общая хорактеристика работы
реклама
На правах рукописи ЩЕРБИЦКИС ИВАРС ДАЙНИСОВИЧ РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОМПРЕССОРНЫХ ЦЕХОВ ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩ ГАЗА (На примере Инчукалнской СПХГ, Республика Латвия) Специальность 25.00.19 Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2009 2 Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью «Научно исследовательский институт природных газов и газовых технологий – ВНИИГАЗ» и в Российском государственном университете нефти и газа им. И. М. Губкина Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Шибнев А.В. Оффициальные оппоненты – доктор технических наук, профессор Зорин Е.Е. кандидат физико-математических наук Алявдин Г.И., Ведущее предприятие – ООО «Газпром ПХГ» Защита состоится «___» _________ 2009 г. В ______ час. на заседании диссертационного совета Д 511.001.02 при ООО «ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, поселок Развилка. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО «ВНИИГАЗ». Автореферат разослан «____» __________ 2009 г. Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н. И.Н. Курганова 3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В обеспечении бесперебойных поставок газа потребителям, особенно в зимние периоды, важную роль играют подземные хранилища газа (ПХГ). В повышении надежности газоснабжения Прибалтийского региона, расположенного вдали от трасс магистральных газопроводов особое место принадлежит Инчукалнскому ПХГ. Главной особенностью работы компрессорных цехов (КЦ) ПХГ является периодичность их эксплуатации, что приводит к необходимости безрезервного использования газоперекачивающих агрегатов (ГПА), работающих в широком диапазоне изменения рабочих давлений компримируемого газа. На КЦ ПХГ в основном используются газомоторные поршневые компрессоры, компрессорные цилиндры которых генерируют импульсы расхода в газовых коммуникациях. Изменение параметров пульсирующего потока газа за счет изменения рабочих характеристик и давлений на входе и выходе КЦ приводит к изменению вибросостояния трубопроводных коммуникаций и технологических аппаратов. Уровень вибросостояния определяется также конструктивными характеристиками оборудования и трубопроводов, количеством, местонахождением и типами опорных конструкций и сезонными изменениями состояния грунтов. Повышенный уровень вибросостояния оборудования и газовых коммуникаций ПХГ существенно снижает надежность его эксплуатации. Поэтому разработка методов повышения надежности эксплуатации КЦ ПХГ является актуальной задачей исследования. Цель работы. Разработка методов прогнозирования состояния и повышения надежности эксплуатации технологического и газоперекачивающего оборудования КЦ ПХГ. Основные задачи исследования. 1. Анализ технологических режимов работы КЦ ПХГ, параметров, определяющих характеристики пульсирующего потока газа, вибросостояния технологического оборудования и газовых коммуникаций, а также результатов их 4 расширенных виброобследований в широких диапазонах изменения режимов компримирования. 2. Разработка методов и алгоритмов обработки результатов виброобследований трубопроводных коммуникаций КЦ ПХГ с использованием многопараметрических функционалов. 3. процессов Оценка степени взаимовлияния газодинамических и вибрационных при параллельной работе ГПА по результатам проведения виброобследований. 4. Оценка вероятности безотказной работы КЦ и среднего количества отказов (по вибросостоянию) в зависимости от длительности периода закачки. 5. Обоснование и разработка методов повышения надежности КЦ ПХГ с газомоторными ГПА на основе прогнозирования технического состояния оборудования и газовых коммуникаций. В качестве основного объекта исследований выбран КЦ Инчукалнского ПХГ. Научная новизна. Выполнено обоснование использования случайных функций и применения моделей теории выбросов случайных процессов для обработки результатов экспериментальных данных по вибросостоянию трубопроводных коммуникаций КЦ ПХГ с газомоторными ГПА, полученных при многопараметрическом изменении технологических режимов компримирования газа. Разработаны методы прогнозирования частоты вынужденных остановок ГПА из-за превышения виброзащитных уставок агрегатной автоматики и определения уровня данных уставок, обеспечивающих требуемые показатели эксплутационной надежности КЦ при выполнении заданных плановых объемов закачки газа. Впервые выполнены расчеты вероятности безотказной работы КЦ и плотности вероятности длительности эксплуатации КЦ до наступления отказа в 5 сутках, а также среднего количества отказов КЦ в зависимости от длительности периода закачки. Обоснованы методические приемы обеспечения повышения эксплуатационной надежности КЦ ПХГ с газомоторными ГПА на основе прогнозирования технического состояния их оборудования и газовых коммуникаций. Защищаемые положения. 1. Разработка теоретического подхода к использованию случайных функций при обработке экспериментальных данных вибросостояния трубопроводных коммуникаций в процессе многопараметрического изменения технологических режимов эксплуатации ГПА с различным количеством ступеней компримирования. 2. Обоснование случайных возможности процессов для применения обработки моделей результатов теории выбросов виброизмерений при широкодиапазонном изменении загрузки и производительности отдельных ГПА и КЦ ПХГ в целом. 3. Математическая модель прогнозирования частоты вынужденных остановок ГПА из-за превышения допустимых уровней динамического возбуждения потока газа. 4. Методические приемы прогнозирования надежности газомоторкомпрессорного оборудования КЦ ПХГ при обеспечении плановой закачки газа. Практическая значимость. прогнозирования частоты Разработанные вынужденных отказов КЦ автором методы по вибросостоянию трубопроводных коммуникаций, оценки вероятности безотказной работы КЦ и среднего количества отказов в зависимости от длительности периода закачки используются на Инчукалнском ПХГ с 2005 года. Они могут быть применены при проектировании, эксплуатации и модернизации КЦ ПХГ с другими типами газомоторных ГПА и режимами закачки и отбора газа. 6 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на 11 научно – технических конференциях и совещаниях, в том числе: «6-й научно – технической конференции, посвещенной 75 – летию Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина», г. Москва, РГУНГ им. И.М. Губкина, 26 – 27 января 2005 г.; техническом совещании «Обеспечение промышленной безопасности объектов подземного хранения газа ОАО «Газпром». Результаты работы в 2005 г. и ход выполнения работ в 2006 г.», пос. Небуг, ОАО «Газпром», 30 мая – 2 июня 2006г.; «II Международной конференции «ПХГ: надежность и эффективность», пос. Развилка, ООО «ВНИИГАЗ», 21 – 22 мая 2008 г.; техническом совещании «Ход выполнения работ по обеспечению промышленной безопасности объектов подземного хранения газа ОАО «Газпром» в 2008 г. Задачи на 2009 - 2013 годы», г. Санкт – Петербург, ОАО «Газпром», 17 – 20 июня 2008 г.; заседаниях координационной рабочей группы по вопросу безопасной эксплуатации Инчукалнского ПХГ и основным направлениям его технического перевооружения и реконструкции на период с 2005 по 2010 года. г. Рига, АО «Латвияс Газе», 2006 - 2007 г.г. Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 11 печатных работах, в том числе 3 в журналах, входящих в «Перечень ВАК Минобрнауки РФ». Структура работы. Диссертационная работа включает введение, четыре главы, основные выводы, список литературы и приложения. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц и 27 рисунков. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении охарактеризованы актуальность, цель и основные задачи исследований, раскрыты новизна и практическая значимость полученных результатов. 7 В первой главе проведен анализ технологических режимов работы КЦ ПХГ и параметров, определяющих характеристики пульсирующего потока газа и вибросостояние технологического оборудования и газовых коммуникаций, и оценена степень их возможного влияния на процессы пульсации давления газа и вибрации. Рассмотрены нештатные ситуации, наиболее часто возникающие при работе КЦ ПХГ и основные результаты по исследованию процессов вибрации ГПА и трубопроводной обвязки, полученные в процессе эксплуатации КЦ в предыдущие годы в рамках проведения промышленных экспериментов. Как свидетельствует опыт эксплуатации ПХГ, наибольшее количество нештатных ситуаций технологического оборудования приходится на КЦ и особенно на ГПА и их трубопроводную обвязку. Из анализа статистических данных по отказам и авариям на КЦ ПХГ за последние 10 лет следует, что основной причиной и фактором, способствующим их возникновению, является вибрация (рис.1). Прочие 19% Коррозия и износ 11% Погрешности монтажа 17% Повышенная вибрация трубопроводов 30% Дефекты изготовления оборудования 23% Рис.1. Причины возникновения аварийных ситуаций на КЦ СПХГ Следует отметить, что на ПХГ, введенных в эксплуатацию более 20 лет назад, доля отказов по причине вибрации оборудования увеличивается до 50 % и более от общего числа отказов. 8 Повышенная вибрация газовых коммуникаций характерна прежде всего для КЦ, в которых установлены газомоторные компрессоры (ГМК). Доля таких ГПА в составе ПХГ на сегодняшний день является доминирующей (рис.2). Основными причинами, порождающими вибрацию ГПА и его обвязки, являются пульсация газового потока под воздействием импульсов расхода, генерируемых компрессорными цилиндрами в линиях всасывания и нагнетания. Повышенной вибрации в наибольшей степени подвержена технологическая обвязка ГПА, которая представляет собой сложную пространственно-стержневую конструкцию, многократно статически неопределимую, с большим числом жестких и скользящих опор, испытывающую переменные нагрузки при изменении рабочих расходов и давлений во входных и выходных коммуникациях в процессе закачки газа в пласт. Инчукалнское ПХГ спроектировано по действовавшим в Советском Союзе нормам и правилам. При его сооружении использовано типовое оборудование и схема обвязки ГПА. Поэтому оно имеет те же особенности и недостатки, что и все эксплуатируемые ПХГ, построенные во второй половине прошлого века. Поэтому можно считать, что разрабатываемые на примере КЦ Инчукалнского ПХГ методы борьбы с вибрацией могут быть использованы и на других ПХГ. Рис.2. Распределение ПХГ по типам ГПА. 9 В разработку методов расчета пульсаций потока газа в сложных трубопроводных системах существенный вклад внесли И.А. Чарный, П.А. Гладких, С.А. Хачатурян, А.С. Владиславлев, В.А. Козлов, А.А. Козобков, Ю.А. Видякин, О.Ф. Васильев, В.Г. Засецкий, Л.И. Соколинский и другие. Однако достигнутые результаты могут быть, в основном, реализованы для вновь проектируемых объектов. Их применение для эксплуатируемых КЦ ПХГ требует значительных конструктивных изменений и, соответственно, длительных сроков реконструкции и больших капитальных вложений. Главной особенностью в этой ситуации является невозможность ликвидации пульсации полностью, так как газодинамические процессы в нагнетательных системах порождаются сложным импульсным возмущением потока газа в линиях всасывания и нагнетания при существенном изменении всех параметров импульсов расхода в процессе эксплуатации. Большое количество одновременно работающих групп синхронных (для каждого ГМК) и асинхронных импульсных генераторов (ГМК цеха) усложняют расчет пульсаций потока газа в обвязке КЦ и нахождение эффективных решений их стабилизации во всем диапазоне режимов работы цеха. При этом сохраняется существенная погрешность в расчете вибрации оборудования под действием пульсирующего потока газа. Источниками этой погрешности являются погрешность расчетной модели газодинамических процессов пульсации потока газа в трубопроводах, неполнота информации о состоянии трубопроводной обвязки и случайный характер входящих в модель исходных параметров. По результатам анализа вибросостояния трубопроводной обвязки, полученным при обработке материалов промышленных экспериментов в процессе эксплуатации КЦ Инчукалнского ПХГ в 2004 – 2005 г.г. установлено, что в период закачки газа в пласт – коллектор стабилизация пульсации давления газа и вибрации оборудования до проведения реконструкции наиболее эффективно может осуществлятся за счет изменения комбинационных способов регулирования работы ГПА в границах области допустимых режимов. Однако, 10 при этом выполнение плановых заданий по объему закачки газа зависит как от режима работы КЦ, так и от ожидаемого числа вынужденных остановок по причинам повышенных вибраций. Использование традиционного детерминистского подхода затрудняет или делает невозможным прогнозирование надежности работы оборудования и трубопроводной обвязки КЦ по вибросостоянию, особенно, когда рассматриваются достаточно редкие события, какими являются вышеупомянутые остановки. Изложенные обстоятельства положены в основу выбора темы диссертации, формулировки цели и формирования основных задач исследования. Во второй главе описываются примененная методика проведения промышленных исследований и используемое оборудование для замера и анализа параметров пульсации потока газа и вибрации трубопроводной обвязки на реальном объекте, приводится оценка уровней вибрации и пульсации при изменении различных возможных методов регулирования ГПА. В конце главы изложены результаты анализа полученных данных по спектрам пульсации давления газа и вибрации и выводы по полученным результатам практических исследований. Экспериментальные работы проводились в рамках комплекса работ по плановой модернизации компрессорного цеха №2 Инчукалнского ПХГ. Работы выполнялись в три этапа: сбор - необходимой технической документации для проведения газодинамических расчетов, назначение и оборудование точек измерений вибрации и пульсаций давления газа, проведение предварительных газодинамических расчетов; - виброобследование трубопроводных обвязок нагнетания 1-й ступени, всасывания и нагнетания 2-й и 3-й ступеней при различных режимах работы ГПА; - анализ результатов измерений, выполнение окончательных газодинамических расчетов, разработка рекомендаций по снижению уровня вибрации в трубопроводной обвязке КЦ. 11 Газодинамические расчеты пульсации давления газа выполнялись с помощью программно-вычислительного комплекса «Пульс», разработанного ООО «ВНИИГАЗ». Результаты расчетов использовались при обосновании рационального варианта реконструкции КЦ для снижения уровня вибрации на типовых режимах работы ПХГ. Диапазоны изменения скоростей вращения коленчатых валов ГПА и рабочих объемов компрессорных цилиндров выбирались с учетом их реальных изменений в процессе многолетней эксплуатации, результатов периодического контроля вибрации, анализа результатов предварительных газодинамических расчетов и технического состояния ГПА на момент проведения испытаний. При проведении исследований вибрации использовался измерительно – анализирующий комплекс, представленный на рисунке 3. Рис.3. Схема измерительно – анализирующего комплекса. Оценка общих уровней вибрации трубопроводов и среднеквадратических значений (СКЗ) низкочастотных спектральных составляющих виброскорости проводилась по нормативным документам, действующим для трубопроводов технологического газа на КС ОАО «Газпром». 12 Пример изменения общих уровней виброскорости и превалирующей 8-ой гармоники в зависимости от частоты вращения коленчатого вала для трубопровода нагнетания 3-й ступени ГПА №6 представлен на рисунке 4. Согласно результатам спектрального анализа обследованных линий повышенная вибрация доминирует на частотах 30 – 50 Гц. При сравнении полученных экспериментальных данных с используемыми нормами установлено, что вибрация трубопроводов всасывания 2-й ступени и нагнетания 3-й ступени ГПА №4, трубопроводов нагнетания 2-й и 3-й ступеней ГПА №6 оценивается как недопустимая. Вибрация трубопровода нагнетания ГПА №5 и трубопровода нагнетания 3-й ступени ГПА №2 оценивается как требующая принятия мер. Максимальные, до 50 мм/с, уровни вибрации зарегистрированы на выходной линии 3-й ступени ГПА №6. Особенно резко она возрастает при частотах более 285 об/мин, что может свидетельствовать о наличии для этой линии механического резонанса на частоте около 40 Гц. Рис.4. Влияние частоты вращения коленчатого вала ГПА на уровень вибрации. Вибрация входных и выходных линий каждого ГПА зависит, в основном, от режима его работы. Экспериментально установлено, что влияние режимов работы других параллельно работающих агрегатов мало. Следует отметить, что полученные экспериментальные данные являются усредненными на измеренном 13 интервале времени при относительно стабильной работе ГПА. Однако, сравнение экспериментальных и расчетных (теоретических) уровней вибрации и пульсации оказывается сложной процедурой по двум причинам: частота вращения коленчатого вала реального компрессора нестабильна (в расчете она считается неизменной); экспериментальные спектры вибрации и пульсации получаются с использованием дискретного преобразования Фурье. Это приводит к принципиальным отличиям экспериментальных результатов от расчетных: экспериментальные уровни не являются строго стационарными, они случайно отклоняются от некоторых средних значений; на частотах гармоник спектральная плотность имеет вид пиков конечной ширины, а в расчетах она имеет вид дельта – функции. Нестационарность экспериментально полученных уровней видна на рисунке 5. Наличие случайной составляющей очевидно. Ее «удельный вес» может варьироваться в широких пределах в зависимости от технических характеристик средств измерения, изменяющихся режимов работы оборудования КЦ, свойств газа, расхода и давления на входе в КЦ, реакции опор и фундаментов и т.д. Поэтому, необходима разработка научно – методического обоснования для оценки фактического вибросостояния трубопроводных коммуникаций в процессе эксплуатации. Рис.5. Спектр вибрации нагнетания 3-й ступени ГПА №6. В третьей главе описывается специфика ПХГ и его технологического оборудования как предмета для математического прогнозирования параметров 14 надежности. Поясняются основные принципы построения моделей измеряемых параметров и параметрической надежности по вибрационным характеристикам, а также основные этапы статистической обработки экспериментальных данных. В коммуникациях поршневых компрессоров возмущение потока газа производится синхронными генераторами импульсов расхода, фазы работы которых конструктивно жестко фиксируются во времени механизмом привода поршней компрессорных цилиндров и коленчатым валом. Задача расчета параметров потока газа в них имеет бесконечное число решений уже для цехов, включающих 3 – 4 компрессора, работа которых принципиально не может быть синхронизирована по оборотам, неравномерностям вращения, фазам и амплитудам импульсов расхода компрессорных цилиндров на любом из технологических режимов. Соответственно, процесс вибрации трубопроводной обвязки на каждом временном интервале также носит случайный характер, так как основной причиной его формирования является именно пульсирующий поток газа, параметры которого, полученные с помощью известных методов расчета, являются детерминированными для любого из рабочих режимов. Понятие параметрической надежности основано на том, что отказы оборудования КЦ ПХГ, как сложных систем, связаны обычно не с выходом из строя отдельных элементов, а с ухудшением и выходом за допустимые пределы их характеристик, отражающих функциональное назначение. Эти характеристики отображаются совокупностью параметров, поддающихся, как правило, измерению. Измерение прогнозируемых параметров производится на фоне различных случайных помех. Чем ближе процесс изменения прогнозируемого параметра по своим статистическим свойствам к белому шуму, тем сложнее задача определения основной тенденции изменения этого параметра, приводящего к отказу, и ниже достоверность прогноза. Трудности изучения физических процессов, предшествующих возникновению отказа оборудования, связаны как с тем, что характер развития, 15 момент возникновения, последствия отказов элементов зависят от большого числа случайных и неслучайных факторов, так и с тем, что фактические отказы оборудования в результате проведения профилактических мероприятий, проводимых эксплуатационным персоналом, являются редкими событиями. Построение единой универсальной математической модели изменения параметрической избыточности оборудования практически невозможно из – за особенностей случайных процессов, происходящих в объектах прогнозирования. Поскольку реальные прогнозируемые процессы представляют собой случайные функции времени, для описания объекта прогнозирования, источника информации, предложено применять математический как аппарат прикладной теории случайных процессов. Таким образом, для получения прогноза необходимо сначало построить адекватную модель исследуемого временного ряда, а затем с ее помощью найти оптимальную прогнозирующую функцию. При прогнозировании сложных объектов необходим максимально возможный учет совокупности переменных параметров, характеризующих объект, и взаимосвязи между ними. Для создания общей модели формирования параметрического отказа следует предположить, что в начальный момент времени значение, которое принимает параметр работоспособности (t 0) , имеет распределение f0(t0,x). Этот возможный разброс начального значения параметра обусловлен погрешностями изготовления и монтажа объекта перед пуском в эксплуатацию. С течением времени эксплуатации параметр работоспособности объекта претерпевает изменение. При достижении процессом ( t ) границы H допустимой области G происходит отказ объекта. Длительности до момента реализации случайных событий отказа являются случайными величинами, а плотность ( t ) является плотностью вероятности времени выхода процесса ( t ) на границу допустимой области. Задача расчёта надежности состоит в определении этой плотности вероятности ( t ) . Вероятность безотказной работы P(t) предполагается оценивать через характеристики выбросов случайного процесса ( t ) из 16 допустимой области G за уровень H , в частности через математическое ожидание числа выбросов N(H, t ) или через математическое ожидание числа выбросов в единицу времени: ( t ) dN(H, t ) . d( t ) (1) Используемая в работе формула для среднего числа положительных выбросов случайного процесса T 0 0 N(H, T) dt ' p(H, ' , t )d' (2) получена С.Райссом и предполагает известной совместную плотность вероятности p(, ' , t ) процесса и его производной в совпадающие момент времени. Прогнозируемый случайный процесс может быть представлен как результат различных детерминированных преобразований некоторого исходного случайного процесса ( t ) . В качестве такового чаще всего используется гауссовский случайный процесс. Пусть процесс ( t ) с известными вероятностными характеристиками подвергается преобразованию. В результате чего на выходе получается случайный процесс ( t ) и требуется найти среднее число выбросов процесса ( t ) , превышающих фиксированный уровень H в течениe интервала времени T . Для гауссовского случайного процесса ( t ) , совместная плотность вероятности p(( t ), ' ( t )) известна. Используя эту формулу и перейдя к интересующему процессу ( t ) при помощи надлежащей замены переменных, в ряде случаев удается сравнительно легко получить нужную совместную плотность вероятности p(( t ), ' ( t )) . При решении прикладных задач такой способ применяется часто. В качестве наиболее общей модели для анализа процессов изменений параметров объекта предложена модель нормального нестационарного дифференцируемого процесса вида ( t ) b( t )( t ) a ( t ), (3) 17 где: ( t ) - нормальный гауссовский стационарный стандартизованный ( M (t ) 0, D (t ) 1) процесс; a ( t ) и b( t ) - детерминированные функции времени. Математическое ожидание M (t ) , корреляционная функция K (t, t ' ) и дисперсия D ( t ) нестационарного процесса вида (3) определяется выражениями: M ( t ) a ( t ), K ( t , t ' ) b( t ) b( t ' ) K ( t t ' t ), (4) D ( t ) K ( t , t ) b 2 ( t ) K (0) b 2 ( t ), где: t , t ' - моменты времени, в которых производится определение указанных величин; K (t t ' t ) - корреляционная функция стационарного процесса ( t ) . Признаком приводимости нестационарного процесса к стационарному является наличие зависимости нормированной корреляционной функции только от интервала времени между отсчетами t t ' t. Из этого следует, что нормированные корреляционные функции процессов ( t ) и ( t ) совпадают, т.е. k (t ) k (t ) . Целью статистической обработки результатов измерений является выбор вида функций a ( t ) , b( t ) и k (t ) и оценка входящих в них параметров. Обработка и анализ процессов производились на специальных анализаторах и с помощью специализированных прикладных программ на ЭВМ. Если статистический тест подтверждает, что анализируемый процесс является нестационарным и последним нельзя пренебречь, продолжить его анализ возможно двумя принципиально различными способами. Первый способ обработки нестационарных случайных процессов заранее ничего не предполагает об их свойствах и вычисленные статистические характеристики содержат время как параметр. Второй, представляющий практический интерес, позволяет устранить причину нестационарности процесса с помощю вычитания слагаемого, зависящего от времени, либо его фильтрацией. При этом обеспечивается вид нестационарного процесса ( t ) в соответствии с уравнением (3). Так как на практике можно 18 идентифицировать и сепарировать функции a ( t ) и b( t ) , то следующим этапом является расчет неизвестных параметров этих функций. Критерием оптимальности при этом является минимизация меры отклонения точек эмпирического ряда от аппроксимирующей функции, реализуемой с использованием метода наименьших квадратов. Для применение процессов метода с периодическим гармонического характером анализа с рекомендуется использованием тригонометрических полиномов. Четвертая глава включает в себя оценку характеристик изменения прогнозируемого параметра по результатам наблюдений, получение расчетных соотношений для определения числа выбросов характеристик вибрации за допустимый уровень и расчет характеристик надежности работы КЦ ПХГ. Основой для расчета параметров служат полученные в процессе исследования результаты измерения вибрации и принцип расчета, который изложен в главе 3, где также установлено, что для целей прогнозирования надежности целесообразно рассматривать лишь некоторые виды аппроксимирующих зависимостей для моментных функций a ( t ) , b( t ) и k (t ) . В диссертационной работе рассмотрены несколько видов их аппроксимирующих зависимостей, которые соответствуют снятым сигналам при экспериментальных исследованиях на реальном объекте. Алгоритм расчета количественных характеристик параметрической надежности ( вероятность безотказной работы P( t ) , плотность вероятности отказа ( t ) и среднее число отказов N(H, t ) за время закачки газа в пласт-коллектор), сводится к следующим действиям: - выбору вида аппроксимирующих выражений для моментных функций (математического ожидания a (t ) , дисперсии b 2 (t) , корреляционной функции k (t ) ); - оценке параметров аппроксимации по результатам измерений; - нахождению величин 2v ( t ) и ( t ) : нормированной 19 ( t ) 2b ( t ) lim 2 k (t ) 2 t 0 (t ) 2 1 k (t ) db 2 db 2b( t ) lim dt t 0 t dt k (t ) 1 db 1 ( t ) b ( t ) lim ; t 0 ( t ) t dt (5) - расчету эффективной частоты процесса: Э (t) v ( t ) ; b( t ) (6) - вычислению промежуточной функции u 0 ( t ) 1 2 ( t ) 0,5 H a (t) a ( t ) ( t ) b( t ) v ( t ) (7) и интеграла Лапласа (u 0 ) (2) 0.5 e x2 2 dx ; (8) u 0 ( t ) - вычислению средней частоты выбросов ( t ) процесса ( t ) за допустимый уровень H : 0.5 H a ( t ) 2 Э ( t )1 2 ( t ) u 2 ( t ) 0.5 ( t ) 2 u 0 ( t )(u 0 ) exp ; e 2 2 2 b ( t ) 2 0 (9) - расчету характеристик параметрической надежности: t P( t ) exp ( t )dt ; 0 (10) t ( t ) ( t ) exp ( t )dt ; 0 (11) t N(H, t ) ( t )dt . (12) 0 По вышеизложенному алгоритму были проведены расчеты характеристик надежности трубопроводной обвязки КЦ №2 Инчукалнского ПХГ. Трубопроводная обвязка ГПА на исследуемом объекте оснащена системой слежения и контроля уровня вибрации с выводом ее параметров на блок автоматизированного управления агрегатом. Уровень вибрации в непрерывном 20 режиме поступает на блок управления агрегатом. При достижении и превышении допустимой установленной величины виброскорости блок управления конкретным агрегатом передает аварийное предупреждение диспетчеру ПХГ и издает звуковой сигнал. Если в течение заданного временного интервала эксплутационный персонал не принял надлежащие меры по снижению уровня вибрации, то система управления работой ГПА останавливает агрегат по причине повышенной вибрации и выдает информацию об аварийной остановке диспетчеру. Расчеты характеристик надёжности проводились, в том числе и при разных величинах допустимого уровня (уставки защиты) виброскорости с целью определения максимального уровня виброскорости, при котором оборудованный системой контроля параметров вибрации трубопроводной обвязки КЦ №2 сохранил бы возможность выполнять первоочередную свою функцию – закачку планируемого объема газа в пласт-коллектор. На рисунках 6 – 8 представлены фрагменты расчётов параметров надежности КЦ №2 при допустимых уровнях H виброскорости 24; 22; 18; 16 мм/с соответственно. Рис.6. Вероятность P( t ) безотказной работы КЦ в зависимости от длительности работы (в сутках). Рис.7. Плотность вероятности ( t ) длительности работ КЦ до наступления отказа. 21 Рис.8. Среднее число N(H, t ) параметрических отказов КЦ в зависимости от длительности периода работы (в сутках) на закачку газа в пласт-коллектор. Основные выводы диссертационной работы могут быть сведены к следующим положениям: 1. По результатам анализа технологических режимов работы КЦ ПХГ, параметров, определяющих характеристики пульсирующего потока газа, вибросостояние технологического оборудования и газовых коммуникаций, а также материалов их виброобследований в широких диапазонах изменения режимов компримирования, разработаны методика и алгоритм обработки результатов виброобследований трубопроводных коммуникаций КЦ ПХГ с использованием многопараметрических функционалов. 2. Произведена вибрационных оценка степени процессов детерминированности при при взаимовлияния параллелльной проведении газодинамических работе виброобследований, ГПА, и их вероятности безотказной работы КЦ и среднего количества отказов (по вибросостоянию) в зависимости от длительности периода закачки. 3. Разработан теоретический подход к использованию случайных функций при обработке экспериментальных данных вибросостояния трубопроводных коммуникаций в процессе многопараметрического изменения технологических режимов эксплуатации компримирования. ГПА с различным количеством ступеней 22 4. Обосновано применение моделей теории выбросов случайных процессов для обработки результатов виброизмерений при широкодиапазонном изменении загрузки и производительности отдельных ГПА и КЦ ПХГ в целом. 5. Разработана вынужденных математическая остановок ГПА из-за модель прогнозирования превышения допустимых частоты уровней динамического возбуждения потока газа и конструктивных узлов газовых коммуникаций КЦ ПХГ и оценки надежности газомоторкомпрессорного оборудования КЦ ПХГ при обеспечении плановой закачки газа. 6. Впервые выполнены расчеты вероятности безотказной работы КЦ и плотности вероятности длительности эксплуатации КЦ до наступления отказа в сутках, а также среднего количества отказов КЦ в зависимости от длительности периода закачки. 7. Разработанные математические модели, методические приемы и расчетные материалы используются на Инчукалнском ПХГ с 2005 года и могут быть применены при проектировании, эксплуатации и модернизации КЦ ПХГ с другими типами газомоторных ГПА и режимами закачки и отбора газа. Основные работы опубликованные по теме диссертации: 1. Засецкий В.Г., Шибнев А.В., Щербицкис И.Д. Разработка методов повышения надежности СПХГ на основе прогнозирования состояния технологического оборудования компрессорного цеха// История создания и эксплуатации Инчукалнского подземного хранилища газа. Сборник научно – технических статей, посвященных Инчукалнскому ПХГ 1968-2008. – Рига:2008. С.13 – 17. 2. Шибнев А.В., Засецкий В.Г., Щербицкис И. Повышение надежности ПХГ на основе прогнозирования вибросостояния технологичекого оборудования компрессорного цеха// Тезисы докладов II Международной конференции ПХГ: надежность и эффективность, Москва 2008. С. 96-97. 23 3. Давис А., Фрейбергс Г., Щербицкис И., Хан С.А., Арутюнов А.Е., Семенов О.,Г. Инчукалнское ПХГ – этапы создания и эксплуатации// Газовая промышленность. – М.:2005 - №12. – С. 50 – 52. 4. Давис А., Щербицкис И., Хан С.А., Арутюнов А.Е., Бузинов С.Н., Семенов О.Г., Инчукалнскому ПХГ – 40 лет// Газовая промышленность. – М.:2008 – №8. – С. 62 – 65. 5. Щербицкис И., Засецкий В.Г., Соколинский Л.И. Установление и причин вибрации трубопроводной обвязки КЦ 2 Инчукалнской ПХГ// Сборник тезисов докладов. Международной конференции «Подземное хранение газа: надежность и эффективность». – М.:2006. С 104. 6. Шибнев А.В., Щербицкис И. Технологические и геолого-технологические мероприятия для повышения безопасной эксплуатации Инчукалнского подземного хранилища газа//Научно-технический журнал Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. – М.:,ВНИИОЭНГ 2008. №2. С. 15 – 18. 7. Щербицкис И., Биргерс Э. Организация и проведение работ по повышению уровня надежности Инчукалнской станции подземного хранения газа// материалы совещания «Обеспечение промышленной безопасности объектов подземного хранения газа ОАО «Газпром». Результаты работы в 2006 г. и ход выполнения работ в 2007 г.». – М.:2007.С.105 – 110. 8. Щербицкис И.Д. Разработка системы комплексного диагностирования линейной части распределительных газопроводов//Сборник тезисов докладов. Пятой всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности». – М.:2003. С. 24.
