Организация и методы диагностирования.

К машинному оборудованию потенциально опасных производств относятся разнообразные по конструкции и назна­чению компрессоры, насосы, детандеры, смесительные установки, центрифуги, вентиляторы, барабанные фильтры, шнеки. Это обору­дование оснащено системой привод-редуктор в герметичном или ^ко негерметичном исполнении, вводом движения в полость аппарата, различными по своей конструкции.

Это оборудование должно отвечать общим правилам взрыво-
безопасности для взрынопожароопасных химических, нефтехими­
ческих и нефтеперерабатывающих производств (ОПВ-88),
нормативам по технике безопасности производства, в котором оно
применяется, а его установка и монтаж соответствующим СЫиП.

Требования к насосному оборудованию установлены следующей
нормативной документацией (НД):

Нормативы по технике безопасности на различные типы
насосов, перекачивающих ядовитые, огне- и взрывоопасные

жидкости - М.: Минхимпром СССР, Мннхиммаш СССР, 1966:

Нормативы по технике безопасности на центробежные насосы.
перекачивающие сжиженные газы. - М.: Минхимпром СССР.
Минхиммаш СССР, 1976;

Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 1985;

ГОСТы: 4.118; 6000; 10272;" 10392; 10407: 10428; 12052; 12124,
17221; 18863; 19027; 20572; 2П63: 20791; 20883; 21130; 22337; 22465:
12.1.003: 12.1.004; 12.1.010; 12.1.011; 12.1.012; 12.1.018; 11.2.003.
12.2.007;

ОСТы: 26-01-1247; 26-06-1493; 26-06-2010; 26-00-2003; 26-06-2023; 26-06-2026: 26-06-1573; 26-06-1141; 26-06-1423; 26-06-1493; 26-06-2019;

Технические условия на конкретное изделие;

Правила эксплуатации, технического обслуживания и ремонта конкретного изделия.

Требования к газовым и воздушным компрессорам установлены следующей НД:

Правила устройства и безопасной эксплуатации стационарны)

компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов. Утв. Госгортехнадзором СССР 17.12.71.;

Правила устройства и безопасной эксплуатации поршневых компрессоров, работающих на взрывопожароопасных и токсичных газах. Утв. Госгортехнадзором СССР 28.12.70.;

ПУЭ;

ГОСТы: 4.119; 189086-20073; 21130; 23467; 27407; 28775; Р 50033; 12.2.003; 12.1.004; 12.1.010; 12.2.007; 12.1.011; 12.1.012; 12.1.018; 12.1.019; 12.1.030; 12.2.016; 12.2.110;

ОСТы: 26-12-2008; 26-12-2018; 26-12-2019; 26-12-2026; 26-12-2033; 26-12-2039; 23680-79;

Технические условия на конкретное изделие;

Правила эксплуатации, технического обслуживания и ремонта конкретного изделия.

При анализе рабочей документации необходимо установить соответствие оборудования указанным НД.

К особенностям диагностирования технического состояния машинного оборудования относятся:

• наличие движущихся деталей, техническое диагностирование которых затруднительно или невозможно без остановки и разборки машины;

• неравнопрочность (неравноизносостойкость) деталей, разли­чающихся широким диапазоном ресурсного показателя;

• различные эксплуатационные условия и режимы, в которых находятся детали;

• динамические воздействия на детали и элементы их соединя­ющие;

• сопряжения подвижных деталей (узлы трения) помимо коррозионного воздействия подвержены различным видам изнаши­вания, динамическим воздействиям, взаимообуславливающим и ускоряющим друг друга деградационным процессам;

• в подвижных сопряжениях действуют силы трения, величина и характер которых существенно зависят от режимов и условий эксплуатации, свойств и состояния смазочного материала и поверхностных слоев конструкционных материалов;

• одной из частых причин отказов является заедание, схватывание в узлах трения;

• наличие подвижных уплотнительных устройств, не обеспечи­вающих абсолютную герметизацию объекта;

• в отличие от емкостного оборудования, режим эксплуатации которого практически не зависит от технического состояния объекта, в машинном оборудовании на режим работы оказывает существенное значение состояния деталей и узлов трения.

В дополнение к известным методам неразрушающего контроля емкостного оборудования для диагностики машинного оборудова­ния применяют:

• методы исследования выходных параметров машины (потери мощности, производительность, коэффициент полезного действия, качество выходного продукта, давление на выходе и др.);

• индикаторные программы (зависимость давления от пути, пройденного поршнем);

• стробоскопические методы;

• исследование температурного состояния трибосопряжений;

• исследование состояния смазочного материала и наличия в нем продуктов износа;

• метод поверхностной или тонкостенной активации;

• специальные методы исследования электропривода;

• специальные методы исследования двигателей внутреннего сгорания;

• шумо- и вибродиагностические методы.

Последние методы получили наиболее широкое применение, так как позволяют оценивать не только усредненные показатели, но и определять состояние отдельных элементов конструкции (подшипников, зубчатых передач, клапанов, поршневых пар и др.), не останавливая машины. Существенным препятствием для диагностирования является наличие движущихся деталей. Установка на них датчиков перемещений, скорости, ускорения, динамических усилий и напряжений оказывается возможной лишь в исключительных случаях.

Нормативно-техническая документация по диагностированию технического состояния машинного оборудования носит ведомственный характер и применяется индивидуально к конкретным маркам машин.

Система технической диагностики машинного оборудования включает в себя следующие виды работ:

1. Оценку возможного технического состояния машины в зави­симости от параметров ее узлов, состоящей из:

• сбора и обработки статистических данных распределения вероятностей отказов и закономерностей их появления;

• выбора оптимального количества независимых параметров технического состояния машины, необходимого для получения достаточной информации о состоянии основных узлов, опреде­ляющих надежность машины;

• установления области допустимых и предельных значений параметров состояния узлов;

• исследования динамики изменения количественных характеристик параметров состояния узлов для прогнозирования их остаточного ресурса.

2. Оценку полноты информации параметров выходных процессов путем установления причинно-следственных связей между этими параметрами и техническим состоянием машины. Эта работа включает в себя:

установление связи между состоянием отдельных элементов, состоянием машины в целом и параметрами выходных процессов;

• поиск и обоснование выбора диагностических сигналов;

установление необходимого и достаточного количества методов диагностирования;

количественная оценка зависимости параметров выходных процессов от параметров технического состояния машины;

установление признаков неисправности узлов по совокупности контролируемых параметров.

3. Разработку методов диагностирования и технических средств
их осуществления, включающую:

• выбор параметров диагностических сигналов;

разработку технических средств приема, передачи и регистрации сигналов;

• разработку технологии диагностирования;

идентификацию параметров диагностических сигналов с параметрами технического состояния машины (разработку эталонов нормального состояния узлов, поверочных тестов и т.д.).

Разработку структурной схемы системы диагностирования и определение целесообразной степени автоматизации процесса диагностирования.

Разработку конструктивных элементов машины, упрощающих
процесс диагностирования.

6. Регламентацию в; нормативно технической документации критериев оценки технического состояния машины и элементов системы диагностики.

Диагностические системы зависят от вида машинного оборудования и различаются:

• по своим возможностям;

задачами диагностирования (контролируется ли отдельный узел, агрегат или машина в целом);

• степенью сложности, надежности, удобства;

• мобильностью;

• постоянным или периодическим диагностированием;

• функциям диагностирования;

• с разборкой или без остановки и разборки машины.

В качестве примера рассмотрим поршневой компрессе»; параметры технического состояния и методы диагностирован!" основных узлов которого приведены в таблице.

Разработка каждого метода диагностирования включает в себя

• поиск наиболее информативной формы сигнала;

• поиск оптимальных методов выделения и обработки сигнал, мест установки датчиков (для акустической диагностики);

• создание технических средств диагностирования;

• идентификацию параметров состояния узла с параметрам диагностического сигнала;

• разработку технологии диагностирования.

Параметры технического состояния машины и ее отделым. элементов указываются в технических условиях по эксплуатации и ремонту.

Перечень критериев предельного состояния элементов поршневых и центробежных компрессоров и насосов, сепараторов, вентиляторов, центрифуг, аппаратов с перемешивающими устройствам, приведен в Методике оценки ресурса работоспособности машинного оборудования (Волгоград: ВНИКТИнефтехимоборудования; утв. Госгортехнадзором России, 1994).

В настоящее время эксплуатация технологического обору­дования потенциально опасных производств производится в соответствии с требованиями Систем технического обслуживания и ремонта оборудования (СТОиР). Эти системы устанавливают плановое, периодическое обслуживание (ТО), текущий (ТР) и капитальный (КР) ремонт оборудования, содержание, объем и.сроки их проведения. Сроки проведения работ устанавливаются в соответствии со статистическими данными о наработке на отказ отдельных элементов оборудования. Учитывая широкий диапазон ресурсных показателей отдельных элементов в машине, установить полное соответствие между межремонтными периодами и ресурсными показателями отдельных деталей невозможно. Поэтому часть деталей демонтируется, не выработав свой ресурс.

Задачей технической диагностики является, во-первых, исклю­чить отказ в течение межремонтного периода, во-вторых, продлить межремонтный период. Общее правило перехода от планово-пери­одического к ремонту и обслуживанию по техническому состоянию можно сформулировать следующим образом. Если все виды опера­ций ТО, ТР, КР СТОиР по обеспечению безопасного состояния машины на основании результатов технического диагностирования могут быть перенесены на более длительный срок, то переход к ремонту и обслуживанию по техническому состоянию возможен. Если средства диагностирования не позволяют произвести такую оценку, то нарушение СТОиР преждевременно.

Имеющийся арсенал диагностических методов позволяет производить лишь посредственную оценку технического состояния элементов машины и требует установления корреляционных связей между фиксируемыми диагностическими сигналами и техническим состоянием элементов. Установление таких связей возможно в основном путем исследования состояния элементов машины в про­цессе ремонта и диагностическим ее обследованием непосредствен­но до и после ремонта.

При этом для каждого типа машин должен накапливаться банк данных таких взаимосвязей. Перенос рассматриваемых связей с одного типа машинного оборудования на другой приведет к ошибке диагностирования.

При диагностировании машинного оборудования исследованию технического состояния подлежат не только часто заменяемые быстроизнашивающиеся детали, но также элементы, в которых происходит накопление дефектов в более длительные сроки.

Оценка технического состояния машины по усредненным диагностическим показателям, как и определение ресурса по тренду усредненного показателя, также может привести к ошибке. При диагностировании должна рассматриваться вся совокупность взаимосвязанных элементов, из которых состоит сложный объект (разрушение, например, шатунного болта может привести к таким же серьезным последствиям, как и разрушение коленчатого вала компрессора).

Для перехода на техническое обслуживание по техническому состоянию Система ТО и Р и техническое диагностирование должны быть нормативно увязаны и дополнять друг друга.

Рассмотрим на примере компрессора состав основных работ по различным категориям ремонта.

Текущий ремонт включает в себя:

• устранение дефектов, записанных в сменном журнале;

• проверка качества стопорения и неизменности затяжки шатунных болтов, шпилек внутренних подшипников; проверка состояния коренных и шатунных подшипников;

• проверка состояния всех крепежных деталей;

• ревизия всасывающих и нагнетательных клапанов;

• чистка объемов охлаждающих рубашек и головок цилиндров;

• ревизия поршневых групп (по необходимости);

• ревизия сальниковых уплотнений с заменой элементов;

• ревизия манометрических штуцеров и индикаторных пробок;

• промывка фильтров и сеток масляных систем; замена масла, ревизия маслонасоса и холодильника масла;

• наружный осмотр коммуникаций с устранением пропусков и установкой дополнительных опор в местах вибрации.

При текущем ремонте следует произвести оценку технического состояния элементов, доступ к которым открывается при данном ремонте: шатунных болтов и шпилек, внутренних подшипников, клапанов, поршневых групп, сальниковых уплотнений, масла.

В текущий ремонт увеличенного объема входит:

• отключение компрессора от действующих коммуникаций;

• все работы текущего ремонта;

• ревизия зеркала цилиндров (с промером выработки) и поршневых колец;.

• замеры зазоров и их регулировка в коренных, шатунных и крейцкопфных подшипниках;

• ревизия шатунных болтов;

• ревизия деталей узла соединения шток-крейцкопф и крейцкопфного узла;

• ревизия штоков с контролем выработки и биения в двух вза­имно перпендикулярных плоскостях;

контроль состояния поверхности скольжения направляющих;

обтяжка крепежа цилиндров и направляющих;

замер и регулировка вредных пространств по ступеням;

промывка водяных рубашек цилиндров;

очистка от илистых отложений и ремонт газоохладителей;

ревизия межступенчатых коммуникаций согласно срокам, установленных правилами Госгортехнадзора;

ревизия системы циркуляционной смазки;

ревизия предохранительных клапанов;

дефектоскопический контроль шатунных болтов, штоков и пальцев крейцкофа.

Как видно, содержание ремонта во многом направлено на установление истинного технического состояния деталей машины. В объем капитального ремонта входят следующие работы:

все работы текущего ремонта увеличенного объема;

ревизия фундамента и проверка его осадки;

проверка горизонтальности рамы и статора;

контроль качества прилегания рамы к фундаменту, проверка затяжки фундаментных болтов;

проверка соосности цилиндров и направляющих;

ревизия поршневых групп всех ступеней;

полная ревизия коленвала, контроль выработки шеек, расхождения щек, биения коренных шеек, горизонтальности вала и шатунных шеек;

ревизия сальников всех ступеней;

ревизия и чистка всей масляной системы;

ревизия холодильников;

ревизия системы водопровода и дренажей;

ревизия и ремонт запорной и регулирующей арматуры;

гидравлические испытания трубопроводов и сосудов согласно срокам, установленным Госгортехнадзором;

 

• проверка центровки ротора электродвигателя с коленвалом компрессора;

• ремонт электродвигателя, электросистемы, КИПиА;

• дефектоскопический контроль следующих деталей: коленвал (в местах возможных концентраций напряжений), шатуны, штоки, корпуса крейцкопфов, пальцы крейцкопфов, шатунные болты, цилиндры, гайки крепления шток-поршень, болты крепления фланца штока к крейцкопфу.

После завершения капитального ремонта компрессор должен быть обкатан на холостом ходу и под нагрузкой, и проведены контрольные замеры диагностических сигналов, соответствующих данному состоянию машины. В случае необходимости повышения достоверности диагностики технического состояния в объем работ капитального ремонта должны быть включены измерения дополни­тельных параметров элементов машин.

Такой подход позволит ь дальнейшем перейти к обоснованной системе обслуживания и ремонта по техническому состоянию.

Для прогнозирования остаточного ресурса машинного оборудо­вания следует использовать методы машинного (математического) моделирования, позволяющие исследовать изменение технического состояния машины как сложной системы. Машина представляет собой сложную систему. Способ моделирования изменения ее технического состояния (а без моделирования невозможен прогноз ее поведения и определения остаточного ресурса) должен соответ­ствовать сложной системе, характеризующейся множеством взаимо­связанных протекающих в машине процессов (в том числе деградационных), динамичностью и обратными связями входных и выходных параметров, неравномерным распределением параметров состояния (геометрических, напряженно-деформационных, темпе­ратурных) по системе. Одновременно такой способ моделирования позволит сократить объем работ по опенке текущего состояния технической системы.