Техническое диагностирование машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов на примере компрессора КТ-6

Прогнозирование технического состояния - определение технического состояния с заданной вероятностью на предстоящий период времени.

Технический диагноз (ТД) - результат КТС (технического прогнозирования).

Виды технического диагностирования:

Рабочее ТД - на объект подается рабочее  воздействие: нагрузка, температура, давление и т. д. в рабочем режиме.

Тестовое ТД - на объект подаются тестовые воздействия: кратковременные или длительные, с заданным превышением.

Экспресс-диагностирование по ограниченному  числу параметров за заранее установленное время.

Средства ТД (КТС) - аппаратура и программы, с помощью которых осуществляется ТД.

Аппаратура ТД - приборы, пульты, стенды, специальные устройства, вычислительные машины и т. д.

Программные средства ТД - программы, записанные на дискетах, перфолентах, магнитных лентах и т. д. Различают рабочие и специальные программы ТД. Рабочие программы позволяют осуществлять ТД оборудования в процессе экспериментирования по прямому назначению, а специальные - требуют перерыва в выполнении объектом его прямых функций.

Контролепригодность - свойство объекта, характеризующее его пригодность к диагностированию заданными средствами. Это свойство закладывается па стадии проектирования и обеспечивается путём доступа к контрольным точкам без разборки узлов и механизмов, за исключением вскрытия технологических люков, заглушек и т. д., открывающих доступ к местам соприкосновения датчиков со средствами диагностирования (контроля). Должна быть исключена возможность повреждения сборочных единиц при присоединении средства диагностирования. Конструктивно места присоединения средств ТД (КТС) должны быть выполнены просто (резьбовые отверстия с заглушкой, запорные устройства, крышки и т. д.).

Система ТД (КТС) - совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения ТД (КТС) по правилам, установленным в технической документации. Различают:

автоматизированную систему ТД (КТС), обеспечивающую диагностирование (контроль) с применением средств автоматики и участием человека;

автоматическую систему ТД (КТС) - та же, что в предыдущем пункте, но без участия человека.

Алгоритм ТД (КТС) - совокупность предписаний, определяющих последовательность действий при проведении ТД (КТС). Алгоритм ТД устанавливает состав и порядок проведения элементарных проверок объекта и правила анализа их результатов. Элементарная проверка проводится рабочим или тестовым воздействием, поступающим или подаваемым на объекты, а также составом признаков и параметров, образующих отклик объекта на воздействия. Результатами элементарных проверок (откликов объекта) являются получаемые значения признаков и параметров. Различают безусловные и условные алгоритмы ТД (КТС). У безусловных порядок элементарных проверок определён заранее, у условных алгоритмов выбор очередных элементарных проверок определяется результатом предыдущих.

Диагностическое обеспечение - комплекс взаимосвязанных правил, методов, алгоритмов и средств, необходимых для осуществления ТД (КТС) на всех этапах жизненного никла объекта (оборудования, машины и т. д.). Диагностическое обеспечение разрабатывается на стадии проектирования на основе анализа диагностической модели и включает диагностические признаки, прямые и косвенные параметры и методы их оценки, условия работоспособности, алгоритмы ТД (КТС).

Диагностическая модель (ДМ) - формализованное  описание объекта, необходимое для  решения задач ТД (КТС), может быть в аналитической, табличной, векторной, графической и других формах. В качестве ДМ могут рассматриваться дифференциальные уравнения, логические соотношения, диаграммы прохождения сигналов и т. д.

По методам представления взаимосвязей между состояниями объекта, его  элементарными параметрами ДМ могут  быть непрерывными, дискретными, специальными. Выбор типа ДМ зависит от условий эксплуатации, конструктивного исполнения, типа комплектующих элементов и других факторов.

2. Техническая диагностика и прогнозирование

С. В. Клюев различает три вида задач, решаемых технической диагностикой как областью науки:

4. диагностирование, т. е. определение технического состояния, в котором находится объект в настоящий момент времени;
5. прогнозирование, т. е. предсказание технического состояния объекта в некотором будущем моменте времени;
6. генез, т. е. определение технического состояния в некоторый момент в прошлом.

Задачи генеза (технической генетики) решаются обычно при расследовании аварий и их причин, когда техническое состояние объекта в рассматриваемый момент отличается от состояния в прошлом в результате появления первопричины, вызвавшей аварию.

Задачи технического прогнозирования  связаны с определением срока  службы объекта или назначением  периодичности его профилактических проверок, обслуживания и ремонтов. Они решаются путем определения вероятных изменений состояния объекта, начинающихся в настоящий момент времени. Это важно для организации технического обслуживания объектов по состоянию (вместо обслуживания по срокам или ресурсу).

3.3 Причины отказов и повреждений нефтегазового оборудования.

Понятие «дефект»

Наиболее распространенные причины  отказов и повреждений, приводящих к неисправному, неработоспособному и предельному состоянию оборудования, приведены в табл. 3.

Как сказано выше, специфика технологии работ по бурению глубоких скважин  и добыче нефти и газа повышает вероятность отказа оборудования. Преобладающим  видом причин выхода из строя механизмов и агрегатов является износ рабочих поверхностей деталей. Применительно к буровому и нефтегазовому оборудованию исследователи [4] выделяют следующие виды изнашивания:

1. Абразивно-механическое изнашивание  материала детали путём режущего или царапающего воздействия на него твёрдых частиц, находящихся в свободном или закреплённом состоянии (характерно для деталей гидравлической части насосов, фонтанной арматуры, устьевого и скважинного оборудования).

2. Гидроабразивное (газоабразивное) - абразивное изнашивание детали в результате воздействия твёрдых частиц, взвешенных в жидкости (газе) и перемещающихся относительно изнашиваемого объекта (фонтанная арматура, поверхности буровых и обсадных труб, НКТ, крестовины, тройники, штуцеры и т. д.).
3. Усталостное - механическое изнашивание в результате усталостного разрушения микрообъёмов материала поверхностного слоя при повторном их деформировании (зубчатые колёса, подшипники - в результате воздействия максимальных нагрузок).
4. Изнашивание при заедании - изнашивание детали в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую и воздействия возникших неровностей на сопряжённую поверхность (штанговые муфты и НКТ в сильно искривлённых и наклонно- направленных скважинах, шиберы и седла задвижек, сопряженные поверхности элементов фонтанной арматуры и т. д.).
5. Окислительно-коррозийное механическое изнашивание вследствие химической реакции материала с кислородом или окисляющей окружающей средой.

Перечисленные в табл. 3 причины  отказов и повреждений приводят либо к полному прекращению функционирования, либо к постепенной утрате работоспособности из-за снижения основных параметров технических характеристик оборудования.

Таблица 2

Распространенные причины отказов  и повреждений

Причины отказов и повреждений	Детали и узлы оборудования
	бурового		промыслового
1	2		3
Износ	Поршни, втулки, клапаны, штоки, пальцы и  втулки крейцкопфов буровых насосов, вертлюгов, гидротормозов, бурильные  трубы, их соединения, подшипники. тормозные шкивы, накладки, цепи, блоки талевой системы, плашки ключа, зубчатые колеса передач		Плунжеры и цилиндры скважинных насосов, элементы фонтанной арматуры, детали гидравлической части кислотных и промывочных насосов
1		2	3
Усталостный излом		Бурильные трубы, цепи передач, валы лебедок, роторов, насосов, трансмиссии, элементы металлоконструкций, проволоки талевого каната, сетки вибросит	Подшипники, зубчатые колеса, валы трансмиссий агрегатов, проволоки канатов
Остаточная деформация (изгиб, скручивание, смещение, смятие)		Оси, валы, бурильные и обсадные трубы, элементы металлоконструкций, шпонки, шлицевые соединения, сопряженные детали прессовых соединений	Элементы металлоконструкций, оси, валы, шпонки, шлицы, элементы прессовых соединений, штанг и, НКТ
Трещины		Станины буровых насосов, тормозные  шкивы лебедок, несущие элементы оборудования (в т. ч. штропы, серьги, элементы вышек, бурильные и обсадные трубы)	Несущие элементы оборудования, экеллутаци- онные трубы и НКТ, штанги и т. д.
Увеличенный люфт		Механические передачи	Рычаги управления
Ослабление крепления		Резьбовые соединения
Потеря упругости		Пружины
Разрывы		Клиновые ремни, рукава высокого и  низкого давления, диафрагмы пневмокомпенсаторов
Нарушение герметичности		Уплотнения в гидравлических и  пневматических устройствах, системы  смазки
Потеря эластичности вследствие старения		Изделия из резиновых и полимерных материалов
Разрегулировка		Тормоза, муфты, клапаны, клиноременные  и цепные передачи, подшипники валов  и осей
Несрабатывание		Предохранительные клапаны гидро- и пневмосистем, пневмо- муфгы, ограничитель подъёма талевого блока

 

При оценке характера отказов и повреждений  и уровня их влияния на работоспособность  в процессе ТД оборудования оперируют  терминами «дефект» и «дефектовка». По ГОСТ 15467-79 дефектом называют каждое отдельное несоответствие продукции требованиям, установленным нормативно-технической документацией. Дефектовка - процесс оценки технического состояния оборудования и его деталей на предмет годности для дальнейшего использования. Дефектовка проводится обычно при принятии решения о ремонте оборудования и производится с частичной или полной его разборкой.

Согласно определению все причины  отказов и повреждений, приведенных  в первой графе табл. 3, относятся  к понятию «дефект». Дефекты различают  следующие: сплошности, структуры, размеров и т. д.

3. Классификация видов информации, получаемой при  техническом диагностировании

Виды  информации, получаемой при техническом  диагностировании (КТС), и ее содержание приведены в табл. 3.

Таблица  3

Вид информации	Содержание получаемой информации
Режимно- параметрическая	Параметры (показатели) рабочей характеристики изделия: производительность, грузоподъёмность, частота вращения, момент вращения, мощность, давление и подача жидкости и т. д.
Геометрическая	Точность размеров, соответствие требованиям  формы, расположения, шероховатости, степень износа, соблюдение допустимых отклонений: плоскостности, параллельности, перпендикулярности, уменьшения или увеличения размеров и т. д.
Напряженно- деформированное состояние	Прочность (уровень напряжений сжатия, растяжения, изгиба, кручения и т. д.), жёсткость (деформированность), уровень вибрации
Тепловая	Температура, тепловой режим работы (нагрев, охлаждение, их интенсивность)
Герметичность	Нарушение плотности соединеннй, вскрытие полостей, находящихся под избыточным внешним или внутренним давлением
Акустическая	Уровень, интенсивность и спектральный состав шумов и акустических полей
Химическая	Отклонения химического состава  продуктов, сопутствующих эксплуатации объекта
Физическая	Отклонения электрических, электромагнитных и магнитных характеристик.

Технический диагноз состояния  оборудования и отдельных его  элементов может быть поставлен на основе совокупного (комплексного) анализа нескольких видов информации.

4. Основные  способы и средства технического диагностирования

При проведении ТД (КТС) изделий применяют  следующие способы получения  диагностической информации:

субъективные, основанные на сенсорном восприятии исполнителя (зрение, слух, обоняние, осязание) и подкреплённые его профессиональным опытом;

объективные:

а) с использованием встроенных средств ТД (КТС), являющихся штатными приборными принадлежностями данного оборудования (гидравлические индикаторы веса, манометры, расходомеры, вольтметры, амперметры и т. д.);

б) с использованием внешних средств ТД (КТС), как специализированных, так и универсальных.

Встроенные средства (приборы) позволяют  вести не только непрерывный, но и периодический контроль параметров технологического процесса данного оборудования. С помощью специализированных методов и средств осуществляют входной контроль комплектующих изделий и материалов, предназначенных для изготовления оборудования, выходной контроль готовых изделий, тестовую и функциональную проверки, ускоренные ресурсные испытания, используя специальные стенды, приспособления и приборы.

Методы ТД (КТС) могут быть прямыми и косвенными. К методам прямого КТС относят субъективные способы, объективные  относят к прямым в случаях непосредственных измерений диагностируемых параметров. К косвенным методам ' ТД (КТС) относят способы оценки диагностируемого параметра путём измерения (констатации изменения или отсутствия) другого параметра, связанного с первым тесной корреляционной связью. Обычно косвенные методы являются методами неразрушающего контроля и составляют основу науки дефектоскопии, предназначенной для выявления и оценки дефектов материалов и конструкций.

Заключение

 

Диагностирование  – это процесс определения  и контроля технического состояния  объекта.

Определяющим  фактором качества машин и оборудования является надёжность, проблемы которой  решаются на всех стадиях жизненного цикла.

Надежность  – это свойство объекта сохранять  во времени в установленных пределах сохранять все параметры, обеспечивающие выполнение требуемых функций в  заданных условиях эксплуатации.

Техническое диагностирование является на данный момент одним из важнейших показателей, необходимых для контроля состояния  оборудования на всех стадиях его  жизненного цикла. А следовательно и средством для контроля надежности деталей, узлов и агрегатов, а также технических систем в целом.