Основы нефтегазопромысловой геологии

Манометр сверхвысоких давлении типа СВ применяется для измерения давлении с верхними пределами измерений от 160 до 1000 МПа (1600--10 000 кгс/см2).

Как показывающие, так и самопишущие манометры не рекомендуется устанавливать в местах, имеющих значительные вибрации, а также на отборах с резкими знакопеременными нагрузками, так как это вызывает износ передаточного механизма, остаточную деформацию упругого элемента (чувствительного элемента) и увеличение зазоров (люфт) в шарнирных элементах прибора.

При измерении давления жидкостей необходимо учитывать влияние столба жидкости, находящейся в соединительной линии, если прибор (манометр) находится ниже или выше отбора давления.

Гидростатическое давление, создаваемое измеряемой средой и соединительной линии, определяется уравнением: Рп=гН, где г-- удельный вес жидкости, кгс/м3, Н -- перепад давления (разница в высоте между отбором давления и непосредственно местом установки манометра), м.

В таких случаях манометр показывает суммарное давление -- давление, измеряемое в месте отбора, и гидростатическое давление: Рм = Рн + Рн где Рм -- показания манометра, Ри-- измеряемое давление, Рн -- гидростатическое давление.

Пример 1. Манометр, измеряющий давление пара, установлен ниже точки отбора давления ни 10 м и имеет показания 8 кгс/см2. Удельный вес конденсата при t =20 °С г=1000 кгс/м3. Определить действительное значение давления пара Рн.

Определим значение гидростатического давления: Рн =гН = 1000 · 10 = 10 000 кгс/м2=1,0 кгс/см2 (98 кПа).

Тогда действительное давление пара: Рн = Рм - Рн = 8--1=7 кгс/см2 (686 кПа).

Пример 2. Определить предельную высоту установки манометра над местом отбора давления при измерении давления масла в пределах 0,5 кгс/см2, а также определить показания прибора, соответствующие заданному значению 0,5 кгс/см2. Удельный вес при t =20°С г = 800 кгс/м3.

1. Определим предельную высоту установки манометра

Примем практическую высоту Н<Нмакс = 5 м.

Определим при высоте 5 м гидростатическое давление: Рн = г 11== 800 ·5 = 4000 кгс/м2 = 0,4 кгс/см2 (39,2 кПа).

Определим показания прибора: Рм = Рн.мин. --Рн = 0,5--0,4 = 0,1 кгс/см2 (9,8 кПа).

Следовательно, при определении действительного значения измеряемого давления к показаниям манометра требуется добавлять гидростатическое давление Рн = 0,4 кгс/см2 (39,2 кПа).

При измерении пульсирующих давлений на работающем технологическом оборудовании (компрессорах, рессиверах и др.) в штуцер манометра устанавливают специальное демпфирующее (сглаживающее) устройство, представляющее собой малое калибровочное отверстие, диаметр которого зависит от плотности измеряемой: среды жидкости, газа или фракции и абсолютной величины измеряемого избыточного давления.

Для проверки рабочих манометров и вакуумметров на месте их установки применяют манометры типов МКО и ВКО. Пружинные образцовые манометры и вакуумметры типов МО и ВО применяют для стендовой проверки технических приборов.

Некоторые типы манометров имеют электрическое сигнальное устройство, с помощью которого можно осуществлять сигнализацию заданных пределов давлений. Электрическое контактное устройство манометров можно применять в схемах автоматической сигнализации и контроля технологических параметров, автоматическом управлении и защите оборудования.

Относительно шкалы прибора установлены два контакта задания давления «минимум» А и «максимум» В, выведенные на клеммы 1, 3. С помощью специального устройства эти контакты можно перемещать относительно шкалы прибора, устанавливая требуемые задания сигнализации.

С измерительной стрелкой прибора связан подвижный контакт сигнализации С, выведенный на клемму 2. При достижении заданного давления замыкаются соответствующие контакты А -- С; В -- С, образуя цепь 1--2; 2--3 сигнализации.

Приборы, имеющие сигнальное устройство, называются электроконтактными манометрами. Наиболее распространенными приборами являются: ЭКМ-электроконтактный манометр, ЭКВ -- электроконтактный вакуумметр, ЭКВМ - электроконтактный мановакууметр, ВЭ - 16рб - электроконтактный манометр для эксплуатации во взрывоопасных помещениях.

12.4 Самопишущие манометры

Самопишущие приборы предназначаются для измерения и записи на диаграмме измеряемого давления или разрежения.



Рис. 80. Самопишущий трубчатый манометр типа МТС.

Рис. 81 Самопишущий сильфонный манометр типа МСС.

Принцип действия пружинных приборов основан на уравновешении измеряемого давления силой упругой деформации трубчатой пружины. Раскручивание пружины, вызванное изменением величины измеряемого давления, передается с помощью кинематического узла и на перо прибора, которое записывает на диаграмме величину измеряемого давления.

Устройство самопишущего трубчатого манометра типа МТС показано на рис. 80. Измеряемое давление через штуцер 3 и трубку 2 поступает в полость трубчатой пружины 1. Под действием упругой деформации начинается перемещение свободного конца трубки, которое через тягу 5 и кривошип передается на перо 6, записывающее величину измеряемого давления на диаграмму 4.

Один конец трубчатой пружины 1 закреплен на корпусе прибора с трубкой 2 и штуцером 3 для подключения измеряемого давления, второй конец опаян, закрыт наконечником 7 и свободно перемещается под действием измеряемого давления.

Принцип действия самопишущего сильфонного манометра типа МСС (рис. 81) основан на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации сильфона 11 и винтовой пружины 12. Измеряемое давление, подаваемое на вход сильфона 11, попадает в полость сильфонного механизма и вызывает перемещение дна сильфона 16, которое через передаточный механизм передается на перо 19 прибора.

Наиболее распространенными типами сильфонных приборов являются самопишущие сильфонные манометры МСС-711 и МСС-712 с пределами измерения от 0 до 245 кПа (2,5 кгс/см2).

Вращение диаграмм может осуществляться с помощью часового механизма или синхронного микроэлектродвигателя. На диаграмме нанесен отсчет времени, с помощью которого можно определить измеряемое давление относительно времени работы технологического оборудования.

Ряд самопишущих приборов выпускают с электрическим сигнальным устройством. Приборы с часовым приводом используют во взрывоопасных помещениях.

12.5 Преобразователи давления и разрежения

Государственной системой приборов (ГСП) разработано три типа унифицированных преобразователей давления: пневмоснловой (рис. 82, а), электросиловой (рис. 82,6), частотно-силовой (рис. 82,в)

Приборы состоят их двух основных элементов: измерительного блока и преобразователя перемещения рычага измерительного блока в выходной стандартный сигнал -- пневматический, электрический или частотный. Такие преобразователи предназначены для работы в системах автоматического контроля и регулирования давления.



Рис. 82. Принципиальная схема унифицированного преобразователя давления:

а - пневмосилового, / -- рычаг, 2 -- корректор, 3 -- противодействующая пружина, 4 --заслонка, 5 -- сопло, 6 -- усилитель, 7 --сильфон обратной связи, 8 -- измерительный блок; б -- электросилового: / -- рычаг, 2 -- корректив, 3 -- противодействующая пружина, 4 - флажок, 5 -- индикатор рассоглосования, 6 -- усилитель, 7 - обмотка, 8 --электромагнитное устройство, 9 -- измерительный блок; в -- частотно-силового: / -- рычаг. 2 -- противодействующая пружина, 3 -- якорь, 4 -- фиксатор, 5 -- усилитель, 6 - постоянный магнит, 7- измерительный блок.

Принцип действия пневмосилового преобразователя (рис. 82, а) заключается в следующем. В измерительном блоке 8 измеряемое давление преобразуется в усилие Р, которое уравновешивается усилием сильфона обратной связи 7. При изменении давления происходит незначительное перемещение рычага 1 и заслонки 4. При этом сопло 5 и заслонка 4 преобразуют это перемещение в управляющий сигнал давления сжатого воздуха, поступающего на усилитель 6. Выходной пневматический сигнал с усилителя поступает одновременно в линию дистанционной передачи и в сильфон обратной связи 7. Питание усилителя 6 производится сжатым воздухом с давлением 137 кПа (1,4 кгс/см2), а давление выходного сигнала усилителя изменяется и пределах 19,6--98 к Па (0,2---1 кгс/см2).

Принцип действия электросилового (рис. 82,6) и частотно-силового (рис. 82, в) преобразователей подобен действию пневмосилового преобразователя. Так, в

преобразователе при изменении усилия Р происходит незначительное перемещение рычажной системы / и управляющего флажка дифференциально-трансформаторного индикатора рассогласования 5. При возникновении перемещения флажка в индикатор генерируется напряжение переменного тока, которое усиливаете электронным усилителем 6. Выходной сигнал с усилителя поступает в линию дистанционной передачи и в обмотку 7 электромагнитного устройства 5, являющегося обратной связью, уравновешивающей входное усилие Рвх. Величина выходного тока преобразователя составляет 0--5 мА или 0--20 мА постоянного тока.

В пневмосиловом преобразователе (рис. 82,а) элементом, преобразующим входной сигнал давления в выходной пневматический сигнал, является пневмореле (рис. 83).

Воздух под давлением поступает в камеру /, затем через клапан 2 -- в камеры 5, 7. Из этих камер через дроссель 9 воздух проходит в камеру 8 и отверстие сопла.

Камера 8 разделена от камер 5 и 7 прорезиненной мембраной.

При изменении давления (повышении или понижении) в линии сопла и камере 8 открывается соответствующий клапан 2 или вследствие чего изменяется давление воздуха в камерах 5 и 7 и на выходе пневмореле. Это давление поступает на сильфон обратной связи и является выходным сигналом датчика.

При возрастании измеряемого давления выходной сигнал изменяется пропорционально изменению давления.

Расчетная величина пневматического сигнала пневмопреобразователя для любого значения измеряемой величины определяется выражением: Рвых = 0,8 · [А/(Ак--Аи)] + 0,2, где 0,2 и 0,8--постоянные величины (константы), Рвых-- давление выхода, соответствующее заданному значению измеряемой величины, Па (кгс/см2), А -- значение измеряемой величины (в единицах измеряемого параметра), Ан, Ак -- значения измеряемого параметра, соответствующие началу и концу шкалы прибора (и единицах измеряемого параметра).

Для подключения преобразователей системы ГСП к вторичным приборам, а также для питания приборов должны использоваться полиэтиленовые трубки, пневмокабели типа ТУМПХ и медные трубки с внутренним диаметром 6 мм.

Для обеспечения обеспыливания питающего воздуха устанавливают фильтр, а для регулировки требуемого значения давления в пределах 120-- 140 кПа (1,2--1,4 кгс/см2) --редуктор. Наиболее распространенными типами приборов с пневмовыходом системы ГСП являются напоромеры сильфонные НС-П, манометры сильфонные ТС-П, вакуумметры сильфонные ВС-П и др.

Приборы данной группы должны быть защищены от вибрации, атмосферных осадков и перегрева. Предельное расстояние между преобразователем и вторичным прибором составляет 300 м с внутренним диаметром импульсной линии 6 мм.

При низких температурах в трубе малого сечения, служащей для подвода измеряемой среды к чувствительному элементу, выделяется конденсат (влага), которая при определенной температуре загустевает либо замерзает, тем самым, затрудняя передачу измеряемого давления к чувствительному элементу. В связи с этим необходимо выделять конденсат из измеряемой среды, исключать кристаллизацию жидкостей внутри импульсной линии и эксплуатировать приборы в отапливаемых помещениях.

Рис. 84. Преобразователь пневмосиловой типа МС-П1

Принцип действия прибора (рис. 84) основан на пневматической силовой компенсации. Измеряемое давление Р, подаваемое в сильфон 1, преобразуется на передаточном механизме (Т-образном и Г-образном рычагах 2, 3) в пропорциональное усилие, которое автоматически уравновешивается усилием, развиваемым давлением воздуха в сильфоне обратной связи 9.

Усилие, воздействующее на передаточный механизм, вызывает незначительное перемещение заслонки 5 относительно неподвижного сопла 6.

Возникающее в линии сопла давление воздуха поступает в пневмореле 8 и сильфон обратной связи 9. Это же давление одновременно является выходным сигналом прибора. Пружина 4 и винт 7 представляют собой корректор нулевого значения выходного давления.

В приборе установлен жидкостный демифер 10, устраняющий автоколебания выходного сигнала.

Сильфонный манометр с пнвмовыходом типа МСН (рис.85) является преобразователем давления системы ГСН.

Рис. 85. Сильфонный манометр с пневмовыходом типа МС-П:

1, 7 -- перекрестие ленточное, 2 -- рычаг Т-оразный; 3 -- рычаг Г-образный; 4 -- упор, 5 -- опора подвижная; 6 -- пружина корректора нуля; 8, 14, 16 -- колодки, 9 -- винт корректора нуля, 10 -- плата, 11 -- заглушка, 12 -- сильфон обратной связи, 13 -- кожух, 15 -- рама, 17 -- болт конический.

Плевмосиловой преобразователь имеет следующие основные элементы: передаточный механизм, сильфон обратной связи, индикатор рассогласования и пневмореле.

Передаточный механизм обеспечивает изменения передаточного отношения, в 10 раз. Усилие от Т-образного рычага 2 передается рычагу 3 посредством опоры 5. Рычаги 2 и 3 установлены на опорах, выполненных в виде ленточных перекрестий 1, 7.

Сильфон обратной связи 12 жестко зафиксирован на колодке 14 и присоединен к Г-образному рычагу 3.

ГЛАВА 13. ИЗНОС, ТЕХНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И НАДЕЖНОСТЬ ПРИБОРОВ

13.1 Износ и смазка

Повышение износостойкости приборов является задачей высокой народнохозяйственной значимости. Наука, изучающая взаимодействие контактирующих поверхностей, называется трибоникой. Она изучает вопросы трения, износа и смазки, которые играют существенную роль в обеспечении долговечности и надежности приборов и средств автоматизации.

Трение -- это противодействие относительному перемещению соприкасающихся и вращающихся тел в направлении, лежащем в плоскости их соприкосновения. В результате трения происходит изнашивание -- изменение размеров и поверхностей трущихся тел.

Износ - изменение размеров, формы, массы пли состояния поверхности изделия вследствие разрушения (изнашивания) поверхностного слоя изделия при трении.

Для борьбы с трением и износом применяют такое эффективное средство, как смазка. В зависимости от используемого материала, характеристики нагрузки и скорости в качестве смазки применяют жидкие и твердые вещества.

Для сохранения работоспособности приборов большое значение имеет стабильность трения, которая определяется состоянием трущихся поверхностей и смазочного материала. Для смачивания и фиксации смазочного материала в зоне трения ведут обработку трущихся поверхностей специальными растворами поверхностно-активных веществ (ПАВ), а также вводят присадки в смазочные материалы.

В настоящее время в приборостроении применяются самосмазывающиеся материалы -- пористые металлические материалы, смешанные с порошковым смазочным материалом (графитом и т.п.).

Твердые смазки -- порошки и антифрикционные покрытия применяют в приборостроении для стабилизации трения без жидких смазочных материалов.

В качестве порошков используют графит, нитрид бора и другие материалы, которые закрепляются на трущихся поверхностях. В качестве антифрикционных материалов используют различные полимерные, металлические и металлополимерные пленки.

В приборах обеспечение износостойкости ведется по двум направленным-- по оптимальному выбору материалов и форм трущихся поверхностей и правильной организации смазки узлов трения.

К конструктивным особенностям современных приборов следует отнести применение новых фрикционных материалов, использование «плавающих» деталей и упругих элементов в виде резиновых втулок, башмаков, а также учет температурных деформаций.

Резинометаллические шарниры не имеют износа от трения

скольжения, не требуют смазки и уплотняющих устройств; в связи с этим за ними значительно сокращается уход и контроль.

В плавающих деталях уменьшается износ и заедание. Снижение износа в таких конструкциях обеспечивается равномерным распределением нагрузки и снижением температуры нагрева, так как скорость скольжения при плавающем элементе снижается в два раза.

Правильный учет температурных деформаций трущихся поверхностей обеспечивает требуемые зазоры в сопряжениях и снижение тепловой нагрузки.

Смазка узлов трения имеет большое значение в обеспечении надежности и долговечности приборов. При эксплуатации прибором требуется периодически чистить и смазывать части приборов и их кинематические узлы.

К основным типам смазок и масел для смазки кинематических узлов, механизмов и редукторов в приборах и регуляторах относят: масло МВП (масло веретенное приборное), смазки ЦИАТИМ-221, ОКБ-122 и УС-2. Масло МВП применяется для заливки редукторов реверсивных двигателей, смазки направляющих кареток и т. д.

13.2 Тепловой режим работы приборов

Всякий работающий прибор можно рассматривать как преобразователь энергии. Баланс энергии в приборе определяется уравнением: Е = Епол + Ерас + Енагр, где Е -- энергия, используемая прибором, Епол -- полезная энергия, используемая на работу прибора, Ерас -- энергия рассеиваемого тепла в пространство, Енагр -- тепловая энергия, расходуемая на нагрев элементов прибора.

Коэффициент полезного действия (к. п. д.) прибора определяется отношением энергии Епол к энергии Е: з = Епол/Е = [Е - (Ерас + Енагр)] v Е = 1 - (Ерас + Енагр)/Е.

Из уравнения видно, что чем меньше тепловой расход энергии в приборе, тем выше его к. п. д.

Однако любой прибор при своей работе затрачивает на свое функционирование определенную часть подводимой энергии, идущей на его нагрев. Явление теплового нагрева всегда учитывается при разработке конструкции прибора. При этом стремятся, чтобы максимальная часть тепла рассеивалась в окружающее пространство, с тем чтобы не нарушить рабочие параметры прибора.

Теплообмен с окружающей средой возможен тремя способами -- теплопередачей, конвекцией и радиацией.

При теплопередаче тепловой поток возникает при передаче тепла от одной молекулы к другой; при конвекции тепло переносится вместе с массами вещества; при радиации происходит излучение и поглощение тепловой энергии в виде электромагнитных волн.

Наиболее эффективными методами охлаждения приборов являются естественное и принудительное воздушное охлаждение. В некоторых случаях применяют жидкостное принудительное охлаждение.

При естественном воздушном охлаждении снижение теплового режима работы приборов происходит путем теплопередачи воздушными потоками. В разных частях конструкций прибора существуют различные температуры, которые определяются направлением и скоростью этих потоков. На эффективность охлаждения, кроме этого, влияют размеры поверхностей, их форма и качество. Чем больше поверхность нагретого тела, тем больше его теплоотдача. Для улучшения естественного охлаждения в корпусе приборов делают жалюзи, которые улучшают теплообмен и уменьшают перегрев элементов, работающих и тяжелых условиях.

При тяжелых тепловых условиях работы приборов применяют принудительное воздушное охлаждение, которое осуществляется специальным и воздухонагнетательными и воздуходувными устройствами. Чем больше скорость и ниже температура воздуха, тем выше эффективность охлаждения.

Принудительное охлаждение осуществляется двумя способами: обдувом внешней поверхности корпуса и продувкой внутреннего объема прибора.

13.3 Сухое и жидкостное трение

По кинематическим признакам различают трение скольжения и трение качения. При этом существуют два понятия сил трения -- сил трения покоя и сил трения движения. Сила трения покоя есть сопротивление относительному перемещению соприкасающихся тел без нарушения связи между ними. Сила трения движения есть сила сопротивления равномерному относительному движению соприкасающихся тел.

Основными видами трения в приборах, элементах автоматики и регуляторах являются сухое и жидкостное трение.

Сухое трение возникает в кинематических парах, узлах и фрикционных передачах при отсутствии смазки и загрязнении между трущимися поверхностями.

При сухом трении возникают резкие скачкообразные перемещения поверхностей, вибрации и нарушении плавности хода передач. Для борьбы с такими явлениями увеличивают жесткость кинематических узлов, повышают скорость скольжения и подбирают пары трения.

Загрязнение, влага и пленки окислов влияют на коэффициент трения систем. Прочность окислов и грязи значительно меньше прочности основного материала, однако их наличие в кинематических узлах и парах увеличивает площадь контакта, а это приводит к увеличению силы трения и быстрому износу основного материала.

Жидкостное трение возникает в кинематических парах, узлах и фрикционных передачах, когда трущиеся поверхности разделены слоем смазочной жидкости или консистентной смазкой.

Жидкостное трение не зависит от природы трущихся поверхностей изделий, оно характеризуется малым коэффициентом трения, минимальной потерей энергии и большой долговечности по износостойкости.

Жидкостное трение существует между соприкасающимися поверхностями при качении и скольжении, когда смазочная жидкость вовлекается в зазор между трущимися пли соприкасающимися поверхностями при качении и скольжении, когда смазочная жидкость вовлекается в зазор между трущимися или соприкасающимися поверхностями и разделяет их слоем смазки.

Консистентные смазки наряду с маслами также обеспечивает режим трения, исключающий непосредственный контакт поверхностей и их взаимное внедрение. Консистентные смазки в отличие от масел, являющихся вязкими жидкостями, обладают вязкопластичными свойствами.

В приборных высокообротных редукторах применяют в качестве смазки приборное масло МВН. Для смазки механизмов зацепления и низкооборотных редукторов используют консистентные смазки ЦИАТИМ-201 и УС-2.

13.4 Герметизация приборов

Герметизацией называется защита прибора (изделия) от действия пыли, влаги и газов. Герметизация бывает полной или относительной. При полной герметизации обеспечивается защита прибора от пыли, влаги и газов. При относительной (неполной) герметизации обеспечивается защита от действия одного или нескольких факторов.

Герметизацию приборов выполняют тремя способами: использованием электроизоляционных материалов, исключающих разгерметизацию; выполнением герметичных корпусов, не допускающих разгерметизацию; выполнением герметичных корпусов, допускающих разгерметизацию.

По назначению различают водозащитную, влагозащитную, пылезащитную и вакуум-плотную герметизацию приборов и элементов автоматики и контроля.

Пропитку, опрессовку и заливку отдельных элементов приборов выполняют электроизоляционными материалами.

При пропитке поры, капилляры и каналы заполняются электроизоляционным материалом, что повышает защиту элемента от внешних воздействий, а также механическую и электрическую прочность изоляции.

Заливка элементов и изделий заключается в заполнении пространства между элементом и его корпусом электроизоляционным заливочным материалом. Этот метод наиболее распространен при герметизации малогабаритных изделий, интегральных схем отдельных узлов и приборов. Материалом для заливки являются пластмассовые компаунды с органическими и неорганическими наполнителями (окись алюминия, кварцевая пудра и т. д.).

При о прессовке на элемент или прибор толстым слоем наносится изоляционное пластмассовое покрытие. Опрессовку выполняют в специальных пресс-формах под давлением. В зависимости от назначения опрессовки применяют различные марки эпоксидных компаундов.

При защите приборов с помощью герметичных оболочек, допускающих разгерметизацию, используют герметичные разъемные соединения. Плотность соединения в местах установки разъемом обеспечивается с помощью уплотняющих прокладок герметикой. В качестве материала герметика используют мягкие металлы, кожу, пластмассы, резину, синтетические замазки и клеи.

Защита приборов оболочками, не допускающих разгерметизацию, выполняется с применением неразъемных соединений, которые бывают сварные или паяные. Сварные соединения используются для герметизации малогабаритных и средних корпусов и предназначаются для работы в широком диапазоне температур от - 50 до + 200о С и механических нагрузок.

Паяные соединения применяют для герметизации приборов и элементов небольших размеров. При рабочих температурах свыше 85 °С используют только твердые припои типов ПМЦ, ПСР, АЛ; при температуре ниже 85°С используют мягкие припои ПОС, АВИА, ПОСК.

13.5 Виды износа приборов

Существуют два вида износов приборов и средств автоматизации: физический и моральный. При физическом износе прибора возникает резкое падение надежности его работы и возрастание издержек на ремонтные работы.

В реальных эксплуатационных условиях работоспособность приборов и элементов автоматики нарушается вследствие физического износа через определенный срок службы. Работоспособность приборов восстанавливается ремонтом и заменой деталей.

С течением времени эксплуатации прибора возрастает количество повреждений и отказов деталей и элементов, подлежащих ремонту или замене. Затем наступает момент, когда затраты на восстановление его работоспособности достигают такого уровня, при котором ремонт и настройка становятся экономически нецелесообразными (нерентабельными). Вследствие этого, несмотря на то, что прибор еще морально не изношен, его долговечность уже исчерпана.

Срок службы прибора определяется периодом его эксплуатации до разрушения или другого предельного состояния, которое устанавливается по изменению рабочих параметров, необходимостью ремонта и т.д.

Моральный износ характеризует такое работоспособное состояние прибора, когда его технические характеристики по сравнению новыми однотипными приборами являются низкими и эксплуатации такого прибора (регулятора) становится экономически нецелесообразной.

13.6 Понятие о надежности

Надежность средств автоматики и измерительной техники, используемых при автоматизации технологических процессов производства, является одним из главных фактором повышении качества выпускаемой продукции.

Надежность прибора, элемента автоматики или автоматической системы представляет собой способность изделия сохранять совокупность своих характеристик в установленных пределах в течение требуемого времени эксплуатации.

Приборы и системы обладают множеством различных свойств, связанных с точностью, быстродействием, формой и т. д. Совокупность свойств, обусловливающих пригодность прибора удовлетворять определенные потребности в соответствии с его назначением, называется качеством. Если эта совокупность свойств прибора удовлетворяет требованиям стандарта пли техническим требованиям, то прибор является исправным; при нарушении требуемой совокупности прибор считается неисправным,

Работоспособность также является одним из свойств прибора, характеризующая его качества. Прибор может находиться и одном из двух состояний: работоспособном или неработоспособном.

Работоспособность есть свойство приборов нормально выполнять возложенные на него функции при определенных условиях эксплуатации. В силу целого ряда факторов происходит переход прибора из работоспособного в неработоспособное состояние. Если в приборе часто изменяются технические характеристики и он выходит из строя, то прибор имеет низкую надежность.

Безотказность -- это свойство прибора сохранять работоспособность в течение заданного времени эксплуатации в определенных режимах работы.

При проектировании, разработке и выпуске приборов и элементов автоматики учитывается возможность проведения ремонта и технического обслуживания, т. е. ремонтопригодность прибора.

Однако в некоторых случаях выявление причин отказов приборов и их устранение практически нецелесообразно из-за больших затрат времени и снижения надежности. Например, в электронных самопишущих мостах и потенциометрах типов КСМ и КСП монтаж электронных схем выполняют на отдельных печатных платах. При определении неисправности вышедшая из строя печатная плата заменяется на новую.

Надежность прибора или автоматической системы зависит от надежности отдельных узлов и элементов конструкции; чем выше надежность составных элементов и узлов, тем выше надежность всего прибора.

Надежность автоматической системы понижается с повышением ее сложности. Это обязательно учитывают при проектировании и разработке схем автоматического управления и регулирования. В особых случаях, когда отказ автоматики может привести к тяжелым последствиям и нарушению правил техники безопасности при работе оборудования, предусматривается резервирование элементов автоматики или автоматическое включение резерва (АВР).

Практически надежность любого элемента автоматики измерить нельзя, так как она определяется целым рядом фактором. Основным математическим аппаратом теории надежности является теория вероятностей, оперирующая случайными величинами.

Вероятность безотказной работы прибора определяется по закону распределения Р = е -t/фср.

где Р-- вероятность безотказной работы за время t; е -- основание натуральных логарифмов (е ? 2,7171), ф -- средняя наработка до первого отказа.

Если при стендовых испытаниях установить время ф прибора, то можно определить вероятность безотказной работы прибора в течение заданного времени t. Например, если для электронного сигнализатора уровня типа ЭСУ время ф составляет 20 000 ч, а требуется определить Р при 10 000 ч работы прибора, то

Вероятность безотказной работы прибора Р показывает, что для данного типа прибора при наработке в 10 000 ч из десяти приборов шесть приборов проработают безотказно, а четыре прибора выходят из строя-- произойдут отказы.

Чем меньше заданное время t, тем вероятность безотказной работы прибора выше.

Вероятность безотказной работы системы автоматического регулирования или кот-роля в заданном интервале времени t определяется произведением вероятности безотказной работы составляющих звеньев: Рc=PдРрегРи.м.Рр.о, где Рс -- вероятность безотказной работы системы, Рд -- вероятность безотказной работы датчика, Ррег-- вероятность безотказной работы регулятора, Рим-- вероятность безотказной работы исполнительного механизма, Рро--вероятность безотказной работы регулирующего органа.

13.7 Виды и причины отказов приборов

Отказ -- событие, заключающееся в полной или частичной утрате изделием (прибором или системой в целом) работоспособности.

Отказы, их причины, закономерности возникновения и их устранение являются объектами, изучаемыми теорией надежности.

Состояние работоспособности приборов характеризуется двумя составляющими: функционированием и ожиданием.

Функционирование -- работоспособное состояние, когда прибор соответствует всем техническим требованиям и выполняет свои функции.

Ожидание -- работоспособное состояние, при котором прибор соответствует всем техническим требованиям и готов к выполнению своих функций.

Отказы в работе приборов и систем автоматики подразделяются на два основных вида: постепенные и внезапные.

Постепенные отказы являются следствием старения, изнашивания, температурных и механических перегрузок, коррозии, разрушения и т. д. Все эти необратимые процессы приводят к постепенным изменениям технических характеристик прибора.

Внезапные отказы и характеризуются резким скачкообразным изменением технических характеристик прибора. Внезапные отказы могут возникать как при неудовлетворительном качестве прибора и его конструкции, так и его использовании в условиях, на которые его конструкция не рассчитана.

Отказ прибора является случайным событием, в связи с этим время работы прибора до первого отказа, число отказов за определенное время эксплуатации и время работы между отказами также являются случайными величинами.

При работе автоматических систем и приборов на них действует целый ряд факторов: электромагнитные волны, тепловое излучение, химические превращения, механические нагрузки. Такие энергетические воздействия вызывают коррозию, износ, тепловые перегрузки, деформации и т. д., что приводит к повреждениям и отказам средств автоматики.

Влияние электрический, тепловой, химической и механической энергии на надежность прибора зависит от материалов, из которых изготовлен прибор. Материалы, применяемые в приборостроении, делятся на конструкционные, проводниковые, полупроводниковые и изоляционные (диэлектрики).

На надежность конструкционных материалов влияют механические воздействия. Переменная нагрузка приводит к большим износам, чем постоянная нагрузка. На надежность изоляционных материалов существенное влияние оказывают тепловое, химическое и механическое воздействия. На надежность проводниковых материалов основное воздействие оказывают тепловая и механическая нагрузки, при этом тепловое воздействие приводит к перегоранию проводников, а механическое--вызывает их разрывы.

Кроме того, климатические факторы - температура, давление, влажность, активность солнечной радиации, примеси ныли, солей и кислот -- также являются причинами отказом приборов.

При изменении температуры, изменяется сопротивление изоляции и диэлектрическая прочность, изменяются электрические и магнитные свойства металлов. Например, постоянные непроволочные резисторы (сопротивления) при изменении температуры от --60 до +60°С изменяют значения сопротивления на 15--25%.

Влага вызывает коррозию металлов, изменение электрических свойств диэлектриков, уменьшает сопротивление изоляции и напряжение пробоя.

Пыль, песок, грязь способствуют быстрому износу кинематических узлов приборов, снижают сопротивление изоляции и т. д.

В настоящее время приняты пять групп отказов: конструкторские, схемные, деталей, технологические, эксплуатационные.

Конструкторские отказы - вызываются несовершенством и недоработкой конструкции: вследствие этого образуется напряженный режим узлов и деталей прибора.

Схемные отказы вызываются неправильным выбором основных технических параметров и характеристик прибора, а также неправильностью составления функциональной, структурной схем и выбора схемных решений узлов и блоков прибора.

Отказы деталей возникают из-за пониженной надежности самих деталей, неправильного выбора типов, номиналов и режимов использования деталей в приборах. Следствием этих причин является ускоренное старение и повышенный режим нагрузки прибора.

Технологические отказы возникают из-за несовершенства технологических процессов сборки, монтажа, регулировки и испытаний прибора в условиях производства.

Эксплуатационные отказы связаны с неправильным выбором типа прибора, отклонением от требований по монтажу и эксплуатации как во время хранения, профилактики, так и ремонта.

Эксплуатационные отказы вызываются также, ошибками и недостаточной квалификацией обслуживающего персонала.

13.8 Методы контроля качества приборов

Контроль качества приборов является первостепенной задачей в повышении надежности и эффективности средств автоматизации во всех отраслях народного хозяйства страны. С этой целью неотъемлемой частью технологических процессов приборостроительных заводов являются испытания прибором.

При испытаниях производят проверку деталей, узлов, качества материалов, контроля точности, устойчивости и работоспособности с учетом влияния воздействующих факторов.

Предварительные испытания производят при разработке и изготовлении прибора с целью определения его работоспособности и оценки количественных значений его рабочих параметров и характеристик. Такие испытания производят на предприятии при изготовлении опытного образца прибора.

Государственные испытания производят с целью проверки количественных значений рабочих характеристик прибора на соответствие техническим условиям (ТУ). Обычно государственные испытания производят на месте установки прибора для эксплуатации.

Приемо-сдаточные испытания производят с целью систематической проверки соответствия прибора требованиям ТУ и конструкторской документации.

Кроме 100%-ной проверки изделий, иногда производят выборочные испытания, когда испытываете» несколько экземпляром пли определенный процент от общего количества приборов, составляющих серию или партию.

Периодические испытания производят для периодического контроля уровня качества выпускаемых приборов согласно периодичности и объему испытаний, установленных ТУ.

Поверочные испытания производит при внесении изменений в конструкции, процессы производства и изменения принципиальной схемы прибора. При поверочных испытаниях производится проверка технических параметров, на которые могут повлиять вносимые изменения и замены.

По назначению испытания подразделяются на следующие виды: параметрические, механические, климатические, электротехнические, специальные.

Значительная роль и повышения качества приборостроения отводится новым прогрессивным методам контроля качества.

Входной контроль обеспечивает отбраковку по параметрам талей и блоков, поступающих с заводов или смежных цехов. Это повышает качество выпускаемой продукции и уменьшает брак изделий по рабочим параметрам.

Ступенчатый контроль позволяет эффективно поэтапно определять качество деталей, узлов и элементов при блочном монтаже аппаратуры и приборов средней и большой сложности, а также значительно сократить время определении неисправностей при ремонте.

Одним из прогрессивных методов повышения качества приборов является также сдача продукции с первого предъявления комплексными бригадами и рабочими, имеющими личное клеймо.

Контрольные вопросы

Что такое надежность прибора, регулятора?

Что называется работоспособностью прибора?

Чем характеризуется безотказность прибора?

Как определяется вероятность безотказной работы автоматической системы?

Как классифицируются типы отказов приборов?

Какие факторы влияют на надежность приборов

Какие виды испытаний приборов производят для контроля качества выпускаемых приборов?

ГЛАВА 14. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЦЕМЕНТИРОВОЧНЫХ РАБОТАХ И ГИДРАВЛИЧЕСКОМ РАЗРЫВЕ ПЛАСТОВ

14.1 Оборудование и предохранительные устройства

Перед выездом на работу моторист-водитель и машинист должны проверить исправность агрегата (механизм управления, муфты сцепления, цементировочное оборудование, контрольно-измерительные приборы и предохранительные устройства), наличие и состояние инструмента. При этом особое внимание необходимо обращать на исправность контрольного манометра, предохранительного клапана и запорных кранов на напорной и сбросовой линиях.

Запрещается эксплуатация оборудования, машин и механизмов при неисправных устройствах безопасности, блокировочных, фиксирующих и сигнальных приспособлениях и приборах.

Исправность контрольно-измерительных приборов необходимо проверять в сроки, предусмотренные инструкциями по эксплуатации этих приборов, а также каждый раз, когда возникает сомнение в правильности их показаний. Контрольные приборы, установленные на оборудовании, трубопроводах, должны иметь пломбу или клеймо Госповерителя или организации, осуществляющей ремонт таких приборов.

Запрещается применять манометры без пломбы после истечения срока их проверки; если стрелка при падении давления до нуля не возвращается к упорному штифту нулевого показания шкалы на величину, превышающую половину допустимой погрешности для данного манометра; при нарушении резьбы.

Манометры и другие контрольно-измерительные приборы следует устанавливать так, чтобы показания их были отчетливо видны обслуживающему персоналу. Манометр нужно выбирать с такой шкалой, чтобы предел измерения рабочего давления находился во второй трети шкалы.

Манометр должен иметь красную черту по делению, соответствующему предельно допустимому рабочему давлению. Запрещается эксплуатация оборудования при давлениях, превышающих допустимые по паспорту.

Диаметр гвоздя предохранительного клапана на напорной линии насоса должен соответствовать диаметру установленных Цилиндровых втулок. Предохранительный клапан должен быть предварительно опрессован под максимальным рабочим давлением.

Предохранительные клапаны на насосах должны иметь кожух и отводы для жидкости, обеспечивающие в случае их срабатывания безопасность обслуживающего персонала Исправность предохранительного клапана необходимо проверять не реже одного раза в месяц. Предохранительный клапан агрегата должен срабатывать при превышении поминального давления не менее чем на 3,5%.

Детали гидравлической части насосов: клапанный коробки, крышки, тройники, клапаны, цилиндровые втулки и.т. д., заменяемые при ремонте, должны быть предварительно опрессованы давлением, указанным в паспорте агрегата.

Во время работы механизмов запрещается: производить их ремонт или крепление каких-либо частей; чистить и смазывать движущиеся части вручную или при помощи не предназначенных для этого приспособлений; снимать ограждения или отдельные части их; направлять, надевать, сбрасывать, натягивать или ослаблять ременные и цепные передачи.

Осмотр, чистку, смазку и ремонт механизмов, машин и оборудования следует проводить только после их отключения, приняв меры против случайного приведения их в движение, как со стороны двигателя, так и со стороны рабочего механизма.

Оборудование, находящееся на площадке агрегата (шланги, трубы, переводники и т.д.), должно быть аккуратно сложено и размещено так, чтобы оно не мешало машинисту и слесарям при работе агрегата и ремонте оборудования.

Запасное колесо должно быть укреплено на кронштейнах.Устанавливать и снимать его разрешается только лебедками, имеющимися на агрегатах и смесительных машинах.

Смесительные машины, автоцистерны и кислотные емкости должны иметь металлическую лестницу для подъема на крышу бункера или емкости. При нахождении обслуживающего персонала на крыше бункера или емкости необходимо поднять и закрепить боковые перила, а загрузочные люки закрыть решеткой.

14.2 Установка агрегатов на площадке

До начала работ на скважине с применением цементировочного оборудования или оборудования для гидроразрыва пластов около буровой установки должна быть подготовлена площадка для расстановки агрегатов, смесительных машин, автоцистерн, пескосмесителей и другого необходимого оборудования. На площадке не должно быть посторонних предметов.

Запрещается установка агрегатов, смесительных машин и другого оборудования возле трансформаторной будки, под токонесущими проводами и вблизи них.

При цементировании скважин, расположенных на затопленных участках, установка цементировочного оборудования разрешается на баржах или крановых судах соответствующей грузоподъемности. Баржи при этом должны крепиться не менее чем двумя якорями.

Агрегаты должны быть установлены мерными емкостями к буровой в один ряд. Запрещается установка агрегатов, пескосмесителей, смесительных машин и автоцистерн кабиной в сторону скважины.

Расстояние между буровой и агрегатами должно быть по возможности минимальным. При этом в целях безопасности обслуживания агрегатов и возможности отъезда какого-либо из них в сторону, в случае необходимости, следует соблюдать следующие расстояния:

от устья скважины до блок-манифольдов -- не менее 10 м;

от блок-манифольдов до агрегатов -- не менее 5--10 м;

между агрегатами и смесительными машинами -- не менее 1,5 м.

Для предотвращения колебания агрегатов во время работы насоса необходимо подкладывать под колеса деревянные брусья. Мерные емкости цементировочных агрегатов ЗЦА-400 устанавливают на домкраты.

Для удобства работы обслуживающего персонала смесительные машины следует устанавливать так, чтобы ось их задних колес приблизительно совпадала с осью передних колес, работающих в паре цементировочных агрегатов.

Перед загрузкой бункера смесительную машину необходимо установить на домкраты, а перед установкой загрузочного приспособления -- убедиться в исправности подъемного механизма. При его спуске запрещается выключать крановую собачку.

Запрещается находиться под загрузочным приспособлением во время его подъема.

Перед пуском загрузочного шнека необходимо проверить наличие и состояние ограждений на всех внешних движущихся механизмах. Запрещается поправлять шнек и очищать его во время работы двигателя и трансмиссий.

Запрещается перемещать смесительные машины, если в них загружено более 12 т цемента.

Обвязка агрегатов

Разрешается обвязывать агрегаты только после колонны в скважину. Находиться на подъемных мостках буровой во время спуска колонны и восстановления циркуляции запрещается.

Обвязка агрегата с устьем скважины должна быть «мягкой», т. е. гибкие колена должны обеспечивать амортизацию гидравлических ударов в линии при работе насосов. Перекрещивание напорных линий не допускается.

При креплении быстросворачивающихся соединений не разрешается находиться против работающего молотком.

При цементировании на море нагнетательный трубопровод в месте перехода с кранового судна на площадку гидротехнического сооружения должен иметь возможность свободного перемещения во избежание его разрушения при волнении моря.

Воду к смесительному устройству смесительной машины должны подводить через компенсатор. Давление подачи воды контролируется манометром, установленным или на компенсаторе, или на нагнетательной линии водяного насоса. Если, согласно технологии затворения, давление на насадке гидроемесителя не превышает 15 кгс/см2, воду в смесительную машину следует подавать по резиновым шлангам; если предусматривается давление затворения более 15 кгс/см2, воду необходимо додавать только по металлическим шлангам.

Перед свинчиванием патрубков, угольников и других элементов линий необходимо очистить, промыть и смазать резьбу и убедиться в ее исправности. При правильном соединении резьба патрубка, угольника и других элементов должна скрываться в муфте или кране (в резьбовом соединении должно быть не менее 10 ниток). Соединение надежно крепится накидным ключом.

Скважины следует цементировать в дневное время. При вынужденном цементировании скважины в вечернее в ночное время площадка для установки агрегатов должна иметь освещенность не менее 25 лк. Кроме того, каждый цементировочный агрегат должен иметь индивидуальное освещение.

Работы необходимо выполнять в спецодежде и рукавицах.

Установка цементировочной головки

Цементировочная головка до установки ее в колонну должна быть опрессована давлением, в полтора раза превышающим наибольшее расчетное давление цементирования скважин, но не более пробного давления, указанного в паспорте.

Погрузку и разгрузку цементировочной головки с агрегата следует производить подъемным краном.

Подачу цементировочной головки в буровую необходимо осуществлять с использованием рабочего каната.

Муфта обсадной колонны должна находиться над столом ротора не выше 1 м; если она поднята выше, то должен быть оборудован монтажный настил.

Перед установкой головки на муфту колонны пол буровой необходимо вымыть. При восстановлении циркуляции пребывание людей в буровой не разрешается.

Опрессовка линий

После сборки напорной линии опрессовывают монтажные узлы и оборудование на полуторакратное расчетное рабочее давление.

Опрессовку линий, а также устранение пропусков после опрессовки проводят только по распоряжению руководителя работ.

Во время опрессовки обслуживающему персоналу и посторонним лицам запрещается находиться вблизи линий. Они должны быть своевременно предупреждены и удалены в безопасное место.

Одновременное устранение пропусков в одной линии и опрессовка другой запрещается.

По окончании опрессовки напорная линия должна быть прикреплена в двух-трех местах к ноге вышки во избежание ее раскачивания при работе агрегата.

14.3 Цементирование

Цементирование следует проводить под руководством инженерно-технического работника по плану, утвержденному главным инженером предприятия.

До включения насоса цементировочного агрегата необходимо:

осмотреть все крепления насоса и коробки отбора мощности (коробки перемены передач, редуктора и промежуточного вала на агрегате ЗЦА-400) и при необходимости гайки подтянуть;

осмотреть все движущиеся части насоса, карданных и промежуточных валов и убрать все посторонние предметы;

проверить наличие и исправность устройств, движущиеся механизмы;

проверить краны напорной линии и проследить за тем, один из них (напорный, сбросовый) был открыт.

Пуск агрегатов в работу разрешается только по сигналу руководителя работ.

При «перезарядке» в процессе работы цементировочный насос агрегата необходимо отключить, закрыть кран высокого давления на напорной линии, а сбросовый кран плавно открыть и только после этого производить «зарядку» насоса. «Заряжать» насос при высоких скоростях (IV--V) запрещается.

Нахождение посторонних лиц возле сбросовой линии в момент снижения высоких давлений или в момент «зарядки» насоса запрещено.

По окончании затворения цемента необходимо тщательно промыть водой цементировочный насос и оборудование агрегата, находившееся в соприкосновении с цементом. Нагнетательные линии после затворения цементного раствора промывают по команде руководителя работ на I или II скорости. Получаемый при этом раствор должен быть отведен из буровой.

Перед отвинчиванием крышки цементировочной головки необходимо плавно открыть один из кранов головки для выравнивания вакуума или давления в колонне. Находиться против открываемого крана запрещается.

Во время цементирования скважины запрещается ремонтировать агрегаты, цементировочную головку и трубопроводы, находящиеся под давлением; находиться на агрегатах или возле нагнетательных линий лицам, не связанным с работой.

Ремонт шнеков и других вращающихся элементов смесительной машины, а также очистку смесительной коробки следует проводить при остановленном двигателе; запрещается в это время находиться в кабине водителю и кому-либо из обслуживающего персонала.

При появлении утечек о напорной и приемной линиях необходимо остановить агрегаты, подающие жидкость в эту линию, перекрыть кран па цементировочной головке, снизить плавно давление и только после этого приступить к устранению неисправности.

Во время приема продавочной жидкости в емкости агрегатов машинистам запрещается перекрывать краны распределительного коллектора без разрешения руководителя работ.

Запрещается одновременно закрывать оба крана на приемном коллекторе агрегата при открытом крапе на центральном приемном коллекторе.

При появлении сильных толчков в напорной линии необходимо перейти на меньшую скорость или соответственно сократить скорость вращения двигателя.

Во время продавки раствора моторист-водитель обязан внимательно следить за показанием контрольного манометра цементировочного насоса, особенно при прокачке последних кубометров расчетного количества продавочной жидкости.

В момент посадки пробки на стоп-кольцо (при «ударе») давление не должно превышать более чем на 15--20 кгс/см2 конечное рабочее.

После закрытия крана, установленного на цементировочной головке, необходимо затянуть гайку пробки до отказа.

Снижать давление в напорной линии разрешается после закрытия крана на цементировочной головке и только по команде руководителя работ.

Давление необходимо снижать плавным открытием крана на сбросовой линии. В особых случаях давление можно снизить путем постепенного ослабления гаек на крышке нагнетательного клапана, предварительно предупредив об этом окружающих. Запрещается отвинчивать гайки на крышке клапана ударами молотка.

...