Методы диагностирования магистральных насосных агрегатов

Оглавление Введение… … … ….….1. Эффективность использования методов диагностирования фактического состояния насосных агрегатов МНПП….… 2. Комплексная техническая диагностика магистральных насосных агрегатов с применением технологии «СКАТ»… … 3. Вибродиагностика магистральных насосных агрегатов.…… …… 4. Система контроля и диагностики технического состояния магистральных насосных агрегатов ….… …… ………5. Пример оснащения системой непрерывного контроля и диагностики технического состояния насосных

агрегатов типа НМ… ……30 Выводы….………31 Список используемой литературы…34 Введение Контроль работоспособности насосных агрегатов осуществляется при проведении диагностических контролей (оперативного, планового, непланового) по параметрическим и виброакустическим критериям, а также по техническому при выводе насосов из эксплуатации. Для проведения диагностических контролей используются виброаппаратура с возможностью измерения спектральных

составляющих вибрации, шумомеры с возможностью измерения октавных составляющих, приборы, позволяющие определять техническое состояние подшипников качения или аналогичные им, но с большими функциональными возможностями отечественного или зарубежного производства. Средства контроля вибрации и методы вибродиагностики должны обеспечивать решение следующих задач: - своевременного обнаружения возникающих дефектов составленных частей оборудования и предотвращения его

аварийных отказов; - корректировки значений межремонтных интервалов и прогнозирования остаточного ресурса составных частей оборудования по его фактическому техническому состоянию; - проверка работоспособности оборудования после монтажа, модернизации и ремонта, определения оптимальных режимов работы оборудования. Все магистральные и подпорные насосные агрегаты должны быть оснащены контрольно-сигнальной виброаппаратурой (КСА) с возможностью контроля текущих параметров вибрации, автоматической предупредительной сигнализацией

и автоматическим отключением при предельно допустимом значении вибрации. До установки контрольно-сигнальных средств контроль и измерение величины вибрации осуществляются портативными (переносными) средствами виброметрии, которые должны быть на каждой НПС. Контроль уровня вибрации вспомогательных насосов – насосов откачки утечек, маслонасосов, насосов систем водоснабжения и отопления и пр. должен осуществляться с помощью переносной аппаратуры.

Датчики контрольно-сигнальной виброаппаратуры устанавливаются обязательно на каждой подшипниковой опоре магистрально и горизонтально подпорного насосов для контроля вибрации в вертикальном направлении. Для вертикальных подпорных насосов датчики устанавливаются на корпусе опорно-упорного подшипникового узла насоса для контроля вибрации в вертикальном (осевом) и горизонтально-поперечном направлениях. При наличии многоканальной виброаппаратуры рекомендуется дополнительно устанавливать датчики для контроля

вибрации в горизонтально-поперечном и осевом направлениях каждого подшипникового узла. Вертикальная составляющая вибрации измеряется на верхней части крышки подшипника над серединой длины его вкладыша. Горизонтально-поперечная и горизонтально-осевая составляющие вибрации измеряются на уровне оси вала насоса против середины длины опорного вкладыша. Вибрация всех элементов крепления насоса к фундаменту измеряется и контролируется в вертикальном направлении.

У насосов, не имеющих выносных подшипниковых узлов (насосы со встроенными подшипниками), вибрация измеряется как можно ближе к оси вращения ротора. 1. Эффективность использования методов диагностирования фактического состояния насосных агрегатов МНПП Переход от системы планово-предупредительных ремонтов (ППР) насосного оборудования перекачивающих станций МНПП к ремонту по его фактическому состоянию, определяемому в процессе диагностического обследования, обусловлен требованиями обеспечения установленного уровня надежности

этого оборудования, а также необходимостью более рационального использования средств, выделяемых на его обслуживание и ремонт. Этому процессу в значительной степени способствует широкий спектр нового диагностического оборудования и сервисных услуг, которые в настоящее время предоставляют отечественные и зарубежные организации. В числе многообразных технических предложений можно выделить регулирование числа оборотов электродвигателей МНА, улучшение условий эксплуатации подшипниковых узлов и концевых

уплотнений магистральных и подпорных насосов в целях повышения их ресурса, центровку и балансировку роторов с использованием высокоточного оборудования и приборов, новое диагностическое оборудование. Расширение возможностей для обеспечения высокой надежности при эксплуатации насосных агрегатов связывается с вибродиагностикой и комплексным диагностированием состояния основного и вспомогательного оборудования на базе микропроцессорной и компьютерной техники. В противовес существовавшей на протяжении нескольких

десятков лет «Системе планово-предупредительных ремонтов оборудования объектов магистральных нефтепродуктов» (системе ППР) ремонт по его фактическому состоянию предполагает периодический контроль состояния насосного оборудования. Он включает измерение виброскорости на подшипниковых и корпусных опорах, температуры подшипников, потребляемой электроэнергии, уровня шума и других параметров, которые наряду с гидравлическими и тахометрическими показателями позволяют судить не только о работоспособности насосных агрегатов, но и, используя специальные

компьютерные программы, фиксировать отрицательные тенденции изменения отдельных показателей и определять возможные причины этих изменений без остановки и демонтажа насосных агрегатов. Наряду с этим разработка диагностических программ должна основываться на достаточной статистической информации по отказам различных узлов и деталей для каждой марки насоса, с учетом специфики его эксплуатационных нагрузок на конкретной перекачивающей станции и участке

МНПП, что требует значительных затрат времени. Учитывая высокие стоимостные показатели таких систем, их экономическая эффективность не всегда бесспорна. При этом нередко стоимость услуг по обследованию и диагностике насосов, предлагаемых различными организациями, значительно отличаются. Очевидно, что критерием выбора организации-исполнителя должно быть оптимальное соотношение качества работ и их стоимости. Критерий стоимости услуг по диагностике можно определить,

исходя из отношения суммарных удельных (по отношению к продолжительности межремонтного периода) затрат на диагностику и ремонт оборудования по его фактическому состоянию к удельным затратам на ремонт этого оборудования по системе ППР (с более коротким межремонтным периодом), которое не должно быть больше единицы, т.е.: (1) где - стоимость диагностического обследования агрегата; - количество диагностических обследований за весь межремонтный период; - суммарная стоимость ремонта (замены) узлов; - межремонтный

период по фактическому состоянию с диагностическим обследованием; - межремонтный период по системе ППР; Очевидным условием должно быть: Из соотношения (1) можно получить предельное значение стоимости диагностических работ или услуг, выше которого эти работы становятся экономически неэффективными: (2) Данное условие не учитывает ряд факторов, зависящих от качества выполняемых работ, которое может быть оценено только на основе статистического анализа отказов насосного оборудовании за длительный период

эксплуатации. Тем не менее, представляется достаточно показательным его использование при выборе и обосновании предложений специализированных организаций по выполнению диагностического обследования и определению остаточного ресурса оборудования в соответствии с РД 153-39.4Р-137-2002. Необходимо отметить, что контроль вибрационных характеристик насосных агрегатов перекачивающих станций МНПП предусматривает наличие в системе автоматики магистральных и подпорных насосных агрегатов магистральных

нефтепродуктопроводов аварийной аппаратуры по измерению величины виброскорости на корпусах подшипников электродвигателей и насосов, обеспечивающей своевременную остановку насосных агрегатов для проведения последующего ремонта. Эффективным мероприятием в совершенствовании существующей системы виброконтроля магистральных и подпорных насосных агрегатов является оснащение систем автоматики перекачивающих станций МНПП оборудованием с большими возможностями анализа контролируемых параметров.

2. Комплексная техническая диагностика магистральных насосных агрегатов с применением технологии "СКАТ" Комплексная техническая диагностика магистральных насосных агрегатов (МНА) с применением технологии "СКАТ" обеспечивает повышение надежности их эксплуатации, увеличение ресурса подшипниковых узлов трения и снижение потребления электроэнергии. Работы по комплексной технической диагностике МНА с применением технологии "

СКАТ" включают следующие этапы: 1. Виброобследование до применения технологии "СКАТ". 2. Определение наличия трещин на теле ротора электродвигателя резонансным методом. 3. Термографическое обследование электрооборудования и электроконтактных соединений. 4. Проведение наладочных работ по результатам обследования. 5. Обработку подшипниковых узлов МНА по технологии "

СКАТ". 6. Виброобследование после применения технологии "СКАТ". 7. Проведение мониторинга МНА. 8. Анализ результатов проведенных работ. Виброобследование МНА до применения технологии "СКАТ" предусматривает оценку фактического технического состояния МНА по вибрации за время его эксплуатации в соответствии с установленными нормами вибрации согласно

РД 153-39Н-008-96, РД 153-39ТН-009-96. Стадии работ по виброобследованию МНА приведены в табл. 1. Производство работ по вибродиагностике МНА осуществляется посредством измерения вертикальной, горизонтальной и осевой составляющих вибрации на каждой подшипниковой опоре МНА. По результатам обработки вибрационных характеристик на ПЭВМ выдается заключение о наличии дефектов. В качестве измеряемого параметра вибрации устанавливается

среднеквадратическое значение (СКЗ) виброскорости в рабочей полосе частот 10-1000 Гц. Вибрация измеряется на каждой подшипниковой опоре; вертикальная составляющая вибрации измеряется на верхней части опоры, в середине длины опорного вкладыша; горизонтально-поперечная и горизонтально-осевая составляющие вибрации измеряются на уровне оси валов электродвигателей, против середины длины опорного вкладыша. Вибрация всех элементов крепления электродвигателя и насоса к фундаментной плите

и плиты к фундаменту измеряется и контролируется в вертикальном направлении. Общая оценка технического состояния электродвигателей магистральных насосных агрегатов по вибрации во время эксплуатации производится согласно РД 153-39Н-009-96, в соответствии с нормами вибрации. После монтажа нового или отремонтированного электродвигателя МНА, замены муфты, установки нового ротора и др. осуществляется контроль его технического состояния.

Электродвигатель допускается к эксплуатации при уровне вибрации на подшипниковых опорах не более 4,5 мм/с, а на раме, около подшипниковых стояков, и на лапах подшипниковых стояков - не более 1 мм/с. В противном случае электродвигатель считается неисправным, или его монтаж или наладка выполнены некачественно. Необходимо установить причины повышенного уровня вибрации и устранить их. При превышении уровня виброскорости на подшипниках в любой из точек измерения 6,0 мм/с проводится внепла­новый

диагностический контроль. Общая оценка технического состояния насо­сов магистральных насосных агрегатов по виб­рации во время эксплуатации производится со­гласно РД 153-39Н-008-96, в соответствии с нор­мами вибрации, представленными в табл. 3. Перечень средств измерения, оборудования, материалов, необходимых дли проведения работ по виброобследованию МНА, приведены в табл. 4. Определение трещин на теле ротора электродвигателя

МНА резонансным методом предусматривает выдачу по результатам анализа вибрационных сигналов амплитудных и фазо­вых компонентов, связанных с частотой враще­ния ротора, заключения о наличии или отсутствия трещины на теле ротора, согласно РД 153-39ТН-009-96. Стадии работ по определению на­личия трещин на теле ротора электродвигатели МНА приведены в табл. 5. Таблица 1 № п/п Стадии работ 1 Обработка и анализ комплекта технической или эксплуатационной документации 2

Составление и подготовка измерительных схем для проведения исследований 3 Проведение измерений параметров вибрации МНА с записью регистрирующей аппаратурой 4 Первичная обработка результатов исследовании МНА, выдача предварительного заключения 5 Составление отчетной документации по результатам исследований Таблица 3 Величина среднеквадратического значения виброскорости, мм/с

Оценка вибросостояния насоса Оценка длительности эксплуатации До 2.8 Отлично Длительная От 2.8 до 4.5 Хорошо Длительная От 4.5 до 7.1 (для номинальных режимов) Удовлетворительно, необходимо улучшение Ограниченная От 4.5 до 7,1 (для режимов, отличных от номинального) Удовлетворительно Длительная От 7.1 до 11.2 (для режимов, отличных от номинального)

Удовлетворительно, необходимо улучшение Ограниченная Свыше 11.2 Недопустимо Недопустимо Примечание. При режимах перекачки, отличных от номинального, и интенсивности вибрации насоса от 7.1 до 11.2 мм/с длительность эксплуатации магистральных и подпорных насосов ограничивается до замены их рабочих колес на колеса, обеспечивающие соответствующую подачу. Таблица 4 № п/п Наименование, тип Количество 1 Машинный виброанализатор

CS1 2115 (комплект) 1 2 Комплект инфракрасного тахометра 1 3 Адаптер 1 4 Персональный компьютер 1 5 Набор кабелей 1 6 Расходные материалы, используемые при измерениях, обработке, оформлении технического отчета 1 комплект 7 Набор инструментов 1 комплект В штатном режиме при проведении диагнос­тических исследовании проводится до трех за­пусков электродвигателя при соблюдении тре­бовании по количеству запусков из горячего и холодного

состояния. (Два запуска из холодного состояния с интервалом между запусками - не менее 5 мин и один запуск из горячего состоя­ния). Следующий запуск допускается через 2-3 ч после полного остывания электродвигателя. При проявлении признаков наличия на теле ро­тора электродвигателя трещины количество за­пусков может быть уменьшено. Проведение работ по диагностике трещин в роторах электродвигателей МИЛ осуществля­ется посредством измерения вертикальной со­ставляющей вибрации на каждой подшипнико­вой

опоре в процессе выбега ротора электродви­гателя при его отключении. Вибрация измеряется на верхней части опо­ры, в середине длины опорного вкладыша. Глав­ными характеристиками вибрационного сигна­ла, используемыми при обнаружении трещин, являются амплитуды и фазы компонентов виб­рационного сигнала, связанные с частотой вра­щения ротора. По результатам обработки вибра­ционных характеристик на

ПЭВМ выдается за­ключение: - о наличии на теле ротора трещин, приводя­щих к аварийной ситуации и требующих немед­ленного вывода ротора из эксплуатации; - об отсутствии на теле ротора трещин, при­водящих к аварийной ситуации, что позволяет эксплуатировать ротор электродвигателя со­гласно рекомендации РД 153-39ТН-009-96. Необходимые средства измерения, оборудо­вание, материалы для проведения этих работ приведены в табл. 4. Термографическое обследование электрообо­рудования и электроконтактных соединений

на МНА предусматривает проведение по результа­там теплового сканирования контролируемого электрооборудовании и токоведущих частей в режиме нормального функционирования МНА, без снятия напряжения, обработки тепловых об­разов контролируемого объекта, выявление де­фектных узлов, имеющих тепловые аномалии, с последующей оценкой их технического состоя­ния согласно критериев РД34.45-51.300-97. Проведение работ по тепловизионному кон­тролю электрооборудования электроконтакт­ных

соединений МНА включает выполнение следующих этапов: - изучение и анализ комплекта технической и эксплуатационной документации; - подготовку измерительной аппаратуры для проведения исследований; - проведение измерений с их регистрацией аппаратурой; - первичную обработку результатов иссле­дований МНА; - составление отчетной документации по ре­зультатам исследований. Тепловизионному контролю электрических систем подвергаются: электрооборудование и токоведущие части

ОРУ, ЗРУ, КТП, ЩСУ, вво­ды электродвигателей МНА и пайка лобовых ча­стей обмоток статора (по возможности). По результатам сканирования контролируе­мого электрооборудования и токоведущих час­тей, обработки тепловых образов контролируе­мых объектов выявляются дефектные узлы, элементы, по которым производится фиксация изображения тепловой аномалии и запись его на жесткий носитель тепловизора. После фиксации термообраза производится фотосъемка дефектного узла, элемента для при­вязки выявленного

дефекта к конкретным дета­лям узла при последующем анализе. В процесс работ производится контроль на­грузки электрооборудования и токоведущих ча­стей. Общая оценка технического состояния элек­трических систем по результатам тепловизионного контроля в период эксплуатации произво­дится в соответствии с методиками и нормами РД 34.45-51.300-97. Обработка полученных в процессе тепловизионного контроля материалов производится

на ПЭВМ. Результаты работ оформляются в виде экс­пресс-анализа по выявленным дефектным узлам и элементам. Таблица 5 № п/п Стадии работ 1 Обработка и анализ комплекта технической пли эксплуатационной документации 2 Составление и подготовка измерительных схем дли проведения исследований 3 Вывод электродвигателя 4 Демонтаж соединительной муфты МНА 5 Подготовка и выполнение запусков электродвигателя на холостом ходу 6

Проведение измерений параметром вибрации с записью регистрирующей аппаратурой при различных режимах работы 7 Монтаж соединительной муфты МНА 8 Ввод электродвигателя в эксплуатацию 9 Первичная обработка результатов исследований МНА, выдача предварительного заключения 10 Составление отчетной документации по результатам исследований Экспресс-анализ включает следующие ос­новные разделы: - общие методические положения оценки теплового

состояния электрооборудования и то­коведущих частей в зависимости от условий их эксплуатации и конструкции; - состав электрооборудования и токоведу­щих частей, подвергшихся тепловизионному контролю; - перечень выявленных дефектных точек электрооборудования и токоведущих частей с указанием мест дефектов, степени дефектности и оценки длительности эксплуатации; - термообразы всех обнаруженных тепловых аномалий согласно перечня выявленных де­фектных точек электрооборудования и токове­дущих частот с расчетами степени дефектности,

согласно РД 34.45-51.300-97; - выводы и рекомендации. Проведение наладочных работ на МНЛ пре­дусматривает проверку, а при несоответствии, установку и регулировку установочных параме­тров оборудования, предусмотренных завода­ми-изготовителями (насоса, электродвигателя, торцовых уплотнений, зубчатой муфты и т.д.). Стадии проведения наладочных работ на МНА приведены в табл. 8. Таблица 8 № п/п Стадии работ 1

Вывод МНА из эксплуатации для проведения наладочных работ 2 Проверка, ревизия, наладка и установка зазоров (натягов) на подшипниках скольжения МНА (насос, электродвигатель), регулировка торцовых уплотнений и зубчатой муфты 3 Составление формуляра и протокола на МНА по результатам наладки Таблица 10 № п/п Стадии работ 1 Подготовка расчетного триботехнического состава на основании эксплуатационных

параметров и результатов виброобследования 2 Нанесение СКАТ на поверхности пар трения (вкладышей, шеек валов насоса и эл. дв.) подшипников скольжения МНА Обработка подшипниковых узлов агрегата по технологии "СКАТ" предусматривает подго­товку на основании эксплуатационных парамет­ров и результатов виброобследования расчетно­го триботехнического состава и нанесение его на пары трения

МНА. Работы по нанесению "СКАТ" на пары трения совмещаются с проведе­нием наладочных работ на МНА. Стадии проведения работ по нанесению "СКАТ" на пары трения подшипниковых узлов МНА приведены в табл. 10. Необходимое оборудо­вание для проведения этих работ - триботехнический состав-СКАТ. Виброобследование МНА после применения технологии "

СКАТ" предусматривает оценку фактического технического состояния МНА по вибрации после проведения наладочных работ в соответствии с нормами вибрации, согласно РД153-39Н-008-96. Стадии работ и средства изме­рений аналогичны объему виброобследования МНА до применения технологии "СКАТ". Проведение мониторинга МНА предусмат­ривает периодическую регистрацию следующих контролируемых параметров: - вибрации подшипниковых

узлов (насоса, электродвигателя); - температуры подшипниковых узлов (насо­са, электродвигателя); - потребляемой мощности. Класс точности приборов, регистрирующих потребление электроэнергии, должен быть не ниже 0,5. Результа­ты измерений записываются в оперативном журнале через каждый час работы МНА в течение 72 ч. Анализ результатов проведенных работ по комплексной технической диагностике МНА с применением технологии "СКАТ" производится методом сравнения контролируемых парамет­ров

в объеме этапа 7 работ до и после примене­ния технологии "СКАТ", с учетом аналогичных режимов перекачки нефтепродукта данным на­сосным агрегатом и оформлением заключения по результатам комплексной технической диа­гностики магистрального насосного агрегата с применением антифрикционной технологии "СКАТ". 3. Вибродиагностика магистральных насосных агрегатов Эксплуатация магистральных трубопрово­дов (МТ) на оптимальных режимах перекачки, не вызывающих повышенной

вибрации магист­ральных насосных агрегатов (МНА), обеспечива­ет их надежность, долговечность и значительное снижение расходов на ремонт и эксплуатацию. Внедрение средств мониторинга и вибродиагностики МНА является одним из важнейших факторов повышения экономической эффектив­ности использования насосного оборудования на магистральных трубопроводах. Основная цель вибродиагностики - обнаружение повреждений на начальной стадии их возникновения (разви­вающихся дефектов).

Применение современных методов измере­ния вибрации и алгоритмов обработки результа­тов полномасштабных измерений обеспечивает достижение вероятности обнаружения аварий­но-опасных дефектов - до 95%. Согласно РД 153-39ТН-008-96 все магист­ральные и подпорные насосные агрегаты долж­ны быть оснащены системами автоматической предупредительной сигнализации (среднеквадратическое значение виброскорости — 7,1 мм/с) и автоматического отключения при предельно допустимом значении вибрации (11,2 мм/с).

Практика эксплуатации МНА, уровень осна­щенности перекачивающих станции МТ совре­менными техническими средствами и системами вибродиагностики и имеющаяся нормативная база позволяют, с учетом требований РД 153-39TH-008-96, ГОСТ Р ИСО 10816-3-99, перейти на трехуровневую систему автоматической сиг­нализации и защиты магистральных насосных агрегатов по вибрации: 1-ый уровень - "Предупреждение": при уровне вибрации 7.1 мм/с должна формировать­ся предупредительная

сигнализация; 2-ой уровень - "Условное отключение": при уровне вибрации 11.2 мм/с должна формиро­ваться сигнализация о максимально высоком уровне вибрации МНА и выдаваться команда "Отключение" с задержкой ее исполнения (вплоть до полного запрета прохождения); 3-ий уровень - "Отключение": при уровне вибрации 13,8 мм/с должна выдаваться команда на остановку МНА. Одной из основных причин снижения

КПД магистральных насосов по сравнению с паспорт­ными значениями, кроме недостатков их изго­товления, ремонта и монтажа, является увели­ченный уровень вибрации при их эксплуатации на неноминальных режимах и дросселировании напора системами автоматического регулирова­ния перекачивающих станций. При совпадении собственных частот колебаний рабочих лопастей или деталей насоса с час­тотами колебаний, возникающих при кавитации, особенно при малых подачах, возможно появле­ние интенсивных автоколебаний

лопаток, а так­же ротора, обвязки и корпуса, что может привести к быстрому разрушению насоса. При малых расходах наблюдается неодно­родная работа межлопаточных каналов колеса, сопровождающаяся колебаниями на лопастных частотах, что также может привести к кавитационным процессам и соответствующей вибра­ции. При чрезмерно больших расходах наличие интенсивных вихрей в отводах и колесе приво­дит к тому, что давление в вихревых областях понижается, способствуя возникновению кавитационных процессов.

Для предотвращения отключения магист­ральных насосных агрегатов системой автома­тики по повышенной вибрации, вызванной тех­нологическими причинами, т.е. при эксплуата­ции на неноминальных или переходных режи­мах, на перекачивающих станциях МТ предус­матривается применение системы контроля виб­рации с коррекцией по расходу – СКВ-Р. В состав системы входят: 1. Магистральный насосный агрегат с уста­новленными на нем вибродатчиками, измеряю­щими виброускорение на подшипниках насоса и электродвигателя, а также осевую

вибрацию. 2. Вторичный преобразователь аппаратуры виброконтроля типа СВКА1-02. 3. Блок сбора данных, входящий в комплект аппаратуры виброконтроля. 4. Двухлучевой ультразвуковой расходомер типа "Взлет PC" (УРСВ-01ОМ), монтируемый на линии выхода (или входа) перекачивающей станции с соблюдением требований по длинам прямых участков до и после него; вторичный из­мерительный преобразователь ультразвукового

расходомера с унифицированными выходными сигналами и стандартными протоколами интер­фейсов. 5. Микропроцессорная система автоматиза­ции перекачивающей станции. 6. Шины интерфейса с протоколом обмена данными типа ModBus RTU фирмы MODICON. Сигналы с вибродатчиков, пропорциональ­ные виброускорениям на подшипниках МНА, собираются и обрабатываются вторичным пре­образователем

СВКА1-02. Снятие информации с вторичного преобразователя осуществляется блоком сбора данных. Электрический сигнал, пропорциональный расходу на выходе (приеме) перекачивающей станции, от электроакустических датчиков ультразвукового расходомера поступает во вторич­ный измерительный преобразователь расходо­мера, установленный в операторной. На жидко­кристаллическом индикаторе вторичной аппа­ратуры индицируются мгновенный расход и на­растающие показания перекачки.

Данные на выходе вторичной аппаратуры расходомера запрашиваются и затем обрабаты­ваются блоком сбора данных. В соответствии с алгоритмом выработки сигналов аварийных за­щит блок сбора данных выявляет наличие (от­сутствие) переходного режима перекачки, ана­лизирует, в каком диапазоне подач — номиналь­ном или неноминальном — находится фактичес­кое значение мгновенного расхода, формирует в блоке релейных защит соответствующие сигна­лы и передает их в микропроцессорную систему автоматизации перекачивающей станции.

Алгоритм работы системы СКВ-Р функцио­нирует следующим образом. Для каждого насосного агрегата задаются верхняя и нижняя границы номинального расхо­да (подачи): и Уставка предупредительной сигнализации о повышенной вибрации МНА - Усигн, равная 7,1 мм/с, задается одинаковой для всех насос­ных агрегатов. Задаются следующие уставки защиты МНА: - Узащ1 = 11,2 мм/с, если значение мгновенного расхода находится

в пределах установленных значений и для номинального расхо­да; - Узащ2 = 13,8 мм/с, если значение мгновенно­го расхода находится вне установленных преде­лов для номинального расхода. Действие уставки Узащ1 имеет условный ха­рактер в пределах интервала времени с мо­мента формирования команды на отключение МНА, т.е. команда может быть сквитирована оператором, и безусловный характер — по исте­чении этого времени. Величина задержки на отключение

МНА устанавливается в соответствии с утвержденной технологической картой МТ. Действие уставки Узащ2 имеет безусловный характер. Действие уставок защиты Узащ1 и Узащ2 авто­матически блокируется как на время исполне­ния программы пуска МНА, так и на время пере­ходных режимов в МТ. Признаком переходного режима является превышение абсолютной величиной первой про­изводной расхода по

времени — dQ/dt значения уставки "Скорость изменения расхода". Величина dQ/dt постоянно вычисляется и контролируется контроллером системы станци­онной автоматики. Значение уставки "Скорость изменения рас­хода" вводится в соответствии с утвержденной технологической картой МТ. На время проведения технического обслу­живания или при отсутствии ультразвукового расходомера допускается ручной ввод операто­ром значения объемного расхода перекачки.

Кроме применения в системе СВК-Р показания ультразвукового расходомера могут также использоваться в системе обнаружения уточек из МТ; для контроля прохождения по МТ средств очистки и диагностики; контроля про­хождения партий при последовательной пере­качке; контроля прохождения по МТ воздушных пробок и предметов, остающихся в МТ после ре­монтных работ. Развитие вибродиагностики и мониторинга насосного оборудования, эксплуатируемого

на МТ, решают проблему обеспечения промышлен­ной и экологической безопасности перекачиваю­щих станций, являющихся объектами повышенной опасности, поскольку современные техниче­ские средства вибродиагностики позволяют вы­являть зарождение дефектов узлов магистраль­ных насосных агрегатов, отслеживать их развитие и предупреждать аварийные ситуации. При решении задач оптимизации установки магистральных насосных агрегатов на перека­чивающих станциях и режимов перекачки дол­жен применяться критерий не только мини­мальных

энергозатрат, но и критерий мини­мальных эксплуатационных издержек, вызыва­емых повышенной вибрацией МНА. Переход от двухуровневой защиты МНА по вибрации на трехуровневую, с граничным (ава­рийным) уровнем вибрации, рекомендуемым ГОСТ Р ИСО 10816-8-99, направлен на повыше­ние надежности эксплуатации работы магист­ральных трубопроводов. 4. Система контроля и диагностики технического состояния магистральных насосных агрегатов Практика эксплуатации магистральных на­сосных агрегатов показывает, что при отсутст­вии

постоянного контроля вибросостояния насо­сов и электродвигателей до 25% МНА эксплуа­тируются в условиях повышенного уровня виб­рации, что является причиной значительной ча­сти их аварийных остановок. В связи с этим весьма актуальной является проблема выбора системы мониторинга и диа­гностики технического состояния МНА по пара­метрам вибрации. Техническая диагностика технологического звена "насос-электродвигатель" производится с помощью

анализа спектров огибающей вибра­ции, измеренной на их опорах. Главными объектами диагностики при этом являются подшипники насосов и электродвига­телей. Компанией RA-Entek разработан метод диа­гностики состояния подшипниковых опор по gSE-уровню энергии ударных импульсов, осно­ванный на том, что при контакте сопряженных поверхностей, которые движутся относительно друг друга, на уровне микронеровностей контак­тирующих поверхностей возникают микроудары, которые вызывают

импульсную вибрацию в высокочастотной области. Диагностику состояния узлов агрегата по вибрации можно вы­полнять методами спектрального анализа в низкочастотной или высокочастотной областях. При измерении высокочастотной виб­рации с помощью акселерометра возникает ряд проблем, таких как возбуждение резонансных колебаний самого акселерометра при совпадении его собственной частоты с одной из частот в высо­кочастотной области колебания узла агрегата, а также значи­тельно меньший уровень высоко­частотной

вибрации по сравне­нию с уровнем низкочастотной и среднечастотной вибрации, ис­точниками которой могут быть неуравновешенность ротора, расцентровка валов, ослабление опоры агрегата или подшипнико­вого узла и другие дефекты, не связанные с техническим состоя­нием диагностируемого подшип­ника. Принцип метода измерения огибающей заключается в том, что измеренный сигнал проходит через высокочастотный фильтр, который пропускает только час­тоты, превышающие частоту ни­жнего среза фильтра.

Получен­ный высокочастотный сигнал, как правило, имеет признаки мо­дуляции низкочастотным сигна­лом дефекта или частотой вра­щения ротора, а в большинстве случаев обоим одновременно. Для того, чтобы выделить только полезную информацию сигнал, полученный после ВЧ-фильтра, возводится в квадрат, а о затем строится ESP-спектр огибающей. Поскольку ВЧ-сигнал анализируется в диапазоне частот от 5 до 25 кГц, то спектр

огибающей не несет какой-либо количест­венной информации об уровне вибрации. Спектр огибающей несет качественную информацию, но при этом по глубине моду­ляции сигнала, выделенного после ВЧ-фильтра, можно судить о серьезности де­фекта. Если проводить периодические ESP-измерения, то можно получать инфор­мацию о развитии дефекта во време­ни и прогнозировать время безава­рийной работы агрегата.

Для получения максимальной достоверности диагностики необходимо анализировать одновременно как среднечастотные прямые спектры вибрации, так и спектры огибающей, поскольку они включают составляю­щие проявления дефекта. При этом в их основе лежат различные физичес­кие процессы. Высокочастотная область вибросигнала характеризуется, как правило, силами трения меж­ду микронеровностями соприкасаю­щихся поверхностей при их относи­тельном движении, а среднечастотная область отображает силовое

и вибрационное взаимодействие деталей агрегата. Как показывает практика, час­тотная область спектра огибающей находится в диапазоне 100-25000 Гц. Однако, точные грани­цы диапазона должны определяться дополни­тельными измерениями в максимально возможном диапазоне частот. Современные фильтры огибающей являются цифровыми системами, поэтому нужно исполь­зовать спектроанализатор, который позволяет выполнять спектральный анализ вибрации в ди­апазоне частот до 25 кГц.

Сборщики данных enpac-1200А и dataРАС-1500 позволяют анали­зировать спектр в этом диапазоне частот, при этом частотный диапазон епрас-1200А достига­ет 40 кГц, а частотный диапазон сборщика дан­ных dataРАС-1500 - 75.3 кГц. Принципы диагностики дефектов по прямо­му спектру и спектру огибающей значительно отличаются. Диагностика спектров по результатам анализа прямого спектра не обеспечивает оценку с большой достоверностью степени раз­вития дефекта с первого измерения. Как прави­ло, в этом случае определяются диагностичес­кие

частоты и, соответственно, периодически выполняется изменение уровня вибрации на этих частотах, анализируется измерение уровня вибрации по времени. Диагностика в этом случае основывается на сравнении текущих уровней вибрации с эталонными (уровнями предупреж­дения), установленными на основе статистичес­ких исследований. Применение фильтров огибающей позволяет с большой достоверностью определять степень развития дефекта практически с первого изме­рения (при условии правильного выбора диапа­зона частот, в котором проявляются

силы тре­ния и нижнего среза ВЧ-фильтра). Это обуслов­лено тем, что модуляция сигнала силами трения имеется только при наличии дефекта, поэтому о величине самого дефекта можно судить по глу­бине модуляции вибросигнала в высокочастот­ной области. Глубину модуляции можно определить дву­мя способами: из формы высокочастотного сиг­нала, или непосредственно из спектра огибаю­щей. gSE-метод анализа вибра­ционного сигнала в высокочас­тотной области отличается от стандартного

ESP-метода анализа огибающей тем, что он ис­пользует то обстоятельство, что дефект одной детали под­шипника при взаимодействии с другими его деталями будет являться причиной микроуда­ров, которые возбуждают кратковременные резонансы элементов подшипника и аксе­лерометра. Поэтому при наличии де­фекта временной сигнал в вы­сокочастотной области будет иметь импульсный характер, причем частота прохода им­пульсов будет соответствовать частоте прохода дефекта. Для того, чтобы выделить сигнал с частотой прохода дефекта, высокочастотный сигнал,

полученный после ВЧ-фильтра, сначала анализируется во временной области по следующему алгоритму: находится последовательно каждый максимум импульса во временной форме сигнала, измеря­ется его размах (двойная амплитуда), задается время затухания импульса по экспоненциаль­ной кривой и строится пилообразная кривая в соответствии с очередностью прохода импуль­сов от дефектов. В результате этого получается временная пилообразная форма, которая отражает ударное взаимодействие

трущихся поверхностей при прохождении дефекта мимо точки измерения. Затем над этой пилообразной кривой строится спектр, который является спектром огибающей - "gSE-спектр". Величина размаха импульса во временной форме или величина амплитуды в "gSE-спектре" определяет глубину модуляции сигнала си­лами трения и микроударов. Глубина модуля­ции определяет степень разви­тия дефекта. gSE-метод является более чувствительным для

выявления дефектов по сравнению со стан­дартным ESP-методом огибающей, поскольку реакция механической системы в точке измере­ния при прохождении под ней дефектной облас­ти в большинстве случаев имеет импульсный характер, а при выделении полезного сигнала из модулирован­ного высокочастотного сигнала происходит его осреднение (при возведении в квадрат), и, следо­вательно, точность оценки глубины модуляции уменьшается. Диагностика подшипников с помощью gSE-метода огибающей обеспечивается переносными и стационарными приборами.

а). Переносные приборы - виброметры и сборщики данных: - виброметр - обеспечивает оперативный контроль виброскорости в стандартном диапазоне частот 2(10) - 1000 Гц; позволяет вы­являть дефекты основных узлов агрегатов по уровню энергии ударных импульсов в диапазоне 5-20 кГц; выполняет измерения температуры и частоты вращения вала МНА; - сборщики данных епрас-1200А и dataPAC-1500 обеспечивают выполнение спектрального анализа вибрации,

динамической балансировки роторов агрегатов на месте, а также возмож­ность определения технологических параметров эксплуатируемого технологического оборудова­ния. Приборы работают в комплексе с диагнос­тическим программным обеспечением EMONI-TOR Odyssey. б). Стационарные приборы - виброметр не­прерывного действия и система защиты непре­рывного действия: - виброметр непрерывного действия gSE-сигнализатор обеспечивает непрерывный кон­троль уровня

вибрации и сигнализирует о повы­шении уровня вибрации с помощью блоков реле; - система защиты непрерывного действия серии ХМ™-122 обеспечивают непрерывный контроль технического состояния технологичес­кого оборудования по вибрации и технологичес­ким параметрам (температуре, давлении, расхо­ду, току, напряжению, нагрузке и т.д.); работает в комплексе с диагностическим программным обеспечением EMONITOR Odyssey. Базовое программное обеспечение вибромониторинга и диагностики

EMONITOR Odyssey обеспечивает сбор данных измерительных сис­тем, обработку и статистический анализ инфор­мации, поддерживает контроль соответствия измеренных параметров различным уровням предупреждения по вибродиагностике, обеспечивает графический интерфейс для представле­ния полученной информации на экране дисплея компьютера, позволяет пользователю генериро­вать любую форму отчетной информации по проведенным измерениям и полученным ре­зультатам диагностики с выдачей рекомендаций обслуживающему персоналу по выявленным де­фектам.

Программное обеспечение также позво­ляет конфигурировать системы вибромониторинга и диагностики в локальных и глобальных вычислительных сетях. Для обеспечения постоянного контроля тех­нологического состояния магистральных насос­ных агрегатов разработана надежная система диагностики их подшипниковых опор с исполь­зованием методов высокочастотного анализа. Основной частью этой системы является gSE-сигнализаторы, которые обеспечивают не­прерывный контроль общего уровня высокочас­тотной вибрации (в gSE-единицах), источником которой являются

импульсные периодические механические удары вызванные, например, де­фектами элементов подшипников или кавитаци­ей. Измерение вибрации выполняется акселеро­метром, который устанавливается непосредст­венно на объекте контроля (на подшипниковых опорах насосов и электродвигателей). Измеренный общий уровень gSE-виброускорения подается на выход прибора 4-20 мА. При­бор может передавать измеренную информацию на системы автоматического управления и кон­троля производственным

процессом пли на внешние регистраторы. Техническая характеристика gSE-сигнализатора Входы Адаптированы для подключения акселерометра Выходы 4-20мА (измеренный сигнал на выходе пропорционален общему уровню gSE-энергии ударных импульсов в диапазоне частот 5-65кГц Частотный диапазон анализа 5-65кГц Диапазон gSE-измерений 9 диапазонов измерения общего уровня энергии ударных импульсов (в gSE-единицах измерения), устанавливаемых с помощью перемычек:

0-5 0-7,5 0-10 0-20 0-30 0-40 0-60 0-90 0-120 Питание 18-48В постоянного тока Температура хранения, -55 +125 Температура работы, -20 +60 Влажность 0-95% (относительная влажность без конденсации) Технические характеристики сборщиков данных Прибор dataPAC-1500 епрас-1200А Динамический диапазон АЦП 18 бит, 96 дБ АЦП 20 бит,>

90 дБ Количество вибрационных каналов 1 2 Диапазон сигнала на входе ±10 В ±40 В Канал тахометра 1 Встроенный лазерный тахометр Высокочастотный фильтр на входе 3 фильтра () 8 фильтров () Дисплей ЖКД, 640x480 пикселей ЖКД, 240x160 пикселей Габаритные размеры, см 24,8x20,8x8,4 20,0x18,0x5,0

Вес, кг 2,27 0.7 Частотный диапазон, Гц 0.18-75,300 0,16-40,000 Максимальное разрешение 12,800 12,800 Диапазон «в реальном времени» 12,8 кГц 40 кГц Результаты измерений с помощью gSE-сигнализатора и систем контроля технологических параметров работы МНА будут непрерывно ото­бражаться на мониторах компьютеров операто­ра перекачивающей станции. gSE-сигнализаторы будут выявлять возник­новение дефектов в опорных узлах

МНА на ста­дии их возникновения. Для приведения экспертизы дефектов и определения их точных харак­теристик используются сборщики данных епрас-1200А или dataPAC-1600 и программное обеспечение EMONITOR Odyssey. В результате экспериментов на подшипни­ках ряда однотипных агрегатов получены обоб­щенные зависимости между измеренными зна­чениями энергии ударных импульсов и степе­нью развития дефектов подшипников. На базе этих экспериментов разработаны критерии, по которым можно оценить состояние подшипниковых узлов.

В этих критериях диапа­зон изменения энергии импульсов разбит на зо­ны, соответствующие различным состояниям подшипников. Предельные значения gSE для каждой зоны даны для различных режимов ра­боты агрегатов. На рис. 7 приведены критерии оценки состояния подшипников по значениям энергии импульсов в диапазоне до 100 кГц. Достоверность выявления дефекта значи­тельно увеличивается при проведении монито­ринга технического состояния агрегата одновре­менно по нескольким параметрам, например: - вибрация в низкочастотной области;

- общий уровень gSE-измерений; - температура подшипниковых узлов; - параметры характеризующие режим экс­плуатации (расход, давление и др.). 5. Пример оснащения системой непрерывного контроля и диагностики технического состояния насосных агрегатов типа НМ В состав агрегатной подсистемы входят: агрегат (насос типа НМ с электроприводом), первичные преобразователи (датчики вибрации, тока, температуры, давления и т.п.), фазоотметчик, согласующие усилители (в случае необходимости), модуль сбора и цифровой обработки

информации CTD-2160. В качестве датчиков вибрации в системе используются корпусные ICP виброакселерометры. Все датчики напрямую подключаются к модулям сбора и обработки информации CTD-2160. При необходимости можно контролировать и другие параметры (температура, давление, уровень, токи и т.п.). Количество и расположение датчиков может быть изменено в соответствии с требованиями заказчика. Модули сбора и цифровой обработки информации

CTD-2160 могут изготавливаться во взрывозащищенном исполнении и соответственно они могут быть установлены непосредственно у агрегата. CTD-2160 непрерывно собирает и обрабатывает сигнал со всех датчиков одновременно. Для каждой полосы канала настраиваются предупредительная и аварийная уставки. В случае превышения предупредительного уровня срабатывает аварийная сигнализация, информирующая персонал о необходимости принять меры. Если вибрации превысят аварийный уровень, агрегат может быть остановлен

автоматически. Также CTD-2160 может контролировать не только уровни вибраций, но и другие важные параметры технического состояния агрегатов. В случае останова агрегата есть возможность просмотреть информацию о состоянии агрегата непосредственно перед остановкой, функция «черного ящика» (временной интервал «черного ящика» настраивается программно). Из модуля CTD-2160 через RS485 интерфейс вся информация о состоянии насосного оборудования передается на компьютер для последующей

обработки. Выводы В данной работе мы рассмотрели методы диагностирования магистральных насосных агрегатов. Расширение возможностей для обеспечения высокой надежности при эксплуатации насосных агрегатов связывается с вибродиагностикой и комплексным диагностированием состояния основного и вспомогательного оборудования на базе микропроцессорной и компьютерной техники. Контроль вибраци­онных характеристик насосных агрегатов пере­качивающих станций МНПП предус­матривает наличие в системе автоматики магис­тральных и подпорных

насосных агрегатов маги­стральных нефтепродуктопроводов аварийной аппаратуры по измерению величины виброско­рости на корпусах подшипников электродвига­телей и насосов, обеспечивающей своевремен­ную остановку насосных агрегатов для проведе­ния последующего ремонта. Эффективным меропри­ятием в совершенствовании существующей системы виброконтроля магист­ральных и подпорных насосных агрегатов является оснащение систем автоматики перекачивающих станций МНПП оборудованием с большими возможнос­тями анализа контролируемых параметров.

Одна из рассмотренных диагностик – комплексная техническая диагностика магистральных насосных агрегатов (МНА) с при­менением технологии "СКАТ", обеспечивающая по­вышение надежности их эксплуатации, увели­чение ресурса подшипниковых узлов трения и снижение потребления электроэнергии. Работы по комплексной технической диагностике МНА с применением технологии "СКАТ" включают следующие этапы: 1. Виброобследование до применения техно­логии "

СКАТ". 2. Определение наличия трещин на теле ро­тора электродвигателя резонансным методом. 3. Термографическое обследование электро­оборудования и электроконтактных соединений. 4. Проведение наладочных работ по резуль­татам обследования. 5. Обработку подшипниковых узлов МНА по технологии "СКАТ". 6. Виброобследование после применения тех­нологии "

СКАТ". 7. Проведение мониторинга МНА. 8. Анализ результатов проведенных работ. Каждый из этих этапов рассмотрен в данном докладе. Эксплуатация магистральных трубопрово­дов (МТ) на оптимальных режимах перекачки, не вызывающих повышенной вибрации магист­ральных насосных агрегатов (МНА), обеспечива­ет их надежность, долговечность и значительное снижение расходов на ремонт и эксплуатацию. Внедрение средств мониторинга и вибродиагностики

МНА является одним из важнейших факторов повышения экономической эффектив­ности использования насосного оборудования на магистральных трубопроводах. Основная цель вибродиагностики - обнаружение повреждений на начальной стадии их возникновения (разви­вающихся дефектов). Применение современных методов измере­ния вибрации и алгоритмов обработки результа­тов полномасштабных измерений обеспечивает достижение вероятности обнаружения аварий­но-опасных дефектов - до 95%.

Практика эксплуатации магистральных на­сосных агрегатов показывает, что при отсутст­вии постоянного контроля вибросостояния насо­сов и электродвигателей до 25% МНА эксплуа­тируются в условиях повышенного уровня виб­рации, что является причиной значительной ча­сти их аварийных остановок. В связи с этим весьма актуальной является проблема выбора системы мониторинга и диа­гностики технического состояния МНА по пара­метрам вибрации.

Техническая диагностика технологического звена "насос-электродвигатель" производится с помощью анализа спектров огибающей вибра­ции, измеренной на их опорах. Главными объектами диагностики при этом являются подшипники насосов и электродвига­телей. Компанией RA-Entek разработан метод диа­гностики состояния подшипниковых опор по gSE-уровню энергии ударных импульсов, осно­ванный на том, что при контакте сопряженных поверхностей, которые движутся относительно

друг друга, на уровне микронеровностей контак­тирующих поверхностей возникают микроудары, которые вызывают импульсную вибрацию в высокочастотной области. Диагностика подшипников с помощью gSE-метода огибающей обеспечивается переносными и стационарными приборами. К переносным приборам относят виброметры и сборщики данных, а к стационарным - виброметр не­прерывного действия и систему защиты непре­рывного действия. Также был рассмотрен пример оснащения системой непрерывного

контроля и диагностики технического состояния насосных агрегатов типа НМ. Выбор метода диагностирования производится исходя из характеристик данного магистрального насосного агрегата. Список используемой литературы 1. sales@tehnekon.ru 2. Научный информационный сборник, выпуск 12. Москва 2004г 3. © Copyright 2008 Насосы | Нефть