Настоящая статья охватывает вопросы анализа типичных дефектов насосных агрегатов, причин выхода из строя узлов, а также особенности эксплуатации насосного оборудования по фактическому состоянию. Цель статьи – наглядная демонстрация возможности современной системы вибромониторинга значительно сократить расходы на ТОиР и существенно повысить надежность насосного агрегата за счет перехода на обслуживание по фактическому техническому состоянию.

Эксплуатация по фактическому техническому состоянию

В течение последних нескольких лет усилилось внимание к вопросам эффективности эксплуатации производств в целом и к ремонтам насосного оборудования, в частности. Все чаще руководство предприятий уделяет внимание затратам на работы, проводимые по регламенту, т.е. связанные с наработкой оборудования.
Статистика показывает среднее время жизни компонентов насосного агрегата. Как следует из табл. 1 [1], среднее время жизни подшипников составляет 5 лет, а, например, торцовых уплотнений ~6 лет. При этом период эксплуатации уплотнений так называемой «лучшей мировой практики» составляет 7–8 лет.
Таблица 1
Средний ресурс (месяцев) узлов насосного агрегата

Компонент насосного агрегата НПЗ Предприятия химической промышленности
Торцовые уплотнения:

лучшие мировые практики

среднее значение по отрасли

 

90

70

 

55

45

Муфты:

мембранные

зубчатая

 

120

60

 

120

60

Подшипники:

непрерывная эксплуатация

с переключениями

 

60

120

 

60

120

Насосный агрегат в целом 48 48

Принимая во внимание современные тенденции в российской нефтепереработке по переводу технологических установок на межремонтный пробег в течение трех–четырех лет и проведя сравнение «целевых показателей» из табл. 1 с фактическими данными по межремонтным интервалам насосных агрегатов, можно обнаружить большой потенциал для оптимизации числа регламентных работ по техническому обслуживанию (ТО) и соответствующих затрат.
При рассмотрении стратегии ТО помимо очевидных преимуществ обслуживания по фактическому техническому состоянию (не ремонтируется то, что не требует ремонта) следует обратить особое внимание на так называемую кривую надежности (рис. 1).
Кривая надежности – это график зависимости вероятности выхода компонента (например, подшипника) из строя от времени наработки агрегата. Следует обратить внимание на пик графика, находящийся с левой стороны, – этот пик связан с дефектами, связанными с заводским браком вновь устанавливаемого компонента, ошибками монтажа (перекос, перенатяг, недостаток смазки и т.д.).
Представляется еще более удивительным тот факт, что кривая надежности зачастую не имеет ярко выраженного пика справа. Только для 6% агрегатов наблюдается пик справа, связанный с увеличением наработки, для 68% агрегатов кривая надежности после периода приработки – это прямая линия [2].
Иными словами, 68% аварий имеют случайный характер и не связаны с фактическим ресурсом насосного агрегата.
Таким образом, невыполнение определенных видов работ, требуемых регламентом, но не подтвержденных действительным техническим состоянием агрегата, фактически увеличивает его надежность. Это достигается за счет снижения вероятности выхода из строя узла из-за отсутствия периода приработки. В связи с этим обслуживание по фактическому техническому состоянию (ФТС) имеет следующие преимущества:
— сокращение расходов на ремонты;
— повышение надежности (за счет сокращения числа ремонтов);
— увеличение эффективности установки (за счет уменьшения числа технологических переключений).

Система мониторинга как средство определения ФТС

За последние 10 лет сформировалось устойчивое восприятие систем вибродиагностики как средств безопасности. Технические требования основных российских нефтеперерабатывающих компаний к системам вибромониторинга указывают в основном на необходимость реализации функций, направленных на предотвращение аварий, а не на предоставление специалистам информации о ФТС, оказании помощи в принятии решений и выдачу рекомендаций по техническому обслуживанию.
В настоящей статье сознательно не освещаются вопросы, связанные с надежностью и безаварийной эксплуатацией насосных агрегатов: предполагается, что любая установленная система вибромониторинга качественно осуществляет свою первичную задачу – защиту от аварии.
В дополнение к сказанному современные системы вибромониторинга производства «СПМ Инструмент» обладают большим функционалом, нацеленным на эффективную реализацию ТО по ФТС. Как это работает?
1. Точная диагностика дефекта на ранней стадии. Технологии мониторинга состояния высокого разрешения (HD), разработанные ООО «СПМ Инструмент», обеспечивают чрезвычайно длительное время предупреждения и, таким образом, значительно расширяют горизонты планирования ТО и ремонта. Метод огибающей высокого разрешения (HD ENV) выдает предупреждения о ухудшении состояния оборудования уже на первом этапе возникновения дефекта, охватывая весь цикл его развития (от зарождения микротрещины, например в обойме подшипника, до отделения осколка).
Система мониторинга «Интеллинова», поддерживающая программные технологии HD, и наиболее мощные аппаратные средства «СПМ Инструмент», обеспечивает операторов-диагностов информацией о начале развития дефекта как правило, за несколько месяцев до ожидаемой аварии, позволяя своевременно провести корректирующие мероприятия (рис. 2).
Заблаговременное оповещение на ранней стадии развития дефекта позволяет:
— спланировать и провести корректирующие мероприятия;
— закупить запасные части и услуги;
— спланировать ремонты.
2. Рекомендации по выполнению корректирующих мероприятий. Если вернуться к вопросу статистического распределения типов неисправностей насосного агрегата и более подробно рассмотреть аварии подшипниковых узлов (рис. 3), мы заметим, что 36% выходов из строя связаны со смазкой.
Программно-аппаратные диагностические методы системы «Интеллинова» позволяют получать точный анализ состояния смазочной пленки в зоне качения подшипника, а также содержат расчетные модели для подбора оптимальных параметров смазки. Программное обеспечение предоставляет оператору следующую информацию:
• код общего состояния подшипника (CODE);
• оценку состояния смазочной пленки (LUB);
• оценку поверхностных повреждений (COND).
Показатель смазки LUB = 0 означает отсутствие смазки; число LUB возрастает пропорционально толщине смазочной пленки. Показатель COND = ~30 указывает на поверхностное напряжение или на раннее повреждение и растет по мере развития повреждения.
Коды состояния CODE приведены в табл. 2.
Таблица 2
Коды состояния CODE

Код Состояние подшипника
А Подшипник находится в нормальном состоянии. На поверхностях качения, несущих нагрузку, повреждения отсутствуют. Недостатка по количеству или снижения качества смазки нет. LR и HR имеют низкие значения, значение Delta находится в нормальном диапазоне
В Подшипник работает с недостатком смазки, что приводит к увеличению значения HR и небольшому увеличению значения Delta. Смазка не поступает в зону контакта рабочих поверхностей подшипника, что может быть следствием многих причин, например, таких, как недостаток смазки в подшипнике, неправильный выбор вязкости смазки, низкая рабочая температуры подшипника, слишком сильный предварительный натяг, плохая центровка агрегата и др.
С Ухудшение состояния подшипника. Характеризуется повышенным уровнем ударных импульсов и относительно большим значением Delta
D Повреждение подшипника. Характеризуется высоким импульсом ударных импульсов с большим значением Delta. Увеличение уровня ударных импульсов при большом значении Delta может быть вызвано также загрязнением смазочного вещества

Подпрограмма использует уровень ударных импульсов и данные по смазке, ее вязкости, по нагрузке и рабочей температуре подшипника для вероятностного расчета ресурса подшипника, исходя из реальных условий его работы, а также рассчитывает результаты изменения/подбора типа и вязкости смазки для данного подшипника.
Таким образом, имея полный инструментарий, необходимый для мониторинга состояния смазки, корректирующие мероприятия во многих случаях сводятся фактически к замене масла или добавлению консистентной смазки:
В продолжение анализа распределения типов дефектов подшипников хочется обратить внимание на 34% аварий, связанных с усталостью металла. В это число входят все возможные разрушения составляющих подшипника, обусловленные дефектами при производстве его металлических составляющих, но в большей степени – повышенной нагрузкой на узел. Основными причинами увеличения нагрузки (здесь и далее увеличение нагрузки обсуждается по сравнению с проектным значением) являются ошибки монтажа и наладки оборудования после ремонта:
— увеличение нагрузки на подшипник, обусловленной расцентровкой, на 10% сокращает расчетный ресурс на 30%;
— увеличение нагрузки на подшипник на 20% сокращает расчетный ресурс на 50%.
Например, расцентровка в 6 мин. приведет к уменьшению времени жизни подшипника на 60% расчетного [4].
Все эти виды дефектов определяются измерительными технологиями HD системы «Интеллинова» на ранней стадии их возникновения. Тем не менее, для устранения причин возникновения этих неисправностей зачастую необходимо увеличивать качество и точность работ по техническому обслуживанию.
В заключение хотелось бы дополнительно отметить основные причины, по которым все большее число наших заказчиков переходит на обслуживание по фактическому техническому состоянию на базе системы диагностики «Интеллинова»:
— повышение безопасности;
— техническое обслуживание по графику;
— значительное снижение числа незапланированных остановов и неожиданного ТО;
— обслуживание в рабочее время – сокращение переработок;
— уменьшение выполняемого объема работ (по сравнению с ППР/ППО);
— уменьшение вторичных повреждений;
— снижение энергопотребления (старт–стоп);
— сокращение субподрядных услуг;
— сокращение склада запасных частей.

В. Ш. Мустафин (ООО «СПМ Инструмент»)

 

 

Список литературы
1. Хайнц Блох. Pump Statistics Should Shape Strategies//Maintenance Technologies. 01.10.2008.
2. Bloch H. Petrochemical Machinery Insights. Butterworth-Heinemann, 2017. 725 p.
3. Брайан Ричардс. Developing An Effective Lubrication Management Program//Maintenance Technologies. 08.08.2013.
4. Bloch Heinz P., Budris Allan R. Pump User’s Handbook: Life Extention. The Fairmont Press, Inc., Marcel Dekker, Inc., 2004. 740 p.