Підвищення ефективності експлуатації компресорних станцій шляхом вдосконалення конструктивних елементів газоперекачувальних агрегатів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЕКСПЛУАТАЦІЇ КОМПРЕСОРНИХ СТАНЦІЙ ШЛЯХОМ ВДОСКОНАЛЕННЯ КОНСТРУКТИВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ГАЗОПЕРЕКАЧУВАЛЬНИХ АГРЕГАТІВ

Спеціальність: Трубопровідні конструкції та нафтогазосховища

БЕЛЛАУАР АБДЕРРАХМАН

Івано-Франківськ, 2010 рік



1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Безперебійне перекачування природного газу неможливе без ефективної і надійної роботи газоперекачувальних агрегатів (ГПА). В Україні, Алжирі, Росії та інших країнах налічуються тисячі одиниць ГПА різного типу, потужності і конструкцій. Основними напрямками розвитку і оптимізації роботи парку ГПА є підвищення їх надійності (безвідмовності роботи, ресурсу, ремонтопридатності), ефективності і економічності. Ці завдання до певної міри є суперечливими, оскільки наявні конструктивні недоліки важко виправити в процесі експлуатації ГПА. Принципові можливості вдосконалення експлуатації і ремонту ГПА, що відповідають сучасним технічним вимогам і вимогам безпеки, засновані на вирішенні теоретичних і практичних завдань аналізу надійності і безвідмовності складних технічних систем. Сучасна техніка вимагає створення універсальних методів достовірної оцінки працездатності устаткування, перш за все діагностики, яка дозволяє розрахувати граничний стан вузла і провести його заміну. Удосконалювати окремі вузли (наприклад, лабіринтне ущільнення (ЛУ)) можна на основі сучасних методів параметричної оптимізації з використанням методу скінченних елементів. Але цей вузол працює в умовах вібрацій, зношування, пошкоджень. Тому розроблення ефективних методів контролю технологічних параметрів ГПА з відцентровим нагнітачем (ВН) в період експлуатації, виявлення дефектів і несправностей на ранній стадії їх виникнення, а також визначення залишкового ресурсу є вельми актуальною проблемою.

Оцінка технічного стану потенційно небезпечних елементів технічної системи базується, здебільшого, на структурному аналізі надійності її компонентів, динамічних методах контролю (діагностика за параметрами вібрації і термогазодинамічними характеристиками).

Успіх діагностування значною мірою зумовлений правильністю вибору інформативних параметрів для побудови принципових діагностичних моделей об'єкта і моделей розпізнавання та ідентифікації даних вимірювальних систем.

Проте, актуальним залишається виявлення несправностей, що важко піддаються розпізнаванню за результатами кількісного і якісного оцінювання функціональних і вібраційних параметрів.

Тому розглянуті в дисертації питання підвищення інформативності критеріїв ідентифікації дефектів, несправностей, вдосконалення окремих вузлів методами комп'ютерного параметричного моделювання, оцінка і підвищення залишкового ресурсу ГПА є актуальними.

Розв'язання вказаних технічних проблем дасть змогу запобігти непередбаченим відмовам і аварійним зупинкам.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась в рамках Національної програми “Нафта і газ України до 2010 року” і входить до комплексу тематичних планів НАК “Нафтогаз України”, а також “Концепції розвитку, модернізації і переоснащення газотранспортної системи України на 2009-2015 рр.”.

Мета роботи. Підвищення ефективності експлуатації ГПА шляхом реалізації науково-методичного підходу до кількісної і якісної оцінки надійності ГПА з врахуванням впливу комплексних параметрів і вдосконаленої конструкції лабіринтного ущільнення.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

- проаналізувати чинники і параметри роботи ГПА і виявити інформаційні показники, за якими можна визначити технічний стан ГПА;

- розробити математичну модель для визначення залежності напрацювання ГПА від експлуатаційних чинників, що характеризирують його технічний стан;

- проаналізувати роботу лабіринтних ущільнень ГПА шляхом параметричного тривимірного моделювання з використанням методу скінченних елементів і скласти програму управління геометричними параметрами їх конструкцій;

- удосконалити конструкцію лабіринтного ущільнення ГПА з метою зменшення перетікання газу;

- проаналізувати чинники, що характеризують надійність і ефективність експлуатації ГПА, і уточнити періодичність технічного обслуговування ГПА за поточним технічним станом на основі аналізу АВС і з використанням комп'ютерних баз даних.

Об'єктом дослідження є ГПА з газотурбінним приводом на компресорних станціях. Предметом дослідження є методи підвищення ефективності експлуатації та надійності ГПА шляхом вдосконалення лабіринтного ущільнення.

Методи дослідження. Поставлені завдання вирішувалися шляхом проведення теоретичних і натурних досліджень на базі компресорної станції (КС) Хасси-рмель (Алжир), що базуються на теорії надійності складних систем, методах математичної статистики і теорії ймовірності, методах комп'ютерного параметричного тривимірного моделювання та методах інженерних наближень.

Положення, що захищаються. Підвищення ефективності експлуатації і надійності ГПА шляхом удосконалення конструкції лабіринтного ущільнення методом скінченних елементів.

Наукова новизна одержаних результатів.

На підставі виконаних досліджень отримані такі результати:

- створено метод оцінки технічного стану ГПА, що базується на врахуванні комплексних чинників і параметрів його роботи;

- розроблено наукові основи параметричного моделювання лабіринтних ущільнень методом скінченних елементів;

- запропоновано методику, що дає змогу на основі аналізу АВС уточнити періодичність технічного обслуговування за поточним технічним станом.

Практичне значення одержаних результатів. Результати проведених досліджень апробовані в експлуатаційних службах КС Богородчанського лінійного виробничого управління магістральних газопроводів (ЛВУМГ) управління магістральних газопроводів (УМГ) “Прикарпаттрансгаз” і Хасси-рмель (Алжир), а також використовуються під час проведення лекційних та практичних занять за напрямками надійності і діагностування енергетичного устаткування нафтогазових об'єктів студентами спеціальності «Машини та обладнання нафтової і газової промисловості» та «Проектування, спорудження і експлуатація газонафтопроводів, баз і сховищ».

Апробація роботи.

Основні положення дисертаційної роботи були представлені на:

- науковому семінарі кафедри нафтогазового обладнання (м. Івано-Франківськ, 2009 р.);

- розширеному науковому семінарі кафедри «Спорудження і ремонту нафтогазопроводів, нафтобаз і сховищ» (м. Івано-Франківськ, 2009 р.);

- міжнародній науково-технічній конференції молодих учених "Техніка і прогресивні технології в нафтогазовій інженерії" (м. Івано-Франківськ, 16-20 вересня 2008 р.);

- всеукраїнській конференції молодих учених "Сучасне матеріалознавство: матеріали і технології" СММТ-2008 (м. Київ, 12-14 листопада 2008 р.);

- міжнародній науково-технічній конференції "Нафтогазова енергетика: проблеми і перспективи" (м. Івано-Франківськ, 20-23 жовтня 2009 р.);

- міжнародній науково-практичній конференції "Наука в інформаційному просторі" (м. Дніпропетровськ, 30-31 жовтня 2009 р.);

- міжнародній науково-технічній конференції "Сучасні проблеми трибології" (м. Київ, 19-21 травня 2010 р.);

- 5-му міжнародному симпозіумі по вуглеводнях і хімії (м. Сіді-Фредж, Алжир, 23-25 травня 2010 р.).

Структура та об'єм роботи.

Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, бібліографії і п'яти додатків.

Робота викладена на 138 сторінках машинописного тексту, містить 35 рисунків, 19 таблиць та список літератури із 110 найменувань.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подається загальна характеристика дисертаційної роботи. Розкрито суть проблеми прогнозування та підвищення ресурсу газоперекачувальних агрегатів.

Обґрунтовано актуальність теми, що дало можливість сформулювати мету та основні завдання дослідження. Розкрито наукову новизну і практичне значення одержаних результатів, подано відомості про особистий внесок здобувача та апробацію роботи.

У першому розділі аналізується стан проблеми і проводиться постановка завдань дослідження. Наводиться аналіз технічного стану ГПА і характеристика сучасного парку РАТ «Газпром» в Росії, а також парки управління магістральних газопроводів (УМГ) "Прикарпаттрансгаз" і УМГ "Черкаситрансгаз", що експлуатуються ДК "Укртрансгаз".

Для детальнішого ознайомлення з системою ГПА із відцентровим нагнітачем проведено аналіз конструктивних особливостей ГПА та їх лабіринтних ущільнень.

Далі в роботі зроблено огляд літератури з питань надійності газоперекачувальних агрегатів і контроль їх вібростану. Наука про надійність сформована на стику фундаментальних математичних та природничих наук і вивчає методи забезпечення стабільності роботи об'єктів у процесі проектування, виробництва, приймання, експлуатації та зберігання, а також встановлює кількісні показники надійності та досліджує їх зв'язок з показниками ефективності.

Дослідженню завдань підвищення ефективності експлуатації і надійності ГПА присвячені роботи багатьох українських та зарубіжних вчених. Серед них Аксьонов Д.Т., Сухарєв М.Б., Ставровський В.Л., Грудз В.Я., Тимків Д.Ф., Карасевич А.М., Березін Е.Р., Бікчентай Р.Н., Ізбаш В.І., Ковалко М.П., Ушаков І.А., Говдяк Р.М., Гораль Л.Т., Кубарев І.А., Канарчук В.Є., Проніков А.С., Гриценко А.І., Ігуменцев Е.А., Іванов В.А., Іванов І.А., Лопатін А.С., Острейковський В.А., Поршаков Б.П., Саприкин С.А., Шабаров А.Б., Яковлєв Е.І. та ін.

Комплексний підхід до вирішення питань підвищення надійності устаткування КС забезпечує істотний економічний ефект у ході експлуатації ГТС. У процесі експлуатації ГПА часто виникають відмови, що викликає необхідність планової або аварійної їх зупинки з метою проведення ремонту. Тому оцінка технічного стану потенційно небезпечних елементів ГПА, що базується на структурному аналізі надійності її компонентів і динамічних методах контролю, є актуальним завданням.

Ресурси елементів газоперекачувальних агрегатів, таких як підшипники газової турбіни та ЦБН, газові та масляні лабіринтові ущільнення, лопатки диска турбін ВД та НД, елементи камери згоряння і осьового компресора можна визначити як напрацювання до критичного стану, протягом якого доцільно і допустимо використовувати агрегати в конкретних умовах експлуатації. Критерій оцінки залишкового ресурсу визначається виконанням вимог максимального ефекту в експлуатації і забезпеченням функціонування агрегатів з допустимим рівнем надійності.

Таким чином, техніко-економічний зміст поняття ресурсу ГПА вимагає врахування багатьох чинників, у тому числі фізичних, що визначають зміну властивостей агрегатів в часі, і економічних, які визначають доцільність подальшого збільшення ресурсу в конкретних умовах експлуатації, обслуговування та ремонту.

Під час оцінювання технічного стану особливу роль відіграє правильний вибір інформаційних критеріїв ідентифікації несправностей, одним з яких, безсумнівно важливим, є вібрація підшипників турбіни та нагнітача, спричинена їх зношуванням. Вібродіагностика дає змогу з високим ступенем достовірності визначити технічний стан агрегату і прогнозувати його напрацювання до поточного ремонту, однак оцінка ресурсу ГПА за рівнем їх вібраційних характеристик до теперішнього часу практично не проводилася. Оцінка технічного стану проводилася за комплексними показниками надійності, що об'єктивно відображають технічний стан об'єкта протягом усього періоду експлуатації до його списання. Перевірка агрегату і його окремих вузлів на безвідмовність входить як в до завдання прогнозування його ресурсу, так і оцінки ступеня організації системи технічного обслуговування.

В умовах безперервного зростання експлуатаційних витрат намітилася тенденція до переходу від планового обслуговування ГПА природного газу до обслуговування за їх фактичним технічним станом.

Відзначено, що більш прогресивною визнається система прогнозування індивідуального ресурсу, при якій кожен агрегат має свій графік технічного обслуговування.

Це вимагає розробки нових, адаптованих, більш «гнучких» методів проведення попереджувальних ремонтів з урахуванням їх вартості.

В результаті проведеного аналізу доведена необхідність створення організаційно-технічного методу, здатного вирішувати завдання виявлення і ідентифікації дефектів, прогнозування залишкового ресурсу ГПА та усунення відмов до моменту їх настання.

Аналіз причин відмов ГПА показав, значна їх частина зумовлена зношуванням та забрудненням лабіринтових ущільнень, що збільшує перетікання через них робочого середовища, тому їх вдосконалення уможливить підвищення ефективності і надійності ГПА.

За допомогою параметричної оптимізації можна мінімізувати витрати на проведення складних експериментальних досліджень і вибрати раціональні геометричні розміри ЛУ, проте в літературі практично відсутні дані щодо використання сучасних комп'ютерних методів (наприклад, методу скінченних елементів), що уможливлюють проведення оптимального вибору параметрів ЛУ.

У другому розділі виявлено інформаційні показники, за якими можна визначити технічний стан ГПА і побудувати математичну модель для визначення таких його станів, як "попередження" і "зупинка". З цією метою кожні 2000 годин напрацювання визначалися такі показники стану ГПА, як температура викиду, ступінь підвищення тиску, осьовий зсув турбіни нагнітача, а також вібраційний стан агрегату: віброшвидкість підшипників №1 і №4 турбіни, горизонтальні і вертикальні складові амплітуди опорного (ОП) і опорно-упорного (ОУП) підшипників нагнітача.

Обстеження наземного механічного технологічного устаткування проводилося відповідно до відомих методик.

За отриманими експериментальними даними були побудовані графіки зміни інформаційних ознак у функції від часу напрацювання, аналіз яких вказав на наявність між ними певної закономірності.

Найбільш поширеним методом виявлення закономірності є апроксимація даних многочленом невисокого порядку (n ? 3) за методом найменших квадратів.

Поліном порядку має вигляд:

Мінімізація цього полінома призводить до такого результату:

У нашому випадку був вибраний поліном першого порядку:

У результаті обчислень за формулою (2) визначені параметри і регресійної моделі (3). Результати аналізу свідчать, що цілий ряд значень коефіцієнта наближається до нуля, тому постає питання: чи дійсно, і його відмінність від нуля, є випадковою, чи насправді вихідні дані мають тренд? Введемо безрозмірну величину t - статистику Стьюдента:

- дисперсія початкової величини.

Для інформаційних параметрів, перелік яких наведений у табл., рівень довіри. Як приклад аналізу одного з інформаційних показників розглянемо горизонтальну складову вібрації опорного підшипника нагнітача.

Відповідно з формули (2) були знайдені коефіцієнти моделі (3). Оскільки перевіряється гіпотеза a1 = 0.

Детальні результати аналізу відтворює рис. 1.

Рис. 1. - Зміна в часі вібраційного стану опорного підшипника нагнітача (горизонтальна складова вібрації):

Результати обчислень, зведені до табл., свідчать, що справедливою є як гіпотеза H0, так і альтернативна гіпотеза H1.

Таблиця 1:

Методом статистичного аналізу було виявлено, що тільки частина з інформаційних параметрів впливають на величину напрацювання ГПА. Серед них: віброшвидкість підшипника №1, горизонтальні та вертикальні складові амплітуди ОП та вертикальна складова амплітуди ОУП. Отже, шукатимемо залежність:

Завдання полягає в тому, щоб за результатами експериментального дослідження ідентифікувати залежність (4), яку можна подати як функціональну залежність між відомим набором чинників.

Для вибору структури емпіричної моделі був запропонований індуктивний метод самоорганізації моделей.

Критерій регулярності моделей має такі значення:

- для першої моделі - 5,4298310;

- для другої моделі - 0,0943417;

- для третьої моделі - 0,0972551.

За отриманими даними можна оцінити граничний стан підшипника нагнітача ГПА і прогнозувати його ресурс.

Наприклад, граничними величинами амплітуд коливань опорного підшипника є рівні вібрацій 65 мкм (попереджувальна величина) і 75 мкм (гранична амплітуда, що змушує зупинити агрегат).

Тоді ресурс ГПА за рівнем вібрацій сягає: за 30 тис. годин роботи - 57,7 мкм, за 35 тис. годин - 70 мкм, а за напрацювання понад 37 тис. годин необхідно зупинити агрегат.

У третьому розділі автор запропонував модернізувати конфігурацію лабіринтного ущільнення з метою зменшення перетікання робочого середовища через нього, що підвищить коефіцієнт корисної дії (ККД) і надійність ГПА з ВН шляхом оптимізації основних геометричних параметрів ЛУ і введення додаткових перешкод на шляху руху робочого середовища. Для удосконалення конструкції використовувалася кінцево-елементна модель потоку газу в каналах лабіринта. За допомогою системи автоматизованого проектування SolidWorks створено параметричну тривимірну комп'ютерну модель ЛУ, зручну для удосконалення конструкції тим, що існує можливість легко змінювати окремі геометричні її параметри. Таким чином, можна визначити вплив окремих параметрів на характеристики ЛУ. Границі допустимих значень параметрів вибиралися з умови можливості побудови моделі і, відповідно до меж параметрів вже існуючих конструкцій. Для автоматизації перебудови моделі розроблено комп'ютерну програму на мові VBA, що взаємодіє з SolidWorks за допомогою інтерфейсу програмування SolidWorks (Application Programming Interface). Використовуючи її, можна легко змінювати значення параметрів моделі від початкового значення до граничного заданим кроком.

Оптимізація конструкції ЛУ для ГПА полягає в розробці виробу з необхідною конфігурацією гребеня і камери, радіуси камер ЛУ (R1, R2), радіуси заокруглення кромки гребеня (Rv1, Rv2) ущільнювача і нахил гребеня (Asl), що забезпечує мінімальні перетікання газу в останньому зазорі, крім того, оптимізація конструкції ЛУ дасть змогу зменшити об'єм використовуваного для його виготовлення матеріалу.

Як критерій оптимізації, згідно формул А. Стодоли і Мартіна вибрано мінімальний тиск в останньому зазорі ЛУ. Ці формули можна застосувати для відносного порівняння ефективності різних варіантів конструкції ЛУ в процесі зміни їх певних геометричних параметрів.

Відомо, що завданням оптимізації в математиці називається задача про знаходження екстремуму (мінімуму або максимуму) дійсної функції в деякій області. Існує велика кількість методів багатовимірної оптимізації: прямі методи (повного перебору, Гауса, Гауса-Зейделя), методи першого порядку (градієнтні), методи другого порядку (Ньютона-Рафсона), стохастичні методи (Монте-Карло, генетичні алгоритми). Для зменшення кількості розрахунків кінцево-елементної моделі можна використовувати методи планування експериментів при пошуку оптимальних параметрів. Автором був обраний метод Гауса-Зейделя, як найнаочніший і простий, причому основний недолік цього методу - низька швидкість обчислення - в даному випадку не є істотним, оскільки застосовується незначна кількість незалежних змінних, а крок зміни їх значень - великий.

Згідно з методом Гаусса-Зейделя спочатку необхідно змінювати значення однієї незалежної змінної від мінімального до максимального з вибраним кроком, значення інших змінних при цьому фіксуються.

Спочатку для розрахованої початкової звичайно-елементної моделі радіуси границі камер ЛУ (R1, R2), радіуси заокруглення кромки гребеня (Rv1, Rv2) ущільнювача і його нахил (Asl) приймали рівними значенням відповідних параметрів найбільш поширених ЛУ:

- R1 = 0 мм.;

- R2 = 0 мм.;

- R12 = 0;

- Rv1 = 0 мм.;

- Rv2 = 0 мм.

Далі змінювали першу незалежну змінну - радіус границі ЛУ (R1 і R2 одночасно (R12)) від 0 до 1,5 мм. з кроком 0,1 мм. При цьому решта змінних дорівнювала початковим.

Далі фіксували значення R12 = 0,2 мм. (оптимальне значення, отримане в першому кроці експерименту) і змінювали значення Rv1 від початкового до граничного із заданим кроком. При цьому решта змінних дорівнювала початковим. Цю процедуру проводили по черзі для всіх змінних.

Приклад залежності середнього тиску в останньому зазорі ЛУ від зміни одного параметра ЛУ (радіуса заокруглення вихідної кромки гребеня ущільнювача (Rv2)) при фіксуванні решти параметрів (R12 і Rv1 - оптимальні значення, отримані в попередніх кроках експерименту, а Asl - початкове значення).



Рис. 2. - Залежність тиску в останньому зазорі ЛУ від радіуса заокруглення вихідної кромки гребеня ущільнювача:

Використовуючи отримані результати, можна вибирати необхідні параметри ЛУ залежно від умов його роботи. Продовження експериментів дало змогу знайти конструкцію ще більш наближену до оптимальної.

Зазначене вище дозволяє зробити наступні висновки. Радіуси границі камери лабіринта незначно впливають на тиск в останньому зазорі. Збільшення радіусу заокруглення вихідної кромки ущільнювального гребеня істотно зменшує тиск в останньому зазорі: його оптимальне значення знаходиться в межах 0.577...0.688 мм.

Оптимальне значення радіусу округлення вхідної кромки ущільнювального гребеня знаходиться в межах 0...0.2 мм.

Розроблено також конструкцію лабіринтного ущільнення із закругленими виступами на валу і подовженням камери, що збільшує шлях руху газу всередині камери. Це сприяє зменшенню швидкості газу в камері і зниженню тиску в останньому зазорі, що забезпечує мінімальні перетікання газу через ЛУ.

У четвертому розділі визначено основні показники надійності ГПА. Проведена перевірка Колмогорова и за допомогою рівняння Вейбула розрахована ймовірність безвідмовної роботи основних вузлів ГПА від їх напрацювання. На прикладі відцентрового нагнітача RF-2BB-30, виготовленого фірмою "Купер-Бессемер" (США), яким укомплектовано турбокомпресори ГТК-101, що експлуатуються на КС №1 Хассі-рмель (Алжир), розроблено стратегію технічного обслуговування і оптимальні графіки планово-запобіжних ремонтів ГПА. У роботі визначено основні види відмов і розраховано характеристики вказаних вузлів ГПА.

Особливу цінність представляє оцінка параметрів його надійності: ймовірність безвідмовної роботи, середній час безвідмовної роботи, а також закон розподілу напрацювань на відмову, що дає змогу здійснювати контроль рівня надійності в процесі експлуатації, визначати об'єм і терміни профілактичного обслуговування, планувати витрату запасних частин і матеріалів, прогнозувати величину залишкового ресурсу, планувати заходи щодо підтримки і підвищення надійності ГПА.

Якнайповніше і об'єктивно характеристики надійності можуть бути отримані лише в результаті визначення закону розподілу ймовірності напрацювання об'єкта на відмову.

З метою визначення параметрів закону Вейбула використовували стандартну програму MathСAD, в яку ввели дані з напрацювань на відмову ГПА. В результаті розрахунку отримали: і коефіцієнт лінійної кореляції (R), що дорівнює 0,9585. Потім був побудований графік.

Далі вказано на користь від ведення обліку даних по відмовах устаткування для діагностування і складання рекомендацій щодо технічного обслуговування або оновлення парку ГПА.

Метод ABC - аналіз, заснований на вивченні минулого періоду, що дає змогу дуже просто і дуже об'єктивно виявити залежно від певного критерію найбільш помітні ознаки. Крива АВС, побудована за результатами цього методу, використовується в MS Access - програмному забезпеченні великої доступності для створення історії відмов. Цей метод був апробований на ГПА, і отримані результати підтвердили його точність. Існує можливість розробки стратегії обслуговування за даними, що містяться в базі даних НРГ (Надійність, Ремонтопридатність, Готовність). Крива ABC уможливлює вибір ремонтних робіт певної тривалості і з систематичним характером, синтез яких дає змогу визначити найбільш відповідний тип підготовки до ремонту. У нашому прикладі запити надійшли з класифікацією нарядів на ремонт (НР) по годинах, залежно від тривалості ремонтів у минулому. Спостерігали 581 аварію загальною тривалістю 7250 годин. Аналіз кривої АВС, побудований за результатами аналізу отриманих даних, свідчить, що в зоні A розташовуються 30% (або 177 НР) аварій, на усунення наслідків яких необхідне виконання складних робіт (тривалістю > 11 год.), що становить 74% (5502 год.) від загального часу, витраченого на ремонт. Тут потрібна організована політика попереджувального систематичного або попереджувального обслуговування за технічним станом ГПА.

В зоні B розташовуються роботи меншої складності, що становлять 27% НР (157 НР) та займають 17% загального часу (1232 год.): 5% їх тривалості від 11 до 20 год., а 12% від 6 до 10 год. Тут менші вимоги до попереджувальних методів, також тут застосовна політика обслуговування за потребою. В зоні C - роботи без підготовки до ремонту (за винятком повторних або складних робіт) для 43% НР (250 НР), які покривають 9% (653 год.) від загального часу. газоперекачувальний устаткування нагнітач

Для того, щоб передбачити об'єм ремонтних робіт в процесі експлуатації певної кількості машин, розроблено практичний метод, за яким можна визначити кількість ремонтів у будь-який момент часу протягом планованого періоду. Метою методу прогнозування ГПА є визначення оптимального числа ремонтів, що проводять щорічно в певному інтервалі часу, з врахуванням кількості вже проведених на кінець цього періоду, і машин, що перебувають в процесі безперервного оновлення.



ВИСНОВКИ

1. На підставі проведених досліджень, аналізу діагностичної інформації, а також узагальнення досвіду експлуатації газоперекачувальних агрегатів з відцентровими нагнітачами класифіковано чинники і параметри їх роботі. Статистичний аналіз інформаційних показників роботи ГПА свідчить, що частина з них не змінюється в часі і не впливає на технічний стан ГПА, а інша змінюється в часі внаслідок зношування їх механічних деталей, що може призвести до необхідності зупинки агрегату для його подальшого ремонту;

2. За виявленими чинниками, що характеризують технічний стан ГПА, розроблено метод самоорганізації моделей і отримано рівняння регресії, що дає змогу за показниками вібрації прогнозувати значення часу напрацювання і визначати технічний стан ГПА як "попередження" або "зупинка", що відкриває можливості для переходу від планового обслуговування цих агрегатів до обслуговування за їх фактичним технічним станом;

3. Створення тривимірної параметричної комп'ютерної моделі лабіринтного ущільнення і розробленої автором методики моделювання її параметрів за допомогою комплексу програм SolidWorks - CosmosFloWorks 2009 дозволило досліджувати роботу лабіринтових ущільнень за різних режимів роботи ГПА з відцентровим нагнітачем, різних ступенях зношування гребенів лабіринтного ущільнення і виступів на валу, а також дало змогу визначити основні геометричні параметри конструкція ЛУ для його удосконалення;

4. За допомогою методу оптимізації Гаусса-Зейделя вдосконалено конструкцію ЛУ і отримано математичну модель, яка дала змогу приблизно оцінити залежність тиску в останньому зазорі від основних геометричних параметрів. Результати оптимізації свідчать, що шляхом зміни геометричних розмірів і форми ущільнюючої лабіринтних гребенів з нахилом їх у бік більшого тиску під кутом 80° за радіуса границі камери 0,2 мм. і радіуса заокруглення вихідної кромки гребеня ущільнювача 0,6 мм. можна істотно зменшити перетікання газу і мастила через лабіринтне ущільнення, що вплине на їх витрату і осьовий зсув ротора. Закруглення виступів на валу і камери ущільнення збільшить шлях руху і, відповідно, швидкість газу, що сприятиме зниженню тиску в останньому зазорі і забезпечить мінімальне перетікання газу через ЛУ;

5. Визначено основні показники надійності ГПА. За допомогою рівняння Вейбула розраховано ймовірність безвідмовної роботи основних вузлів ГПА від їх напрацювання, що дало змогу виробити стратегії технічного обслуговування і оптимальні графіки планово-запобіжних ремонтів. На основі аналізу АВС рекомендується підсилити увагу ремонтам категорії А - 30% машин і аварій, що є причиною 74% затрат на технічне обслуговування ГПА і вимагає організованої політики попереджувального систематичного або попереджувального обслуговування за технічним станом з постійним контролем ключових точок агрегату з метою підвищення надійності цих машин. Також необхідний точний розрахунок об'єму запасних частин за результатами систематичного аналізу документів по відмовах, особливо банку даних "Історія ремонту", що базується на програмному забезпеченні MS ACCESS. Ведення статистики, пов'язаної із зупинками ГПА і його ремонтами, слугуватиме базою для розрахунку надійності, ремонтопридатності і готовності, що дасть змогу перейти до удосконалення критичних вузлів і деталей машин і оптимізувати управління потоком запасних частин.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Копей Б.В. Надежность газоперекачивающих агрегатов с центробежным нагнетателем RF-2ВВ-30 "КУПЕР-БЕССЕМЕР" / Б.В. Копей, А. Беллауар, Н. Абдельбаки // Науковий вісник ІФНТУНГ. - 2009. - №3(21). - С. 92-98.

2. Копей Б.В. Выбор стратегий технического обслуживания газоперекачивающих агрегатов на основании компьютерных баз данных и анализа АВС / Б.В. Копей, А. Беллауар, Ю.И. Парайко // Управление качеством в нефтегазовом комплексе. - 2009. №4. - С. 38-42.

3. Копей Б.В. Моделирование и оптимизация расходов на предупредительные ремонты парка газоперекачивающих агрегатов / Б.В. Копей, А. Беллауар, А. Бенмуна // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - 2009. - №3(32). - С. 85-92.

4. Копей Б.В. Зависимость объема запасных частей от количества стендов для ремонта ГПА / Б.В. Копей, А. Беллауар, А. Бенмуна // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - 2008. - №2(27). - С. 86-92.

5. Горбійчук М.І. Інформаційні показники технічного стану газоперекачувальних агрегатів природного газу / М.І. Горбійчук, Б.В. Копей, А. Беллауар та ін. // Методи та прилади контролю якості. - 2008. - №20. - С. 47-50.

6. Горбійчук М.І. Вплив факторів роботи газоперекачувальних агрегатів на їх напрацювання / М.І. Горбійчук, Б.В. Копей, А. Беллауар, І.В. Щупак // Нафтогазова енергетика. - 2008. - №3(8). - С. 55-58.

7. Копей Б.В. Прогнозирование ресурса газоперекачивающих агрегатов по уровню вибраций подшипников нагнетателя / Б.В. Копей, М.И. Горбийчук, А. Беллауар // Нефтогазова енергетика. - 2009. - №1(10). - С. 45-56.

8. Богорош О.Т. Жаропрочные сплавы и износостойкие покрытия для лопаток турбин газоперекачивающих агрегатов / О.Т. Богорош, Б.В. Копей, А. Беллауар // Металлофизика и новейшие технологии. - 2008. - Т. 30 (спецвипуск). - С. 653-670.

9. Копей Б.В. Усовершенствование лабиринтного узла уплотнения "газ - масло" газоперекачивающего агрегата / Б.В. Копей, А. Беллауар, В.Б. Копей // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - 2009. - №1(30). - С. 79-87.

10. Беллауар А. Улучшение конструкции лабиринтного уплотнения газоперекачивающего агрегата / А. Беллауар, Б.В. Копей, Н. Абдельбаки // Проблеми тертя та зношування: Наук. техн. Зб. - К.: Вид-во НАУ «НАУ-друк», 2010. - Вип. 53. - С. 99-109.

11. Беллауар А. Исследование протечек газа в лабиринтном уплотнении газоперекачивающих агрегатов / А. Беллауар // Науковий вісник ІФНТУНГ. - 2010. - №2(24). - С. 107 - 110.

12. Зносостійкі покриття з оксидів титана і цирконію, одержані осадженням з колоїдних розчинів / О.Т. Богорош, Б.В. Копей, А. Беллауар: тези Всеукраїнської конференції молодих вчених "Сучасне матеріалознавство: матеріали та технології", (Київ, 12-14 листопада 2008р). - К: ММТ, 2008.

13. Вдосконалення лабіринтного ущільнення ГПА / Копей Б.В., Беллауар А., Абдельбакі Н., Копей В.Б.: анотації Міжнародної науково-технічної конференції "Нафтогазова енергетика: проблеми і перспективи", (Івано-Франківськ, 20-23 жовтня 2009 р.). - Івано-Франківськ: Факел, 2009. - 131 c.

14. Усовершенствование лабиринтного узла уплотнения "газ-масло" ГПА / Копей Б.В., Беллауар А., Копей В.Б.: анотації Міжнародної науково-технічної конференції молодих вчених. "Техніка і прогресивні технології в нафтогазовій інженерії", (Івано-Франківськ, 16-20 вересня 2008 р.). - Івано-Франківськ: Факел, 2008. - 31 c.

15. Конечно-злементный анализ потока газа в каналах лабиринтных уплотнений турбомашин / Копей Б.В., Беллауар А., Копей В.Б.: матеріали V Міжнар. наук. - практ. конф. "Наука в інформаційному просторі": В 6 т. - Т. 1. - Дніпропетровськ: Біла К.О., 2009. - С. 32-37.

16. Influencing of work factors of gas pumping units on their life. Book of abstacts. / Bellaouar A., Kopey B.V., Abdelbaki N.: The 5-th international symposium on hydrocarbons and chemistry (ISHC5), (Sidi Fredj, Algiers, May the 23rd to 25th, 2010). - p. 107.

17. Пути улучшения конструкции лабиринтного уплотнения газоперекачивающего агрегата / Беллауар А., Копей Б.В., Абдельбаки Н.: тези доповідей Міжнародної науково-технічної конференції. "Сучасні проблеми трибології", (Київ, 19-21 травня 2010 р.). - К.: ІВЦ АЛКОН НАН України, 2010. - 90 c.

18. Пат. 48899 Украина, МПК F 16 J 15/44. Лабиринтное уплотнение (Текст) / Копей Б.В., Беллауар А., Копей В.Б., заявитель и патентообладатель Ивано-Франковский нац. техн. университет нефти и газа. - №200910348, заявл. 12.10.2009, опубл. 12.04.2010, Бюл. №7-3 с.

Размещено на Allbest.ru

...