценки состояния и работы ГТУ на газопроводах важное значение имеют практически все виды диагностики, прежде всего потому, что агрегаты на КС непрерывно работают

втечение 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.

Вусловиях 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, Т по 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.

Следует отметить, что состояние агрегатов можно и целесообразно оценивать не только значениями измеряемых параметров, такими как Р и Т, 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 проис-

174

Эксплуатация насосных и компрессорных станций

хождения, 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 разработатькритерии эффективной эксплуатации ГТУна 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.

175

Б. К. Кумар, Е. К. Ботаханов

С помощью того или иного метода диагностики ГПА можно и весьма целесообразно прогнозировать изменение технического состояния агрегата с целью предупреждения вынужденных остановок ГПА, повышения эффективности их эксплуатации, определения видов и сроков проведения ремонтов.

Техническое состояние газоперекачивающего агрегата существенным 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 данногомомента, 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 техническогосостояния поКПД K или помощности KN :

(нагнетателя) в данный момент времени; 0 и N0 – соответ-

176

Эксплуатация насосных и компрессорных станций

ственно, 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 изменения 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 параметры, такие как: давление, температура, расход рабочего тела, связанные между собой известными соотношениями термодинамики. На рис. 1.1 показана примерная схема измерений при проведении теплотехнических испытаний ГПА с двухвальным газотурбинным приводом и регенератором.

Рис. 1.1. Схема измерений при теплотехнических испытаниях ГПА

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

177

Б. К. Кумар, Е. К. Ботаханов

-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. 1.2.

Таблица 1.2 Характеристикиизмерительныхприборов дляоценкисостоянияГПА

178

Эксплуатация насосных и компрессорных станций

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

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 топливоэнергетических 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.).

1.3. Определение технического состояния центробежных нагнетателей

Паспортные характеристики нагнетателей представляют собой, как отмечалось выше, зависимости приведенной внутренней мощности (Ni / н)пр , политропического КПД пол и

степени сжатия от приведенной объемной подачи газа Qпр .

Практика эксплуатации нагнетателей показывает, что в эксплуатационных условиях происходит сдвиг главным образом характеристик пол f (Qпр) и f[(Qпр,(n/n0)]. Особенно заметный сдвиг имеет характеристика пол f (Qпр), которую

и следует выбирать за основную при оценке технического состояния нагнетателя. Практически отсутствует сдвиг характеристики (Ni / н )пр f (Qпр ).

179

Б. К. Кумар, Е. К. Ботаханов

В расчетной практике по определению показателей нагнетателя во многих случаях удобно использование и ряда других характеристик, получаемых на основе паспортных данных [5]. К таким характеристикам следует отнести:

1. Приведенную разность энтальпии газа

3. Разность температуры газа

t f[(n/n0)пр,Qпр)],

сдвига характеристик (Ni / н), hпр и t практически одина-

ковы между собой и численно равны единице [12], т. е. характеризуют отсутствие сдвига. Коэффициенты сдвига характеристикпр и пол практически также равны между собой, но числен-

но меньше единицы.

Основными причинами ухудшения технического состояния нагнетателя (уменьшение КПД и увеличение потребляемой мощности) являются следующие:

-эрозионный износ рабочих колес (70 %);

-увеличение зазоров в уплотнениях покрывающего диска

(20 %);

-эрозионный износ лопаточных диффузоров и загрязнение проточной части (10 %).

При уменьшении политропического КПД нагнетателя обеспечение постоянства выходных параметров (напора и рас-

180