1 стр. из 1

Анализ надежности технологических установок современных нефтеперерабатывающих и нефтехимических комплексов (НХК) показывает, что более трех четвертей отказов оборудования составляют отказы машинных агрегатов, высокая концентрация которых на установках нередко служит причиной аварий и производственных неполадок, вызывающих простои установок и снижающих коэффициент их технического использования и коэффициент их готовности. Часто на отечественных заводах он составляет 80 % и ниже, что приводит к высоким эксплуатационным издержкам и потерям прибыли. Результаты оценки надежности и потока отказов, приведенные в табл. 1 по λ-характеристикам [1], показывают, что вероятность отказа нефтехимического комплекса может достигать 50 % в сутки для больших установок с проектной мощностью переработки более 6 млн. тонн нефти в год. Высокая концентрация машинных агрегатов — насосных, компрессорных, воздушного охлаждения, дымососов и т. д. — с единичными мощностями от десятков кВт до единиц МВт нередко являлась причиной возникновения производственных неполадок и аварийных ситуаций.
Главными причинами сложившегося положения можно считать отсутствие возможности наблюдения, оценки технического состояния агрегатов. Зависит это от особенностей конструкции, условий изготовления, надежности приемки на заводах-изготовителях, ремонта в подразделениях нефтезаводов, качества монтажа агрегатов при установке и в процессе их эксплуатации на технологических установках.
Возникновение аварийных ситуаций, производственных неполадок или их предпосылок, проявляющихся внешне как внезапный отказ оборудования, происходит в силу двух обстоятельств. Во-первых, часто нормативные сроки планово-предупредительных ремонтов (ППР), установленные на группу оборудования, превышают фактическую наработку между отказами конкретных агрегатов, эксплуатирующихся в разных технологических системах и условиях производства и обладающих индивидуальными показателями безотказности. Во-вторых, даже прогноз с помощью периодической диагностики, осуществляемой посредством переносных приборов, учитывает только предшествующие условия эксплуатации и не в состоянии учесть их последующее ухудшение, вызванное влиянием человеческого фактора и нарушением режима работы агрегатов.
Чтобы развитие неисправностей стало наблюдаемым, необходим непрерывный мониторинг, т. е. диагностика с периодом существенно меньшим интервала развития неисправности, с автоматической доставкой объективных результатов (независимо от воли исполнителей) лицам, ответственным за эксплуатацию оборудования. Система мониторинга состояния (СМ) должна обнаружить эти неисправности, обеспечить наблюдение за их развитием и своевременно предупредить персонал о необходимости вывода оборудования в ремонт или его остановки. Существенное повышение надежности НХК без замены оборудования и реконструкции, как показывает опыт, можно обеспечить внедрением средств мониторинга на всех этапах жизненного цикла агрегатов НХК. Мониторинг технического состояния в реальном времени позволяет перевести большинство отказов из категории внезапных для персонала установок в категорию постепенных за счет раннего их обнаружения и оповещения персонала о развивающейся неисправности, которая уже существует, хотя, может быть, пока не является опасной и не нарушает работоспособности НХК.
Установлено, что от момента наступления аварийной ситуации до возникновения аварии в виде взрыва или пожара проходит некоторое время, обычно не менее 3–5 мин. [1]. В большинстве случаев этого времени достаточно для принятия мер по выводу объекта в безопасное состояние. Таким образом, пока НХК функционирует под наблюдением системы мониторинга, которая оповещает персонал о достижении предельного состояния НХК, с помощью соответствующих действий персонала аварии могут быть предотвращены, а риск их возникновения снижен в десятки раз. Это объясняет актуальность решаемой проблемы для хозяйства страны. Значительная экономия ресурсов возникает из-за увеличения пробега между отказами, снижения коэффициента простоя НХК и увеличения выпуска продукции.
Другим важным фактором является повышение культуры эксплуатации оборудования и резкое снижение потребности в запасных частях и новом оборудовании.
Актуально внедрение автоматических систем мониторинга также на новых и реконструируемых производствах. Новое оборудование этих НХК, вследствие неконтролируемых, небрежных и неквалифицированных действий персонала, быстро стареет, достигает предельного состояния и требует постоянно увеличивающихся затрат на ремонт. Достижение безаварийности и безопасности НХК возможно при наличии систем мониторинга, обладающих рядом соответствующих характеристик, прежде всего функционально-неопределенной структурой, не зависящей от типа диагностируемого оборудования, инвариантной экспертной системой, высоким быстродействием и достоверностью диагностирования — не хуже (95–98)% [2].
Поскольку любые системы распознавания обладают ненулевой ошибкой η, то возникает задача оценки требуемой ошибки систем диагностики и мониторинга, если для технологической системы, имеющей в сложившихся условиях эксплуатации вероятность внезапных отказов Q, требуется обеспечить риск пропуска отказа не более R. Номограмма для определения допускаемой ошибки системы диагностики и мониторинга приведена на рис. 1. Например, для типичных значений за сутки Q = 30%; R = 1%, ошибка системы диагностики η не должна превышать 3% [2].
Изложенное объясняет необходимость диагностики состояния агрегатов на всех этапах жизненного цикла: для оценки качества изготовления, ремонта и монтажа на установке, для оценки технического состояния при эксплуатации вследствие износа, ошибок обслуживающего персонала и нарушения режима работы агрегата. Большой объем диагностической информации, который необходимо собрать, обработать, представить и передать персоналу в удобной для него форме даже при диагностике оборудования одной технологической установки в течение небольшого интервала времени в 3–5 мин., определяемого с одной стороны максимальной скоростью развития неисправности, а с другой — необходимостью своевременного обнаружения ошибок или небрежности персонала обслуживающего агрегат и нарушения технологического режима работы, приводящих к его отказу, требует применения исключительно стационарных систем непрерывного мониторинга. Другой причиной применения стационарных систем является необходимость представления персоналу различного уровня достоверных объективных результатов безразборной диагностики и целеуказующих предписаний по работе с критическим в данный момент времени оборудованием, которые не должны зависеть от дисциплины, квалификации и самочувствия диагноста, исправности его прибора, восприимчивости упомянутого персонала и способа хранения им предписаний. Третьей причиной является необходимость полного использования ресурса, заложенного в оборудовании, при сохранении его ремонтопригодности и безопасности производства, что в условиях наличия ошибок персонала и нарушения режима работы оборудования возможно только на основе быстродействующих стационарных автоматических диагностических систем мониторинга состояния в реальном времени.
Стационарные системы непрерывного компьютерного мониторинга для предупреждения аварий, сигнализации и контроля состояния КОМПАКС, внедряемые Центром с 1991 г., в настоящее время широко используются на ряде предприятий России, и круг их применения постоянно расширяется. Система имеет простую распределенную архитектуру типа Fieldbus. Главным «кирпичиком» этой архитектуры является периферийный интеллектуальный модуль PIM полевой диагностической сети CoRNet, обеспечивающий подключение любых типов датчиков аналоговых и дискретных сигналов, прежде всего вибропреобразователей, термопар и т. д., к своим универсальным входам. Управление системой, обработка и представление результатов мониторинга, предупреждение персонала осуществляет диагностический контроллер DATASCREEN на базе промышленного компьютера, установленный непосредственно в операторной или в цехе, который не требует систем кондиционирования и очистки воздуха. Система аттестована на взрывозащиту по классу 0ExiaIIC, испытана и принята комиссией департамента нефтепереработки Минтопэнерго РФ, сертифицирована и внесена в Государственный реестр Госстандартом РФ, разрешена к применению Госгортехнадзором на всей территории России. Тщательная проработка конструкции, учет замечаний эксплуатации, всесторонние испытания при выпуске из производства обеспечивают высокие показатели надежности в реальных условиях эксплуатации на российских заводах. Наработка на отказ датчиков, модулей и промышленных компьютеров составляет не менее 980, 320 и 25 тыс. час., соответственно при сохранении их метрологических характеристик [3].
Простое подключение датчиков с унифицированным сигналом и широкая номенклатура выпускаемых Центром датчиков абсолютной и относительной вибрации, температуры, тока, давления, частоты вращения, перемещения и уровня, обеспечивающих сквозную самодиагностику измерительно-преобразовательного тракта от чувствительного элемента до дисплея компьютера, гибко наращиваемое число измерительных, дискретных и управляющих каналов — до 8192, гарантируемый радиус сбора информации — не менее 1000 м от операторной с питанием модулей и датчиков от контроллера без дополнительных источников, низкая потребляемая мощность — не более 50 мВт на датчик или не более 500 Вт на 8192 канала выгодно отличают систему КОМПАКС от лучших отечественных и зарубежных аналогов, в том числе систем АСУТП, позволяя внедрять действительно энергосберегающие системы. Метрологическое состояние систем обеспечивается самодиагностикой измерительных каналов и полуавтоматической бездемонтажной поверкой на базе оригинальных программно-аппаратных средств Linter.
Мощное программное обеспечение систем мониторинга КОМПАКС содержит помимо стандартных для любой SCADA-АСУТП системы программных модулей, также модули автоматического анализа сигналов, экспертной системы и речевого вывода, «Журнал механика-электрика» для ввода работ, замен и ремонтов оборудования, осуществляемых персоналом с целью автоматизации ремонтного документооборота и расчета статистик по наработкам, ресурсам, потокам отказов, потокам ремонтов, потокам запчастей и т. д., широкий набор сетевых интерфейсов (рис. 2). В качестве операционных систем используются DOS, Windows, QNX, UNIX.
Полностью on-line — автоматическая диагностика неисправностей машин и оборудования — осуществляется встроенной экспертной системой, которая инвариантна к конструктивно-технологическим особенностям агрегатов и формам связи между диагностическими признаками и структурными параметрами диагностируемых объектов. Экспертная система COMPACS обеспечивает достаточно быструю, полную и надежную безразборную диагностику технического состояния машинного агрегата путем выявления следующих неисправностей:
— ослабление крепления машины и двигателя к фундаменту;
— нарушение центровки и балансировки вращающихся деталей;
— недопустимые колебания фундамента и трубопроводов;
— кавитация и гидроудар («помпаж») в насосе и компрессоре;
— дефекты подшипников;
— износ соединительной муфты;
— пропуск торцового уплотнения насоса;
— недопустимые температуры узлов машин;
— недопустимые пульсации, частотный состав и амплитуды токов приводных электродвигателей.
Система непрерывно измеряет, диагностирует и накапливает данные в пяти временных базах продолжительностью от 12 час. до 9 лет. Это позволяет не только наблюдать «жизненный путь» агрегата, но и подробно восстановить и проанализировать поведение оборудования и персонала в аварийных ситуациях.
На технологических установках система обеспечивает (on-line) объективный автоматический мониторинг динамического оборудования, с автоматической диагностикой неисправностей подшипников качения и скольжения, нарушения центровки, балансировки и крепления, центробежных и поршневых насосов и компрессоров, соединительных муфт, шестеренных механизмов и аппаратов воздушного охлаждения, торцовых уплотнений насосов и опасных напряжений химических реакторов. Системы обеспечивают также мониторинг электродвигателей и другого энергетического оборудования. Система осуществляет прогноз ресурса, речевое предупреждение персонала о грозящей аварии или неполадке, выдачу предписаний персоналу по работе с критическим в данный момент времени оборудованием, вывод оборудования в ремонт и приемку его из ремонта. Поддерживается также режим защитного мониторинга с автоматическим отключением опасных объектов на основе диалога с персоналом.
Для ремонтного производства созданы системы — по входной диагностике подшипников, балансировки роторов электродвигателей, диагностике и балансировке роторов насосов в собственных подшипниках, диагностике электродвигателей и насосов на обкатке и испытаниях после ремонта, диагностике колесно-моторных блоков электропоездов.
Система выдает диагностическое сообщение в форме предписания персоналу на ближайшее неотложное действие, которое дублируется речевым предупреждением до квитирования персоналом. Время квитирования вносится в автоматический журнал событий, записи из которого удалить нельзя. Одновременно осуществляется самодиагностика каналов измерения. Таким образом, персонал видит состояние всего оборудования на установке при одном взгляде на монитор. Единственное действие, которое от него требуется, — это подтвердить прием сообщения системы нажатием на клавишу «Пробел» и неукоснительно выполнить полученное предписание.
Реализованы персональные системы — АРМ диагноста — COMPACS-MICRO, которые обеспечивают (off-line) объективный мониторинг квазистатического оборудования с автоматической оперативной диагностикой узлов и агрегатов на месте, балансировку собранного агрегата на месте, передают информацию в стационарные системы для широкого оповещения и напоминания персоналу о состоянии квазистатического оборудования, подготовку отчетов WORD, EXCEL, преимущества WINDOWS.
Все системы объединены в диагностическую сеть предприятия Compacs-Net c единой базой оборудования, обеспечивая автоматическую подготовку и циркуляцию диагностической информации между системами и представления ее на всех уровнях от оператора и машиниста до руководителей цехов, служб и производств по принципу lookfeel (смотри и воспринимай), что практически не требует времени на обучение.
На рис. 3 приведен экран общего состояния установок диагностической сети Compacs-Net НПЗ. При одном взгляде на монитор видно состояние каждой установки, перечень наиболее опасных агрегатов и соответствующие им неисправности. Это существенно увеличивает наблюдаемость за состоянием оборудования и действиями персонала, повышает управляемость персоналом, занятым эксплуатацией и ремонтом оборудования со стороны среднего и высшего звена управления, надежность и устойчивость технологических процессов и производств.
Тренды на рис. 4 показывают, как персонал допустил гидроудары в агрегате, нарушив технологический режим. Эти гидроудары (1 и 2) послужили причиной зарождения дефекта в подшипнике вертикального насосного агрегата ф. Sandyne, который начал интенсивно развиваться спустя пять недель после этого. Окончательное разрушение подшипника наступило после другого гидроудара (5), в результате система предупредила персонал и агрегат был остановлен на ремонт. Ремонтопригодность агрегата и безопасность производства были сохранены. Ясно, что человек-диагност с каким угодно прибором в этом случае не обеспечит ни ремонтопригодность, ни тем более безопасность, а вечный спор между механиками и технологами «Кто виноват и что делать?» так и не будет разрешен. Только стационарные системы мониторинга позволяют наблюдать и определять истинные причины нарушений и неполадок.
Быстрое разрушение подшипника с проворотом наружного кольца в картере сопровождалось быстрым (около 30 мин.) ростом виброускорения из допустимой в опасную зону (рис. 5). Благодаря своевременному речевому предупреждению системы агрегат был остановлен. Только стационарные системы вибромониторинга способны предотвратить такие аварии. Очевидно, что обнаружить такой дефект, вовремя остановить агрегат, полностью использовав его ресурс, сохранить его ремонтопригодность и обеспечить безопасность производства возможно только с помощью стационарной системы мониторинга.
К системе также подключены аппараты воздушного охлаждения типов АВГ, АВЗ и ВАСО. Аппараты типов АВГ и АВЗ представляют собой агрегат, содержащий электродвигатель, соединенный с ним через муфту редуктор, на валу которого закреплено колесо вентилятора с четырьмя и более лопастями. Выходной вал редуктора вращается со скоростью менее 500 мин-1. С целью снижения стоимости для диагностики аппарата воздушного охлаждения был установлен только один вибродатчик на подшипник высокооборотного вала редуктора. В компьютер диагностической станции были введены вибрационные нормы [4], полученные по обширной статистике виброизмерений и диагнозов — более 20 тыс., и утвержденные Минэнерго и Госгортехнадзором РФ. Вместо измерения 12 значений виброскорости в трех направлениях на четырех точках агрегата система диагностировала его состояние всего по одному датчику. Кроме того высотное расположение аппаратов (отм. 9 м и выше) и распределенность по территории установки еще более усложняет проведение виброизмерений. Методический подход к виброизмерениям и диагностике, реализованный в системе КОМПАКС, позволяет снизить стоимость проведения виброизмерений более чем в 12 раз по сравнению с традиционными ручными способами. Автоматическая диагностика всего по одному датчику вибрации позволила своевременно, не доводя до аварии, предупредить отказы аппаратов воздушного охлаждения, вызванные дефектами подшипников качения двигателя и редуктора, износом зубьев шестерен передачи и их некачественным монтажом после ремонта, возникновением механического и «воздушного» дисбаланса, вызванного неправильной установкой лопастей вентилятора. Наличие в системе КОМПАКС возможностей по отображению трендов, временных реализаций сигналов, их огибающих, спектров, кепстров и других характеристик сигналов с возможностью их архивирования и печати позволяет вибродиагностам убедиться в правильности выводов автоматической экспертной системы и дополнять ее своими, вновь разработанными, правилами на основе накопленного опыта.
Мониторинг состояния центробежных компрессоров осуществляется системой компьютерного мониторинга КОМПАКС посредством датчиков абсолютной и относительной вибрации, установленных соответственно снаружи — на корпусе каждого подшипника компрессора и внутри — над валом ротора во взаимно-перпендикулярных направлениях для измерения и контроля радиальных перемещений и осевого сдвига вала. Дополнительно используются датчики температуры, частоты вращения и тока потребления. Это позволяет диагностировать техническое состояние и режим работы компрессора, в т. ч. предупреждать помпаж на ранней стадии его возникновения.
С помощью системы КОМПАКС осуществляется также диагностика следующих неисправностей поршневых компрессоров: выход из строя клапанов, гидроудар в полости нагнетания, ослабление гайки крепления поршня, износ некоторых деталей крейцкопфа, износ сальников штока, а в случае подключения к системе КОМПАКС датчиков температуры и вибраций, установленных на коренных подшипниках, можно проводить мониторинг и их состояния.
Реализация разработанных методов и средств, составляющих основу СДМС, во много раз сокращает затраты на проектирование и внедрение вибродиагностических систем, переводя их в разряд стандартных промышленных систем, реализующих промышленную технологию ресурсосберегающей безопасной эксплуатации оборудования — Safe Maintenance — SM-технологию, АСУ БЭР — АСУ безопасной ресурсосберегающей эксплуатацией.
Широкомасштабное внедрение систем КОМПАКС — более чем на 120 технологических установках и производствах 12 крупнейших нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий страны — обеспечило такое важное преимущество, как резкое сокращение аварийности, полное использование ресурса, заложенного в оборудовании при одновременном сохранении его ремонтопригодности и безопасности производства, что принципиально недостижимо при использовании переносных и других «нестационарных» систем.
Если обычно компьютеризированные системы управления обслуживанием предприятия (CMMS) включают в себя ERP-системы технико-экономического планирования и принятия управленческих решений верхнего уровня и распределенные SCADA-системы управления оборудованием установки, то теперь жизнь диктует необходимость ввода «третьего слоя» — АСУ БЭР — распределенных систем непрерывного мониторинга, отражающих состояние производственного оборудования в реальном масштабе времени, обеспечивающих полное использование ресурса, заложенного в оборудовании, при одновременном сохранении его ремонтопригодности и безопасности производства, контроль качества ремонта, отображение состояния квазистационарного оборудования (с медленным изменением состояния) и представления всей информации на компьютерах пользователей диагностической сети в масштабах всего предприятия. АСУ БЭР представляют собой по современной классификации производственные исполнительные системы реального времени (MES-системы), обеспечивающие автоматическую подготовку и передачу на верхние уровни управления информации о реальном состоянии производственного оборудования, полностью исключая человека и связанный с ним субъективный фактор из этой важнейшей вертикали управления!
Анализируя источники и причины немедленного получения эффекта после внедрения АСУ БЭР, приходишь к выводу, что непрерывный мониторинг комплексов оборудования обеспечивает предприятиям рентабельность на основе ресурсосберегающей безопасности [5,6].
Действительно, количество аварий оборудования снижается более чем на порядок. Межаварийный пробег комплексов оборудования увеличивается в десятки раз. В несколько раз увеличивается межремонтный пробег оборудования и сокращаются затраты на ремонт и запасные части. Не менее чем в три раза — в нефтепереработке и в восемь раз — в газопереработке снижается число отказов такого ответственного узла, как торцовое уплотнение, состояние которого во многом определяет безопасность производства. Удалось обеспечить высокий уровень безопасности при переводе оборудования на эксплуатацию по фактическому техническому состоянию. Главным источником рентабельности является снижение количества и продолжительности простоев технологических установок, потерь оборудования и затрат на его ремонты и восстановление, ускорение вывода технологических систем на рабочий режим. Экономия эксплуатационных расходов и потерь прибыли предприятий, по минимальным оценкам, превышает $2 на тонну перерабатываемой нефти. Это эквивалентно увеличению глубины переработки на 2–3% и существенно повышает рентабельность и инвестиционную привлекательность предприятий.
КОМПАКС®, COMPACS®, Compacs-Net®, CoRNet, DATASCREEN, Linter, Диагностическая сеть, Диагностическая станция — зарегистрированные товарные знаки НПЦ «Динамика».
COMPACS-MICRO, СДМС — торговые марки НПЦ «Динамика». Все права защищены.

Литература
1. Муромцев Ю. Л. Безаварийность и диагностика нарушений в химических производствах. — М.: Химия, 1990 — 144 с.
2. Костюков В. Н. Мониторинг безопасности производства. — М.: Машиностроение, 2002 — 224 с. ил.
3. Костюков В. Н., Бойченко С. Н., Костюков А. В. Автоматизированные системы управления безопасной ресурсосберегающей эксплуатацией оборудования нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств (АСУ БЭР — КОМПАКС). Под ред. В. Н. Костюкова. М.: Машиностроение, 1999. — 163 с. ил.
4. Костюков В. Н., Науменко А. П. Практические основы вибродиагностики машинного оборудования: Учеб. пособие. Под ред. В. Н. Костюкова. Омск: Изд-во ОмГТУ. 2002. — 108 с. ил.
5. Эффективность внедрения стационарных систем вибродиагностики «КОМПАКС» на Омском НПЗ// Малов Е. А., Шаталов А. А., Бронфин И. Б., Долгопятов В. Н., Костюков В. Н., Бойченко С. Н., Мелинг А. Я. — Безопасность труда в промышленности, 1997, № 1, С. 9-15.
6. Безаварийность производства — путь к повышению рентабельности. Внедрение систем мониторинга КОМПАКС® / А. А. Шаталов, Ф. И. Сердюк, В. Н. Костюков, Ал. В. Костюков и др. // Химия и технология топлив и масел. — 2000.- № 3.- С.9-13.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!