Автор: А.Н. Устенко, Д.А. Елисеев (ООО «Комдиагностика»).
Опубликовано в журнале Химическая техника №4/2014
На потенциально опасных производствах, использующих поршневые машины, происходит значительное число аварий, связанных с выходом из строя, что влечет большие потери, взрывы, пожары, даже гибель людей, остановку производства продукции и, как результат, большие капиталовложения в ремонт агрегатов.
Как показывают исследования, в мировой структуре производства 40–50% общей потребности в компрессорном оборудовании приходится на поршневые компрессоры [1].
Однако в России и странах СНГ их доля существенно выше – она составляет около 80%.
В настоящее время идет борьба за максимально эффективную эксплуатацию компрессорного оборудования с одновременным повышением безопасности производства.
Обеспечить достижение поставленных целей можно только при условии широкого применения современных систем непрерывного мониторинга и диагностики технического состояния поршневых компрессоров с дальнейшим обеспечением автоматической защиты от аварий или выработкой правил действий персонала по предотвращению аварийных ситуаций на основе информации указанных систем.
При планировании и проведении работ по оснащению производств данными системами необходимо учитывать, что на многих предприятиях оборудование сильно изношено. В таких условиях необходимо максимально повышать информационные возможности внедряемых систем непрерывного мониторинга и диагностики.
Главная задача – обнаружить дефект на ранних стадиях, отследить его развитие и не допустить развития дефекта до критического уровня.
Работающие и вновь вводимые в производство поршневые компрессоры на предприятиях нефтегазового комплекса являются наиболее сложно диагностируемыми машинами из всего перечня насосно-компрессорного оборудования.
Это связано со многими особенностями технического и технологического характера работы поршневых компрессоров в производственных условиях.
В отличие от других машин, которые в основном являются роторными, узлы поршневых компрессоров имеют возвратно-поступательный характер движения, что требует нестандартного подхода к мониторингу технического состояния и диагностике неисправностей.
Для поршневого компрессора кроме штатного измерительного оборудования весьма заманчивым кажется использование для диагностических целей вибродатчиков как наиболее легко монтируемых без изменения конструкции агрегатов.
Однако использование вибродатчиков для диагностики поршневых компрессоров требует разработки новых методик диагностирования, которые включают:
- методики определения числа точек и мест расположения вибродатчиков;
- эффективные алгоритмы обработки информации.
Критерием решения этих проблем, как правило, служит только практический опыт по анализу неисправностей поршневых компрессоров в момент их ремонта и сопоставление неисправностей с накопленнымиданными.
Однако такой подход, основанный на статистическом накоплении виброхарактеристик и соответствующих неисправностей машины, не способствует выявлению физических закономерностей формирования виброимпульсов и требует проведения длительных экспериментов. Кроме того, изучение влияния многочисленных факторов экспериментальными методами не дает возможности выявить действие отдельных факторов в их взаимосвязи.
Производители компрессорных машин основными параметрами, характеризующими правильность работы поршневых компрессоров, обычно считают такие характеристики, как зависимость давления p в камере нагнетания от положения поршня в цилиндре (или от объема камеры V), температура и давление перекачиваемого газа на входе и выходе компрессора, что характеризует качество работы всасывающих и выпускных клапанов, температура коренного подшипника, что связано с качеством смазки, и др.
В связи с тем, что в мировой практике нет утвержденных методик диагностики поршневых компрессоров, а в нашей стране нет нормативных документов, которыми необходимо руководствоваться при предаварийной остановке поршневой машины с последующим выводом в ремонт, разработка и внедрение систем диагностики значительно усложнена.
Как правило, разработчики систем диагностики идут своим путем, доказывая, что их подход наиболее правильный и эффективный, но судить об этом может только покупатель таких систем, опираясь на опыт эксплуатации как поршневых компрессоров, так и автоматизированных систем диагностики.
Многие известные мировые компании, занимающиеся внедрением систем мониторинга и диагностики поршневых компрессоров, опираясь на опыт разработчиков поршневых компрессоров, считают, что в системе диагностики основными характеристиками являются изменения давления в камере нагнетания в зависимости от положения поршня, так называемые p–V-диаграммы. Зная характеристики конкретной поршневой машины, можно математически смоделировать нарастание или снижение давления в зависимости от положения поршня в конкретный момент времени и сравнить с истинными значениями. р–V-диаграммы дают хорошие знания о работе поршневой группы и клапанов, но для их получения требуется знать давление за клапаном впуска и выпуска в определенный момент времени, а это требует установки датчиков давления внутри корпуса машины и датчиков фазы положения поршня. Помимо этого для получения более полной информации устанавливают датчики изменения зазора шатуна, что характеризует износ колец, состояние поршня и крейцкопфа. Такой подход не всегда приемлем из-за необходимости согласовывать доработку поршневой машины с производителем, а также из-за высокой стоимости системы.
Многие покупатели, понимая важность снимаемых характеристик, преодолевают трудности в подготовке документов и монтаже датчиков и в результате имеют эффективную систему, но в итоге только опытный специалист принимает решение по техническому состоянию машины.
К сожалению, не каждый российский завод в нынешней ситуации имеет возможность пригласить опытного специалиста для постоянной работы по диагностике поршневых машин. В связи с этим требуется недорогая система мониторинга основных характеристик поршневой машины с физически понятными фиксированными данными машины, не требующая специальной подготовки механиков для диагностики работы компрессора.
Современную автоматизированную систему диагностики и противоаварийной защиты поршневых машин проще создать производителям таких машин, так как они наиболее полно знают различные режимы работы агрегатов, могут моделировать те или иные дефекты и строить наиболее эффективную систему. Но, как правило, производители редко идут по пути разработки многофункциональных автоматизированных систем и в лучшем случае ограничиваются установкой контроля конкретного узла поршневой машины или пользуются системами мониторинга известных мировых производителей. Это связано со многими причинами, в первую очередь с увеличением стоимости поршневого компрессора при продаже с системой диагностики и защиты, а также со значительными затратами на разработку системы. Последнее требует содержания высоко подготовленных специалистов для разработки как самих поршневых машин, так и аппаратной и программной платформ автоматизированной системы.
Разработчики систем диагностики и защиты не имеют возможности моделировать работу поршневых компрессоров на различных режимах, не имеют опыта длительной эксплуатации компрессоров, выпускаемых различными производителями, и не могут испытывать свои технологии непосредственно на поршневых компрессорах в такой мере, как это могли бы сделать сами изготовители компрессорного оборудования.
Ввиду невозможности сегодня создать полностью достоверную экспертную систему автоматизированной диагностики агрегата, целесообразно создать систему автоматизированного мониторинга технического состояния, которая информировала бы эксплуатирующий персонал о необходимости принятия мер в случае превышения заданных установок на агрегате или при резко нарастающем изменении одной из характеристик компрессора.
С этой целью ООО «Комдиагностика» разработало систему мониторинга поршневых компрессоров, включающую кроме обычных показателей (например, температуры шеек коренных подшипников) еще и контроль следующих параметров:
- температуры вкладышей шатуна;
- ударных нагрузок крейцкопфа;
- давления в камере нагнетания;
- температуры клапанных крышек;
- общего состояния вибрации ответственных узлов.
Таким образом, сегодня можно говорить о создании недорогой и достаточно достоверной системы мониторинга технического состояния поршневых компрессоров.
Список литературы
- Сафин А.Х. Тенденции в техникоэкономической структуре производства и развитии компрессорного оборудования//Компрессорная техника и пневматика. 2002. №2. С. 4–9.
