Основы технической диагностики нефтегазового оборудования (стр. 2 )

Количественные и качественные характеристики диагностиче­ских параметров являются признаками того или иного дефекта. У каждого дефекта может быть несколько признаков, в том числе не­которые из них могут быть общими для группы разных по природе дефектов.

Теоретическим фундаментом технической диагностики считают общую теорию распознавания образов, являющуюся разделом техни­ческой кибернетики. К решению задачи распознавания существует два подхода: вероятностный и детерминистский. Вероятностный использует статистические связи между состоянием объекта и диаг­ностическими параметрами и требует накопления статистики соот­ветствия диагностических параметров видам технического состоя­ния. Оценка состояния при этом осуществляется с определенной достоверностью. Детерминистский подход, применяемый чаще все­го, использует установленные закономерности изменения диагно­стических параметров, определяющих состояние объекта.

Помимо теории распознавания, в технической диагностике ис­пользуют также теорию контролеспособности. Контролеспособность определяется конструкцией объекта, задается при его проектирова­нии и является свойством объекта обеспечивать возможность досто­верной оценки диагностических параметров. Недостаточная досто­верность оценки технического состояния является фундаментальной причиной низкой достоверности распознавания состояния оборудо­вания и оценки его остаточного ресурса.

Таким образом, в результате предшествующих исследований ус­танавливают связи между характеристиками диагностических пара­метров и состоянием объекта и разрабатывают диагностические ал­горитмы (алгоритмы распознавания), представляющие собой после­довательность определенных действий, необходимых для постановки диагноза. Диагностические алгоритмы включают также систему ди­агностических параметров, их эталонные уровни и правила принятия решения о принадлежности объекта к тому или иному виду техниче­ского состояния.

Определение вида технического состояния оборудования может производиться как в собранном состоянии, так и после его полной разборки. В период нормальной эксплуатации используют методы безразборной диагностики, как наиболее экономичные. Методы тех­нической диагностики, требующие разборки, обычно применяют при капитальном ремонте оборудования — при дефектации его эле­ментов. Основной проблемой безразборной технической диагности­ки является оценка состояния оборудования в условиях ограничен­ности информации.

По способу получения диагностической информации техниче­скую диагностику разделяют на тестовую и функциональную. В тес­товой диагностике информацию о техническом состоянии получают в результате воздействия на объект соответствующего теста. Тестовая диагностика основана на использовании различных методов неразрушающего контроля. Контроль при этом осуществляется, как пра­вило, на неработающем оборудовании. Тестовая диагностика может производиться как в собранном, так и в разобранном состоянии. Функциональную диагностику проводят только на работающем обо­рудовании в собранном состоянии.

Функциональную диагностику в свою очередь подразделяют на вибрационную и параметрическую диагностики. При использовании функциональной параметрической диагностики оценка техничес­кого состояния осуществляется по величине функциональных параметров оборудования при его работе, при этом подача целена­правленных тестовых воздействий не требуется. Отклонение этих па­раметров от их номинального значения (температура, давление, мощность, количество перекачиваемого продукта, КПД и т. д.) сви­детельствует об изменении технического состояния элементов объ­екта, формирующих данный параметр. Контроль функциональных параметров обычно осуществляется в постоянном режиме оператив­ным обслуживающим персоналом с помощью штатных приборно-измерительных комплексов технологического оборудования. В свя­зи с этим функциональную параметрическую диагностику часто на­зывают оперативной. Способы функциональной параметрической диагностики обычно излагаются в инструкциях и руководствах по эксплуатации соответствующего вида оборудования и в данном по­собии специально не рассматриваются.

Вибрационная диагностика бывает двух видов: тестовая и функ­циональная (см. 2.1). Сущность функциональной вибрационной диагностики заключается в использовании параметров вибрации оборудования при функционировании в рабочих условиях для оценки его технического состояния без разборки. Особенностью функциональной вибрационной диагностики является использова­ние в качестве диагностических не статических параметров типа тем­пературы или давления, а динамических — виброперемещения, виб­роскорости и виброускорения.

Помимо отмеченных выше видов диагностики, для оценки со­стояния оборудования применяют методы разрушающего контроля, предусматривающие частичное разрушение объекта (например, при вырезке проб для установления свойств материалов путем их меха­нических испытаний), а также инструментальный измерительный контроль элементов оборудования при его разборке во время обсле­дования или ремонта. Классификация видов технической диагности­ки приведена на рис. 1.3.

Системы диагностики различаются уровнем получаемой инфор­мации об объекте. В зависимости от решаемой задачи выделяют сле­дующие виды диагностических систем: для разбраковки объектов на исправные и неисправные или для аттестации объектов по классам; поиска и измерения дефектов и повреждений; мониторинга состоя­ния объекта и прогнозирования его остаточного ресурса. Последняя из перечисленных систем является наиболее сложной и применяется для ответственных и дорогостоящих опасных производственных объ­ектов и технологического оборудования. Такие системы, предусмат­ривающие проведение постоянного мониторинга с применением комплекса методов контроля технического состояния, позволяют проводить оперативную корректировку прогнозных оценок определяющих параметров и уточнение остаточного ресурса. В качестве ос­новных методов контроля развития дефектности в комплексных сис­темах мониторинга в настоящее время используют: для емкостного оборудования — акустико-эмиссионный контроль, для машинно­го — контроль вибрационных параметров.

Современное технологическое оборудование представляет собой сложные технические системы. Обеспечение требуемой надежности таких систем, оцениваемой вероятностью безотказной работы Р(1) (см. табл. 1.1), является более проблематичным по сравнению с про­стыми. Надежность любой технической системы определяется на­дежностью составляющих ее элементов. В большинстве случаев для сложных систем контроль одного или нескольких элементов мало­эффективен, так как остается неизвестным состояние остальных.

Составляющие элементы сложных технических систем могут со­единяться между собой последовательным, параллельным или ком­бинированным способами. При последовательном соединении эле­ментов с вероятностью безотказной работы Р1 Р2, ..., Рn вероятность безотказной работы системы определяется из выражения

,

Где Pi – вероятность безотказности i-го элемента.

При параллельном соединении

При комбинированном способе вначале определяют вероятность безотказной работы элементов с параллельным соединением, а за­тем — с последовательным.

Способ параллельного соединения дублирующих элементов на­зывается резервированием. Резервирование позволяет резко повы­сить надежность сложных технических систем. Например, если в системе перекачки сырой нефти предусмотрены два независи­мых параллельных насоса с вероятностью безотказной работы Р1 = Р2 = 0,95, то вероятность безотказной работы всей системы

Р(t) = – Р1)(1 – P2) = ,95,95) = 0,998.

Суммарная надежность системы определяется надежностью ее составляющих. Чем больше количество составляющих, из которых состоит система, тем выше должна быть надежность каждой из них. Например, если техническая система состоит из 100 последовательно соединенных элементов с одинаково высокой вероятностью безот­казной работы 0,99, то общая ее надежность будет равна 0,99100, что составит около 0,37, т. е. вероятность безотказной работы системы в течение заданного времени t составляет только 37 %. В связи с этим при диагностировании сложных систем, прежде всего включающих большое число составляющих без резервирования, для получения достоверной оценки их надежности необходимо осуществлять сплошной контроль всех составляющих.

Состояние технической системы может описываться множеством параметров. При диагностировании сложных систем, работоспособ­ность которых характеризуется большим числом параметров, возни­кает ряд дополнительных проблем, а именно:

•  необходимо установить номенклатуру основных диагностиче­ских параметров, характеризующих работоспособность системы, и задать технические средства их контроля;

•  по совокупности этих параметров необходимо разработать ал­горитм оценки технического состояния системы и соответствующие программные продукты для ЭВМ.

При проведении диагностики применяют сплошной и выбороч­ный контроль. Крайне важным фактором является то, что примене­ние современных неразрушающих методов позволяет перейти к сплошному контролю. Для сложного технологического оборудова­ния, состоящего из большого числа зависимых элементов, введение сплошного неразрушающего контроля является необходимым усло­вием достоверной оценки его технического состояния.

Диагностика требует определенных затрат, которые растут по мере повышения требований к надежности и безопасности. Для сравнения: в атомной промышленности США затраты на дефекто­скопию составляют до 25% всех эксплуатационных затрат, в Рос­сии — около 4%. По данным ВНИКТИ нефтехимоборудования, за­траты на диагностику нефтехимического оборудования в США со­ставляют около 6% эксплуатационных затрат, в России — менее 1%. Вместе с тем эта статья расходов оправдана, так как использова­ние систем технического диагностирования позволяет эксплуатиро­вать каждый экземпляр технологического оборудования до предель­ного состояния и за счет этого получить значимый экономический эффект.

1.5. Типовая программа технического диагностирования

Типовая программа (типовой алгоритм) технического диагности­рования состоит из наиболее общих этапов работ, присущих различ­ным типам диагностируемых объектов. Перечень и последователь­ность выполнения таких этапов приведены на рис. 1.4.

Первый этап технического диагностирования включает анализ эксплуатационно-технической документации и данных оперативной диагностики. Этот этап является предварительным и позволяет полу­чить ретроспективную информацию об объекте диагностирования, определить соответствие проекту использованных материалов и фак­тического конструктивного исполнения, фактических условий эксплуатации (нагрузок, температур, рабочих сред и др.) проектным, выбрать определяющие параметры технического состояния, предва­рительно установить ожидаемые деградационные процессы, соста­вить перечень элементов и участков объекта диагностирования, ко­торые в наибольшей степени предрасположены к появлению повре­ждений и дефектов. Анализу подлежат нормативно-техническая, проектная, монтажная и ремонтно-эксплуатационная документация, заключения экспертиз промышленной безопасности, проведенных ранее, а также научно-техническая информация по отказам и повре­ждениям аналогичных объектов.

Натурное обследование объекта осуществляют в несколько по­следовательных этапов. В первую очередь проводят визуально-изме­рительный контроль, измерение геометрических параметров объекта и размеров выявленных дефектов. На объектах, имеющих большие габаритные размеры, выполняют геодезическую съемку. Результатом этого этапа является выявление изменения геометрии объекта, наличия поверхностных видимых дефектов и уточнение объема неразрушающего контроля. Далее неразрушающими методами выпол­няют толщинометрию и дефектоскопию элементов и участков объ­екта, выявленных на предварительном этапе диагностирования и уточненных при визуальном контроле. При необходимости произво­дят исследование структуры, определение химического состава и ме­ханических свойств материалов.

Рис. 1.4. Алгоритм технического диагностирования

В большинстве случаев натурное обследование завершают испы­танием объекта под нагрузкой на прочность, устойчивость и герме­тичность. Испытаниям предшествуют соответствующие провероч­ные расчеты с учетом выявленных дефектов. Проверочные расчеты в соответствии с нормативной документацией (ГОСТ , , РД , ПБ и др.) выполняют по допускаемым напряжениям с учетом коэффициентов запаса. Величина запаса определяется физико-механическими харак­теристиками материала конструкции и условиями ее нагружения. Расчет фактических напряжений при проверке их соответствия до­пускаемым значениям и определении коэффициентов запаса можно заменить определением этих напряжений с помощью номограмм по величине коэрцитивной силы (см. 7.7 и 12.5).

Оборудование считают работоспособным, если его несущие эле­менты имеют запасы прочности выше следующих нормативных зна­чений:

nт= 1,5 — запас прочности до образования пластического шар­нира (по пределу текучести);

nв = 2,4 — запас прочности по пределу прочности;

nк = 2,0 — запас прочности по критическому коэффициенту ин­тенсивности напряжений.

Если расчетный коэффициент запаса ниже установленных значе­ний, то принимают решение о снижении рабочих параметров диаг­ностируемого оборудования (давления, температуры, расхода) или выводе его из эксплуатации.

На завершающем этапе диагностирования выполняют анализ выявленных дефектов и повреждений, их соответствие нормам и критериям, установленным в нормативно-технической документа­ции, дают оценку технического состояния объекта. Выясняют необ­ходимость проведения дополнительных исследований с целью уточ­нения определяющих параметров на основе уточнения напряженно-деформированного состояния, деградационных процессов и факти­ческих характеристик материалов.

При признании объекта работоспособным, а также при наличии возможности восстановления его работоспособности выполняют прогнозный расчет остаточного ресурса по определяющим парамет­рам технического состояния с учетом скорости роста соответствую­щих дефектов и повреждений.

По результатам технического диагностирования принимают ре­шение о возможности и условиях дальнейшей эксплуатации объекта: продолжении эксплуатации на рабочих или сниженных параметрах, необходимости ремонта объекта или демонтажа из-за невозможно­сти или нецелесообразности его дальнейшего использования.

В зависимости от конструктивного исполнения в типовую про­грамму диагностирования вносят изменения и дополнения, учиты­вающие особенности конкретного объекта и предусматривающие проведение дополнительных исследований и применение различных методов неразрушающего контроля: например, контроль состояния магистральных трубопроводов с помощью специальных снарядов-де­фектоскопов, инструментальное обследование состояния оснований и опор, тепловизионное обследование в режиме эксплуатации объек­тов с термоизоляционным покрытием (например, изотермических резервуаров для хранения сжиженного газа), дополнительное обсле­дование фундамента ГПА и конструкций зданий насосных и ком­прессорных станций и др.

1.6. Виды неразрушающего контроля, его стандартизация и метрологическое обеспечение

Типовая программа диагностики предусматривает использова­ние различных методов контроля, прежде всего методов неразру­шающего контроля. Неразрушающий контроль требует примене­ния специальных и дорогостоящих приборов и оборудования и привлечения высококвалифицированных аттестованных специали­стов. Он может осуществляться как дискретно, так и путем посто­янного мониторинга на сложных и дорогостоящих опасных произ­водственных объектах.

Для получения информации в неразрушающем контроле {далее НК) используют все виды физических полей и излучений, химиче­ских взаимодействий и процессов. Зарождение НК обычно относят ко времени открытия в ноябре 1895 г. рентгеновских лучей, которые позволили обнаружить металлический предмет в закрытой деревян­ной коробке. За прошедший после этого период разработано боль­шое число различных видов и методов НК.

Классификация видов НК в соответствии с ГОСТ ос­нована на физических процессах взаимодействия поля или вещества с объектом контроля. В основе решения диагностических задач ле­жит прежде всего оптимальный выбор физического процесса, даю­щего наиболее объективную информацию об объекте диагностирова­ния. В зависимости от общности физических принципов, на кото­рых они основаны, различают девять видов НК: акустический, магнитный, тепловой, электрический, оптический, вихретоковый, радиационный, проникающими веществами и радиоволновой. Каж­дый из видов НК подразделяют на методы, отличающиеся следую­щими признаками:

•  характером взаимодействия поля или вещества с объектом, оп­ределяющим соответствующие изменения поля или состояния веще­ства;

•  параметром поля или вещества (первичным информативным
параметром), измеряемым в процессе контроля;

•способом измерения параметра поля или вещества.
Классификация методов НК по ГОСТ приведена в табл. 1.2 и 1.3. Ни один из методов НК не является универсальным. Каждый из них может быть использован наиболее эффективно для обнаружения определенных дефектов в заданных условиях. Напри­мер, многие из методов применимы для контроля некоторых типов материалов: радиоволновые — для радиопрозрачных диэлектриче­ских материалов; электроемкостный — для неметаллических, плохо проводящих ток материалов; вихретоковый, электропотенциаль­ный — для хороших электропроводников; магнитный — для ферро­магнетиков; акустический — для материалов, обладающих неболь­шим затуханием звука соответствующей частоты, и т. д.

Таблица 1.2

Чувствительность соответствующего метода НК оценивается наименьшими размерами выявляемых дефектов: для поверхност­ных — шириной раскрытия на поверхности детали, а также протя­женностью и глубиной развития; для скрытых — размерами дефекта и глубиной его залегания. Сопоставление различных методов кон­троля можно проводить только в тех условиях, когда возможно при­менение нескольких методов. Перечень рекомендуемых методов НК приводится в нормативно-технических документах по технической диагностике конкретных объектов.

Для обеспечения единообразия проведения контроля в различ­ных условиях, единства и требуемой точности получаемых результа­тов разработана система нормативно-технических документов. Она включает ГОСТы, ОСТы, правила и методики контроля. В них рег­ламентируются классификация методов НК, терминология, основ­ные параметры средств контроля, методы и периодичность их метро­логической поверки, методика проведения НК, требования к квали­фикации персонала и др.

Средства неразрушающего контроля разделяют на индикаторные и измерительные. Индикаторными называют средства контроля, не имеющие измерительных узлов и предназначенные лишь для индика­ции дефектов. Средства контроля, оснащенные измерительными уз­лами, подлежат периодической метрологической поверке. Перио­дичность поверки указывается в паспортах средств измерений и обычно составляет один год. Поверке подлежат также контрольные и стандартные образцы, используемые для настройки и проверки средств измерений.

Квалификация специалистов НК устанавливается и подтвер­ждается по результатам соответствующей аттестации. Согласно ПБ 03-440—02 «Правила аттестации персонала в области неразрушающего контроля», аттестация проводится по следующим видам НК: ультразвуковой (УК); акустико-эмиссионный (АЭ); радиаци­онный (РК); магнитный (МК); вихретоковый (ВК); проникающи­ми веществами: капиллярными (ПВК); течеискания (ПВТ); визу­альный и измерительный (ВИК); вибродиагностический (ВД); электрический (ЭК); тепловой (ТК); оптический (ОК).

Аттестация специалистов НК в зависимости от их квалификации производится в соответствии с ПБ 03-440—02 по трем уровням. Спе­циалист I уровня квалификации выполняет работы по НК конкрет­ного объекта по утвержденной инструкции под контролем специали­ста II или III уровня и не имеет права оценивать полученные резуль­таты. Специалист II уровня, помимо знаний I уровня, разрабатывает технологические инструкции и карты контроля в соответствии с дей­ствующими нормативами и методическими документами в области своей аттестации, производит выбор технологии и средств контроля, выдает заключение по результатам контроля, выполненного им са­мим или под его наблюдением специалистом I уровня.

Специалист III уровня обладает квалификацией, достаточной для руководства любыми операциями по тому методу НК, по которому он аттестован, в том числе: руководит работой персонала I и II уров­ней, а также выполняет работы, отнесенные к компетенции послед­них; проверяет и согласовывает технологические документы, разра­ботанные специалистами II уровня квалификации; разрабатывает технологические документы и технологические регламенты по НК; проводит инспекционный контроль работ, выполненных персона­лом I и II уровней квалификации.

Специалисты по НК должны проходить периодическую переат­тестацию: I и II уровней — через три года, III уровня — через пять лет. В удостоверении каждого специалиста помимо вида НК записы­вается вид оборудования, к контролю которого он допущен.

Для правильного выбора методов НК необходимо знание их осо­бенностей, областей применения и технологии контроля. Далее рас­смотрены основные методы неразрушающего контроля, наиболее часто применяемые в процессе технической диагностики нефтегазо­вого оборудования.

2. МЕТОДЫ ВИБРАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ

2.1. Сущность вибродиагностики и ее основные понятия

Колебания движущихся частей, а также пульсации потока техно­логической среды создают в трубопроводах, машинном и емкостном оборудовании вибрации. Параметры колебаний, наряду с величиной возмущающих сил, определяются параметрами технического со­стояния оборудования: наличием зазоров в сопряжениях, деформа­цией и износом деталей, просадкой фундаментов, нарушением цен­тровки валов, ослаблением креплений и т. д. Поэтому анализ вибра­ционных колебаний позволяет получить необходимую информацию о состоянии оборудования. Вибрация является интегральным пока­зателем качества конструкции, изготовления и монтажа оборудова­ния, а также изменения его технического состояния при эксплуата­ции,

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20