"Диагностика нефтегазового оборудования"
 Скачать 6.67 Mb.
|
|
Размещено на http://www.allbest.ru/ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Энергетический факультет Кафедра "Тепловая и топливная энергетика" Лекции на тему: "Диагностика нефтегазового оборудования" Выполнил: студент группы ТЭбд-41 Тарасенко П.Г. Проверила: Хахалева Л.В. Ульяновск 2018 Содержание 1. Виды дефектов, неразрушающий контроль и диагностика оборудования и трубопроводов 2 2. Контроль работоспособности оборудования и трубопроводов 11 3. Техническое обслуживание и ремонт центробежных нагнетателей 18 4. Организация эксплуатации оборудования перекачивающих станций 22 5. Многоуровневая структура диспетчерской службы 27 6. Пуск, остановка и ведение технологического процесса перекачки 31 7. Рыночные аспекты эксплуатации трубопроводов 37 1. Виды дефектов, неразрушающий контроль и диагностика оборудования и трубопроводовДля обеспечения надежной работы машин большое значение имеет периодический контроль их состояния при эксплуатационном обслуживании. Для определения степени износа и обнаружения появившихся в процессе изготовления или эксплуатации дефектов деталей производятся различные технические измерения. Дефект - это отдельное несоответствие того или иного изделия или детали установленным требованиям. Дефекты бывают явными и скрытыми, критическими и некритическими. При наличии критического дефекта использование детали по назначению невозможно. По происхождению дефекты бывают производственными и эксплуатационными. К производственным дефектам относятся: усадочные раковины - полости, образующиеся при остывании металла; неметаллические включения, попадающие в металл извне; неравномерность химического состава металла в отливках; волосные трещины, образующиеся внутри толстого проката; закалочные трещины - разрывы металла в процессе закалки. Сюда же можно отнести трещины в зоне сварного шва; непровары - отсутствие сплавления между основным и наплавленным металлом, а также между отдельными слоями при многослойной сварке. К эксплуатационным дефектам относятся: трещины усталости - разрывы в детали вследствие длительного действия высоких переменных напряжений, которые возникают в местах концентрации напряжений. Ширина раскрытия трещин усталости не превышает нескольких микрометров. К эксплуатационным дефектам также можно отнести: коррозионные поражения металла в результате химического и электрохимического воздействия, масштаб которых зависит от агрессивности среды. Коррозия может быть сплошной, точечной, ячейковой; трещины ползучести, которые возникают в металлах по границам зерен при высоких температурах; термические трещины, возникающие при резкой смене температур, при недостаточной смазке и заеданиях поверхностей трущихся деталей; трещины-надрывы, возникающие при перегрузке деталей при работе в нерасчетном режиме. Дефекты геометрии трубы могут быть как производственными, так и эксплуатационными: вмятина; гофр - чередующиеся поперечные выпуклости и вогнутости стенки трубы, приводящие к излому оси трубы. Эрозия, вмятина в прокате, риска, расслоение, утонение стенки трубы. Эксплуатация трубопровода при наличии опасных дефектов допускается при введении ограничений на режимы перекачки. Причинами дефектов и разрушения валов могут быть причины металлургического характера, когда имеются дефекты в заготовках: поверхностные и внутренние трещины, расслоения и разрывы вследствие механических и термических напряжений, возникающих при изготовлении прутков. Наиболее опасными с точки зрения возникновения усталостных трещин являются сечения, в которых изменяется диаметр вала (галтельные переходы) и шпоночные пазы в местах посадки рабочего колеса на вал и под муфтой. Разрушение вала может произойти под рабочим колесом под действием циклических нагрузок. Местом зарождения трещин являются шпоночные канавки, где условия работы материала наиболее тяжелые. Кроме перечисленных дефектов существуют следующие отклонения формы отдельных деталей от проектной: овальность, конусность, бочкообразность, изогнутость, неплоскостность. Существуют также отклонения относительного расположения отдельных деталей в собранном узле: перекос осей и непараллельность, торцевое биение, несоосность, радиальное биение, несимметричность. Объективная информация о техническом состоянии механизмов получается с помощью средств технической диагностики-информационно-измерительного комплекса, позволяющего анализировать и накапливать информацию. В основу количественной оценки технического состояния положен диагностический параметр. В качестве параметров могут использоваться: мощность навалу; давление; температура; параметры вибрации и т.д. При диагностировании оборудования и трубопроводов используют следующие важные понятия. Работоспособность - состояние механизма или иного объекта, при котором он способен выполнять свои функции. Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности механизма или иного объекта (понятие вероятностное). Неисправность - состояние объекта, при котором он не соответствует одному из требований техдокументации. Безотказность-свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого периода времени (времени наработки). Долговечность - свойство механизма сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта (ТОР). Срок службы - это все календарное время эксплуатации оборудования (например, насоса) до предельного износа. Надежность - это свойство объекта выполнять заданные функции. Это главный качественный показатель объекта. Основной показатель надежности - вероятность безотказной работы, которую называют функцией надежности. В разные периоды эксплуатации насосов частота (интенсивность) отказов разная (рис.1). Здесь три периода: I - приработки; II - нормальной эксплуатации; III - старения. диагностика контроль нефтегазовый трубопровод Природа высокой интенсивности отказов (период!) заключается в не идеальности изготовления деталей и незамеченных дефектах.  Рис.1. Типичный график интенсивности отказов механизмов в процессе эксплуатации Период внезапных отказов II неустраним, их интенсивность невелика до тех пор, пока износ деталей не достигает некоторой величины - после чего наступает период старения III. Для оценки параметров надежности насоса необходимо выбрать элемент, лимитирующий надежность. Для насосов такими элементами являются торцовые уплотнения (средняя наработка 3500 ч), щелевые уплотнения (6300 ч), подшипники (12000 ч), валы (60000 ч). Главный резерв повышения параметров надежности насоса-повышение качества торцовых уплотнений. Межремонтный ресурс насосного оборудования колеблется в пределах 4000-8000 ч. Около 30% всех отказов падают на торцовые уплотнения валов, 15% --на подшипники, 9% - на маслосистему. Повышенная вибрация вызывает до 10% отказов. По вине персонала - до 12%. Основной причиной снижения КПД насосов (до 3%) является износ щелевого уплотнения и рост перетока нефти из полости нагнетания во всасывающий патрубок. Пагубно на состоянии насосов сказывается вибрация, при которых детали испытывают знакопеременные нагрузки и быстро разрушаются. В первую очередь разрушаются подшипники и соединительные муфты. Вибрация ослабляет крепление узлов к фундаменту и узлов между собой. Не существует машин с идеальным качеством изготовления, поэтому невозможно ликвидировать все процессы, вызывающие вибрацию насосов. Центр масс ротора никогда не совпадает с осью вращения вала. Сила механического дебаланса является основным источником появления вынужденных гармоник вибрации роторных машин. Рост амплитуд отдельных гармоник вибрации используется в качестве диагностического признака наличия дефектов. В 90% случаев аварийной остановки насоса этому предшествует резкое увеличение амплитуды вибраций. Диагностический метод эксплуатации оборудования сводится к сопоставлению диагностического параметра с допустимым значением. Вибрационная диагностика основана на использовании среднеквадратичного значения виброскорости (мм/с), например, крышки или корпуса подшипника. Неразрушающий контроль (НК) позволяет обнаружить дефекты и проверить качество деталей без нарушения их пригодности к использованию по назначению. Перечислим несколько существующих методов неразрушающего контроля. Визуально-оптический метод позволяет выявить относительно крупные трещины, механические повреждения, остаточную деформацию. Капиллярный метод основан на увеличении контраста между дефектами и бездефектным материалом с помощью специальных проникающих жидкостей. Ультразвуковой контроль позволяет определить координаты и площадь дефекта. Шуп должен плотно прилегать к поверхности изделия. Магнитная дефектоскопия основана на том, что дефекты изделий вызывают искажения магнитного поля, наведенного в изделии. Гамма-дефектоскопия позволяет выявить скрытые дефекты с помощью портативных и маневренных приборов. Важнейшими характеристиками методов неразрушающего контроля являются чувствительность и производительность. Чувствительность определяется наименьшими размерами выявляемого дефекта. Вышеперечисленные методы позволяют обнаружить трещины раскрытием более 0,001 мм. Гаммаграфический метод фиксирует трещины, глубина которых составляет 5% от толщины детали. Неразрушающий контроль валов насосов и электродвигателей проводится с применением визуального, ультразвукового и магнитопорошкового методов при входном контроле, так и при эксплуатации и ремонте. При этом выявляются поверхностные и внутренние трещиноподобные дефекты, раковины и другие нарушения сплошности материала. НК проводится через каждые 10-16 тыс. ч наработки вала в зависимости от мощности и количества пусков насоса. При выполнении послестроительной дефектоскопии производится проверка: внутренней геометрии труб и состояние стенок после укладки и засыпки трубопровода; сплошности изоляционного покрытия после его засыпки методом катодной поляризации. Внутренняя геометрия (вмятины и изгибы) проверяется пропуском калибровочного устройства (снаряда-профилемера) в потоке воды или воздуха. Пропуск осуществляется по технологии пропуска очистного устройства. Внутритрубная дефектоскопия проводится с целью обнаружения трещин и других дефектов в стенках труб и сварных соединениях. Она проводится в потоке воздуха, природного газа или воды. Режим работы компрессорной или насосной станции должен быть согласован со скоростью перемещения снаряда (обычно используется скорость около 1,0 м/с). При увеличении скорости дефектоскопа он дает искаженные данные. Обнаружение дефектов тела трубы осуществляется внутритрубной инспекцией с помощью снарядов-профилемеров и снарядов-дефектоскопов. Обобщенно их называю внутритрубными инспекционными снарядами (ВИС). ВИС - это интеллектуальные инспекционные поршни, имеющие стальной корпус и полиуретановые диски. Внутри-трубные инспекционные снаряды имеют опорные ролики и средства обнаружения типа "трансмиттер". Известны случаи преодоления поршнями расстояний свыше 850 км без установки промежуточных камер пуска-приема. Снаряд-профилемер - это электронно-механический снаряд, оснащенный рычажными датчиками, которые измеряют проходное сечение, положение сварных швов, овальностей, вмятин и гофров. Искривление оси трубопровода фиксируется индикатором поворота по взаимному положению осей двух секций профилемера. Пройденное снарядом расстояние определяется с помощью измерительных колес. Привязка обнаруженных дефектов к определенным сечениям трассы осуществляется с помощью специальных маркеров. Для внутренней дефектоскопии применяются ультразвуковые и магнитные снаряды-дефектоскопы (табл.1). Компьютеризированное диагностическое устройство использует метод регистрации отраженных импульсных ультразвуковых сигналов от внутренней и внешней поверхностей трубы. При этом датчик погружен в поток нефти. Толщина стенки определяется по времени запаздывания второго сигнала. Кроме того, сигнал отражается от несплошностей в металле трубы. Таблица 1. Технические характеристики магнитных снарядов-дефектоскопов при диаметре трубопровода 1220 мм.
Для более полного обследования необходимо комплексное диагностирование, основанное на различных физических явлениях, потому что внутритрубные измерительные снаряды не выявляют напряженное состояние трубы. С технической точки зрения техническая диагностика трубопроводов включает в себя следующие действия: обнаружение дефектов на трубопроводе; проверку изменения проектного положения трубопровода, его деформаций и напряженного состояния; оценку коррозионного состояния и защищенности трубопроводов от коррозии; контроль технологических параметров транспорта продукта; интегральную оценку работоспособности трубопроводов, прогнозирование сроков службы и остаточного ресурса трубопровода. Система комплексной диагностики линейной части трубопроводов базируется на использовании следующих методов контроля: статистических методов оценки эксплуатационных свойств элементов антикоррозийной защиты и интенсивности отказов; диагностики состояния металла труб с помощью внутритрубных инспекционных приборов, а также металлографических методов оценки; диагностики электрохимической и биологической активности среды на потенциально опасных участках трассы; контрольной шурфовки и периодических гидравлических переиспытаний потенциально опасных участков трубопровода. Выбор интервала времени между измерениями диагностического параметра зависит от его чувствительности к изменению состояния объекта и от степени развития дефекта. Так процесс разрушения подшипника качения от начала появления дефекта занимает 2-3 месяца. Дополнительный дефектоскопический контроль включает идентификацию дефекта, обнаруженного инспекционным снарядом. Идентификация дефекта заключается в определении типа, границ и размеров дефекта. Контроль проводится персоналом, прошедшим обучение и аттестацию по методам неразрушающего контроля. |