Embed Size (px)
Citation preview
МЕМБРАНА НАДЕЖНОСТИ (3.5) Григорий Куркчан (916) 383-2881 ЭНСИС ТЕХНОЛОГИИ
Дистрибуция Производство Системная интеграция
17,9 %* ИТ-рынка РФ (13%** по IDC)
1-е место в рейтинге крупнейших ИТ компаний России по данным рейтингов Cnews и «РИА-Аналитика» за 2010-2013 гг.
Оборот – 137 000 000 000 руб.
Кто мы? Национальная компьютерная корпорация – крупнейший ИТ-холдинг в России
*Объем ИТ рынка России по данным Минэкономразвития за 2013 г. составляет 762,3 млрд руб. ** Оценка ИТ рынка России по данным IDC за 2013 г. – 37,7 $ млрд
Входит в 100 крупнейших компаний России
ГК СИСТЕМАТИКА
Систематика ИТ интегратор в области аутсорсинга и поддержки крупных инфраструктурных проектов Крупнейший географически распределённый ИТ проект федерального масштаба по построению единой информационной системы для ФСС РФ (83 субъекта России)
Step Logic Сетевая и системная интеграция в масштабных высокотехнологичных проектах любого уровня сложности Единственный интегратор в России, получивший три мировые награды Cisco
Tops Consulting Лидер рынка разработки и внедрения сложных информационных бизнес-систем Более 50 международных наград от корпораций EMC, Microsoft, Oracle и других
Сайнер Системный интегратор для энергетики и ЖКХ Крупнейший в России комплексный проект внедрения SAP в ОАО «МРСК Центра». Более 50 реализованных отраслевых проектов в энергетике и ЖКХ на более чем 20000 пользователей
Landata Дистрибуция высокотехнологичного сетевого, телекоммуникационного и компьютерного оборудования Лучший дистрибутор IBM в России в 2009–2012 гг.
РСТ -Инвент Производитель RFID оборудования и интегратор решений на его основе Совместное проектное инновационное предприятие ОАО «Роснано»
TopS BI Системный интегратор Опыт реализации сложных распределенных проектов по внедрению ИТ систем
Энсис Технологии Инженерные системы.
Направление «Надежность»
3
Содержание презентации
МЕМБРАНА НАДЕЖНОСТИ ™
Часть 1: Концепция
Часть 2: Пилотный пример
© Куркчан Г.С.
ИНЖЕНЕРНЫЕ ЗАДАЧИ
ИЗ ЧЕГО СКЛАДЫВАЕТСЯ НАДЕЖНОСТЬ?
Надежность конструкций;
Надежность механической части;
Надежность энергетической части;
Надежность автоматики;
Аварии и отказы происходят в силу ненаблюдаемости и
неизмеряемости нежелательных процессов.
Требуется вовлечение новых знаний, дополнительных
измерений, нетривиальных источников данных и средств
их обработки.
Надежность эквивалентна знаниям!
ОСЦ «МЕМБРАНА НАДЕЖНОСТИ»
Оперативный ситуационный центр управления надежностью предприятия.
«Мембрана Надежности» позволит вам управлять надежностью вашего предприятия!
ОСЦ осуществляет сбор и обработку всех данных, имеющих отношение к надежности и эксплуатационной готовности. В основе работы ОСЦ понимание физических процессов, технологических процессов, регламентов, проектно-конструкторских решений.
ЗАДАЧИ ОСЦ «МЕМБРАНА НАДЕЖНОСТИ»
Надежность и эксплуатационная готовность. ОСЦ выполняет оперативный контроль надежности и эксплуатационной
готовности оборудования.
Надежность и промышленная безопасность. ОСЦ прогнозирует и контролирует возможные сценарии развития отказов
и аварий в режиме реального времени.
Надежность и Технология ТОиР ОСЦ обеспечивает переход на проактивный ТОиР.
Минимальной единицей обработки является узел нагрузки.
3 основные задачи
УЗЕЛ НАГРУЗКИ
Декомпозиция производства на узлы нагрузки. Динамический и статический узлы нагрузок.
Контуры надежности оборудования.
Индикаторы надежности.
Контуры промышленной безопасности. Индикаторы безопасности (ОЭП).
Комплексные показатели надежности узлов нагрузки. Проектная, текущая и критическая надежность.
Функционал ТОиР RCM/RBI анализ.
Узел нагрузки является минимальной единицей управления
Что получает Заказчик после внедрения ОСЦ «Мембрана Надежности»?
1. Оперативный контроль состояния оборудования;
2. ТОиР по надежности (RCM/RBI);
3. Контроль сценариев развития отказов и аварий;
4. Реестр необходимых средств технической диагностики,
специальной автоматики, лабораторных комплексов для нужд
оценки надежности;
5. Нормативно-методическую документацию.
Систему контроля и управления надежностью
Надежность узла нагрузки по 100-балльной шкале
Н=100 - SAIFI*100 - ASUI*1000 - SAIDI*10000 SAIFI: частота отказов/год;
8760/MTTF, где MTTF время наработки на отказ, часов; паспортное или статистическое значение;
ASUI: коэффициент неготовности/год;
SAIDI: коэффициент простоя для ремонта/год;
MTTR/8760, где MTTR время ремонта, часов; по данным изготовителя или сервисной компании;
Главное условие необходимости и достаточности ТОиР и ЗИП:
Нкрит ≤ Нтек ≤ Нпс
Техническая диагностика, КИПиА, лабораторные аналитические комплексы
требуются в объеме , необходимом для проверки главного условия.
Для 4-летнего МРИ: MTTF=4 года; SAIFI=1/4=0,25;
Текущая надежность должна быть в допустимых пределах
Расчеты текущей и критической надежности
Нтек узла нагрузки рассчитывается путем применения коэффициента
деградации Ктек. по индикаторам состояния оборудования узла
нагрузки.
SAIFIтек = Kтек * SAIFI
Нкрит узла нагрузки рассчитывается путем задания такой величины Ккрит,
при котором MTTF≥МРИ.
SAIFIкрит = Kкрит* SAIFI
По мере снижения текущей надежности ниже
критической, ОСЦ инициирует работы ТОиР и закупки
ЗИП. Для этого ОСЦ непрерывно ведет контроль узлов
нагрузки по индикаторам состояния оборудования,
режимам работы, отклонениям параметров.
ОСЦ ведет непрерывную оценку технического состояния оборудования
Расчет частоты отказов цепи аппаратов (на примере электрической сети)
Трансформаторы 220кВ
Шины 220кВ
Трансформаторы 6кВ
Шины 6кВ
Реакторы токоограничивающие 6кВ
Автоматические выключатели 6кВ
Кабельные линии 6кВ
Ячейки 6кВ
Частота отказов/год
Время восстановления, часов/год
Экран расчета частоты отказов цепи аппаратов
Узел нагрузки. Справочные средние значения SAIFI CAIDI
Сборные шины напряжением до 10кВ 0,030000 2
КЛ до 10кВ в блоках. На 1 км 0,005000 18
Реактор 0,035000 10
Трансформатор 220кВ 0,035000 60
Сборные шины 220кВ 0,013000 5
Автоматический выключатель 6кВ 0,009000 20
Электрическая сеть ЦК-301р SAIFI CAIDI
Расчет ветвей Частота отказов Время восстановления, часов
Ветвь 1 (АВР выключен, СВ разомкнут) Сборная шина ОРУ-220кВ 10 0,1300 50,00
Трансформатор ТРДЦН-63000/220 на ГПП-2 T1 0,0350 60,00
Реактор РБСДГ-10 R1 0,0350 10,00
Сборные шины 6кВ, 3 с.ш. РУ-1 ГПП-2 1 0,0300 2,00
Выключатель 6кВ ячейки 44 0,0090 20,00
Выключатель 6кВ ячейки 134 0,0090 20,00
Кабельная линия от ячейки 44 до ячейки 134 1,1 0,0055 19,80
РП-104 РУ-2, 3с шин 1 0,0300 2,00
ИТОГО, в год 0,2835 33,65
Ветвь 2 (АВР включен, СВ разомкнут) Сборная шина ОРУ-220кВ 10 0,1300 50,00
Трансформатор ТРДЦН-63000/220 на ГПП-2 T2 0,0350 60,00
Реактор РБСДГ-10 R3 0,0350 10,00
Сборные шины 6кВ, 4 с.ш. РУ-1 ГПП-2 1 0,0300 2,00
Выключатель 6кВ (АВР - OPEN) 4 с.ш и 3 с.ш. 0,0090 20,00
Выключатель 6кВ ячейки 44 с.3 0,0090 20,00
Выключатель 6кВ ячейки 134 0,0090 20,00
Кабельная линия от ячейки 44 до ячейки 134, L, км 1,1 0,0055 19,80
РП-104 РУ-2, 3с шин 1 0,0050 2,00
ИТОГО, в год 0,2675 36,15
Ветвь 3 Кабельная линия от РП-104 РУ-2 до клемм АД 0,05 0,0003 0,90
Выключатель на КЛ от РП-104 РУ-2 до клемм АД 0,0090 20,00
ИТОГО, в год 0,0093 19,48
Взаимное резервирование ветвей 1 и 2 0,0758 34,90
Параметры ветвей SAIFI CAIDI
Ветвь 1 0,2835 33,65
Ветвь 2 0,2675 36,15
Ветвь 3 0,0093 19,48
Надежность сети электроснабжения ЦК-301р 0,0835 33,21
Наработка на отказ MTTF=1/SAIFI=1/0,0835=11,98 лет
Экран расчета допустимого межремонтного интервала и надежности узла Узел нагрузки ЦК-301р Задаваемые значения
Расчетные значения
Исходные данные SAIFI
поток отказов
CAIDI время ремонта
MTTF наработка на отказ
лет
ASAI коэффициент готовности
ASUI коэффициент неготовности
SAIDI время простоя
в год
4АЗМП 3150/6000 УХЛ4 (НПО ЭЛСИБ)
8760/18000 = 0,4867
96,00 1/0,4867=2,05 0,9947 0,0053 46,7200
ПАРАМЕТРЫ ЦК-301р
Надежность схемы электропривода "2 из 3" 0,1153 96,00 8,68 0,9947 0,0053 11,0654
Надежность Сети (Внутренняя + Посадки) 0,0865 33,22 11,57 0,9997 0,0003 2,8721
Итоговая надежность ЦК-301р 0,2017 69,09 4,96 0,9944 0,0056 13,9375 Статус МРИ
Расчет ПН по 100-балльной шкале Электропривод Сеть ЦК-301р
Начальное значение 100,0 100,00 100,00
ASUI х 1000 -5,3 -0,33 -5,63
SAIFI х 100 -11,5 -8,65 -20,17
SAIDI х 10000 -12,6 -3,28 -15,91
ИТОГО 70,5 87,75 58,29 Указатели ТОРО ДЕГРАДАЦИЯ
Запас надежности в баллах 0 0 0 СЕТЬ (ДС) ЭЛЕКТРОПРИВОД (ДЭП)
Запас надежности в % 0 0 0 Ккрит=1,265 Ккрит=1,124
Деградация SAIFI 1,00 1,00 1,00 Текущее значение Текущее значение
Удельный вес балла 0 0 0 ДС=1,000 ДЭП=1,000
При справочных значениях надежности MTTF=4,96 лет. ПИН=58,29 балла, переход на 4-летний МРИ разрешен!
Экран расчета допустимой деградации оборудования для МРИ=4 года
Максимально допустимая деградация надежности электрической сети Ккрит=1,265 Допустимое снижение ПН с 58,29 до 51,44 балла
Узел нагрузки ЦК-301р Задаваемые значения Расчетные значения
Исходные данные SAIFI
поток отказов
CAIDI время ремонта
MTTF наработка на отказ
лет
ASAI коэффициент готовности
ASUI коэффициент неготовности
SAIDI время простоя
в год
4АЗМП 3150/6000 УХЛ4 (НПО ЭЛСИБ) 0,4867 96,00 2,05 0,9947 0,0053 46,7200
ПАРАМЕТРЫ ЦК-301р
Надежность схемы электропривода "2 из 3" 0,1153 96,00 8,68 0,9947 0,0053 11,0654
Надежность Сети (Внутренняя + Внешняя) 0,1344 33,54 7,44 0,9995 0,0005 4,5088
Итоговая надежность ЦК-301р 0,2497 62,37 4,00 0,9942 0,0058 15,5741 Статус МРИ
Расчет КИН по 100-балльной шкале Электропривод Сеть ЦК-301р
Начальное значение 100,0 100,00 100,00
ASUI х 1000 -5,3 -0,51 -5,82
SAIFI х 100 -11,5 -13,44 -24,97
SAIDI х 10000 -12,6 -5,15 -17,78
ИТОГО 70,5 80,90 51,44
Указатели ТОРО ДЕГРАДАЦИЯ
Запас надежности в баллах 0 7 7 СЕТЬ (ДС)
ЭЛЕКТРОПРИВОД (ДЭП)
Запас надежности в % 0 36 19 Ккрит=1,265 Ккрит=1,124
Деградация SAIFI 1,00 1,56 1,24 Текущее значение Текущее значение
Удельный вес балла 0 5 3 ДС=1,265 ДЭП=1,000
Требования ПП №87 от 16.02.08
В составе ПИР нет раздела «НАДЕЖНОСТЬ».
Для нового оборудования: текущая надежность
практически равна паспортной, но при этом
может быть меньше критической.
В этом случае затратами на ТОиР обеспечить
требуемую эксплуатационную готовность на
заданном МРИ невозможно.
Как рассчитать текущую надежность узла?
Каковы границы ТОиР для заданного МРИ?
БЕЗОПАСНОСТЬ.
ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ
Почему необходим онлайн-расчет ОЭП?
Какова связь между коррозийностью и ОЭП?
Для чего нужна погодная автоматика?
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ (пункт 3.14).
Как рассчитать надежность энергоснабжения опасных блоков?
НАСОСЫ и КОМПРЕССОРЫ (пункт 5.4.4).
Как определить условия самозапуска и необходимость АПП?
Надежность и безопасность тесно связаны.
Рассмотрим реальные случаи.
Статистика отказов НПЗ
Некритический отказ. Отказ клапана СППК (Г-43-107) от 13.03.15.
Цепочка отказов: наличие агрессивной среды, разрушение витка пружины, ложное
действие автоматики, необоснованное снижение давления в линии.
Причина: сульфидная коррозия под напряжением (SSC). Растрескивание под
воздействием водорода в присутствии H2S.
В акте аварии нет вывода по достаточности HRC.
Решение от МН: СППК классифицируется как узел статической нагрузки, УСН.
Текущая твердость пружин СППК 45-50 HRC.
Стандарт NACE MR0175/ ISO 15156 рекомендует твердость стали пружин 22 HRC.
Рассчитать положение точки V по содержанию H2S и давлению.
Заменить все СППК, если находятся в опасной зоне.
Положение рабочей точки V определяет требования к пружине. Точка V в динамике!
Отказ с серьезным ущербом. Авария ЧРП фирмы SIEMENS-LOHER
Цепочка отказов: Работа ЧРП с наводками ВЧ-токов.
Отсутствие ВЧ-заземления. Отсутствие резервирования,
проектное решение 1х1350кВт вместо 2х700кВт.
Электрокоррозия подшипника. Разрушение подшипника.
Аварийный останов электродвигателя.
Последствия: Фактическая наработка на отказ 6200 часов,
время ремонта 103 часа.
Простой установки КЦА 119 часов. Экономический ущерб.
Решение от МН: (без изменения проектного решения по
резервированию)
1. Оснастить электродвигатель токосъемными кольцами;
2. Приобрести диагностический прибор SKF для контроля ВЧ-
токов.
3. Периодически контролировать наличие напряжения на валу.
Если V>20В, идет процесс электрокоррозии.
4. Контролировать работу нагнетателя. Интенсивная работа ЧР
ведет к наводке токов ВЧ.
Критический отказ с человеческими жертвами. Авария на Ачинском НПЗ
ВЗРЫВ и ПОЖАР на Ачинском НПЗ 15.06.14
Взрыв ПГФ произошел во время ввода установки
ЛК6уС (ГФУ) в эксплуатацию после КР.
Возник пожар на площади 400кв.м.
Ущерб составил порядка 32 млрд. руб., в т. ч.
стоимость новой ГФУ 3,2 млрд. руб.
Авария - высвобождение собственного
энергозапаса с разрушением.
Нахождение персонала в зоне ОЭП >10 запрещено
Цепочка отказов аварии Цепочка отказов Решение МН Действия НПЗ
Отказ уровнемера радарного типа
в составе АСУ ТП Резервирование уровнемера
Проверка наличия и анализ документа
"ПОН АСУ ТП"
Обязательный документ в соответствии с
РД 03-418-01 для блоков I и II категории
опасности.
Проверка вероятности отказа АСУ ТП
Ошибка персонала.
Действия по сценарию "Кипение в колонне",
вместо "Переполнение колонны"
Тренинг операторов
Разработка сценариев
АСО ПЛАС+.
Поставка компьютерного тренажера ЛК6уС.
ТЗ от 18.11.14
Прорыв шлемовой трубы Л-407/1
вследствие коррозии, гидравлического удара.
Ошибочное продление ресурса трубы на 8 лет
Оснащение системой
комплексного коррозийного
мониторинга (ККМ)
критических УСН: корпуса
колонны, патрубков, шлемовой
трубы.
Анализ критических УСН.
Разработка проектного решения ККМ.
Контроль продления ресурса критических УСН.
Выброс ПГФ в окружающую среду
в течение 6 минут.
Нахождение персонала в сфере ОЭП >> 10
Внедрение ПАЗ
Решение по созданию ловушек ПГФ для
коррозионно-опасных участков.
Блокада инертными газами.
Недостаток мощности паровой завесы от
пар-15 для изоляции печей от ПГФ.
Зажигание ПГФ от печи. Взрыв
Рассчитать время постановки
паровой завесы, обеспечить
мощность источника пара.
Разработать проектное решение по САУ паровой
изоляции печей за критическое время, включить
САУ в систему ПАЗ.
ЭЛОУ-АВТ-6. Анализ пожарного риска
15.04.13г в работе М. И. Лебедевой (Академия ГПС МЧС России) был выполнен анализ
риска пожара и взрыва на ЭЛОУ-АВТ-6 МНПЗ, при потенциальной аварии колонны К-2 с
выбросом ПГФ/ЖФ.
Оценка опасных факторов пожара была произведена при помощи ПО «ТОКСИ+Risc».
Вероятность успешной работы водяной завесы была принята 0,95, хотя в соответствии с
ГОСТ Р 12.3.047-2012 она должна быть принята по паспортным данным установок
пожаротушения. На АНПЗ фактическая вероятность была 0, не смогла предупредить аварию!
Расчет вероятности дальнейших негативных событий, силами ПО «АРБИТР»:
АНПЗ
Опыт сотрудничества с Газпром нефть в части надежности
Аудит СЭС МНПЗ и ОНПЗ
Разработка аналитических инструментов и методик оценки надежности:
– Разработка Стандарта Организации (СТО)
– Разработка Технической политики обслуживания энергетического оборудования
– Создание методик и расчетных моделей
– Обоснование экономически обоснованного подхода к надежности (economic based reliability), разработка эконометрик
Апробация методик надежности на примере установки Г-43-107, в части электроснабжения и теплоснабжения.
Инженерный анализ компрессорной ЦК-301
Описание проекта
Методология Цели проекта
Разработка технической политики и СТО «Газпром нефть» по надежности энергоснабжения для повышения эксплуатационной готовности установок
Мембрана надежности. ПИЛОТНЫЙ ПРИМЕР. ЦК-301
Надежность установок
Надежность узла нагрузки
Эксплуатационная готовность
НПЗ
RCM-анализ МН - анализ
10 шагов МН для ЦК-301
1. Сбор и анализ проектно-конструкторской документации;
2. Сбор и анализ источников оперативной информации;
3. Анализ рабочей среды (сырья), лабораторные анализы и их интерпретация;
4. Построение динамической модели управления процесса сжатия газа крекинга;
5. Политропический анализ процесса сжатия. Аспекты безопасности; Сравнительный анализ;
6. Анализ надежности механической части;
7. Анализ работы электропривода;
8. Анализ надежности электрической сети питания;
9. Заключение по механической части;
10. Заключение по электротехнической части;
В состав ЦК-301 входят 3 нагнетателя, работающих на общий коллектор по схеме «2 из 3», общая маслосистема, ЗРА, точки КИП, ИИС ПИК-43К, трубная и кабельная обвязка, система охлаждения электродвигателей. Электрическая мощность узла нагрузки 9,5МВт.
Шаг 1: Анализ проектно-конструкторской документации (ПКД)
Регламенты установки
Единая БД
Проектная документация
Нефтехимическое оборудование установок
Производственное Задание,
режимы карты
Визуальный контроль ЦК-301, режимные
карты,ИИС агрегатов
Электротехническое и теплотехническое
оборудование
Результаты вибродиагностики
Результаты тепловизионного
контроля
Результаты статических и динамических испытаний
электропривода Паспорта на электрооборудование
Статистика отказов
Данные по ИБП
Данные КИПиА, АСУ ТП
Данные по уставкам РЗА, АВР Режимные показатели энергосистемы МОЭСК
Данные энергоаудита
Состояние изоляции кабельных линий
Состояние строительных конструкций
Цепи питания электродвигателя на ТП/РП
Начальник установки / ОГМ
Технический отдел НПЗ
Операторные
КД, экспертиза методами НК,
регламенты ТО
Начальник цеха / участка
Машинисты (ЦК-301)
Отдел главного энергетика
Служба главного метролога
Лаборатория РЗА
Служба КС
Текущее состояние информационных ресурсов Целевая модель
Технический отдел НПЗ
Операторы установок
Начальник цеха
Машинисты
ОГМ/ОГЭ
Отдел главного
метролога
Лаборатории
Служба КС
Начальник установки
Контроль надежности
Шаг 2: Анализ оперативных источников (ПИК-43К, КИП, РЗА, АВР)
Единая БД
Данные осмотров и измерений в ходе ТО
Данные датчиков давления
Данные датчиков вращения
Данные датчиков температуры
Данные датчиков …
Предлагаемые методики предполагают информационный обмен в режиме РВ
Шаг 3. Анализ сырья. Фактор сжатия Z (уравнения Пенга-Робинсона)
Молекулярный состав газа является важнейшей характеристикой 29
ПИК-43К
4АЗМП 3150/6000
ЦНД/ЦВД
Хромотограф
К-5000
Объемный расход на нагнетании 15935 нм3/час
Объемная производительность на нагнетании 4,43 нм3/сек
Плотность ЖГ при н.у. (от 0,869 до 2,252) 1,881 кг/нм3
Производительность массовая, на нагнетании 8,3243 кг/сек
Молекулярный вес ЖГ 44,489 кг/кмоль
Массовый расход на выкиде 29975 кг
Лаборатория некорректно определяет фактор сжатия Z, если есть С5 и выше
По данным лабораторного анализа (Время 7:00 Дата:27.02.13)
Формула Молекулярный вес,
кг/кмоль % мольный
Удельная мол. масса
% массовый Плотность, кг/нм3 % объемный Объем в час, нм3 Расход, кг/час
H2 2,016 2,71% 0,0546336 0,10% 0,090 2,80% 446,18 40 CO2 44,000 1,08% 0,4752 1,10% 1,964 1,10% 175,285 344
N2 28,016 3,34% 0,9357344 2,10% 1,251 3,30% 525,855 658 CO 28,000 0,43% 0,1204 0,30% 1,250 0,40% 63,74 80
СН4 16,000 9,75% 1,56 3,50% 0,714 9,90% 1577,565 1127 C2H6 30,068 4,23% 1,2718764 2,90% 1,342 4,30% 685,205 920 C2H4 28,052 5,78% 1,6214056 3,60% 1,252 5,90% 940,165 1177 C3H8 44,094 8,13% 3,5848422 8,10% 1,968 8,20% 1306,67 2572
C3H6 42,078 26,00% 10,94028 24,60% 1,723 26,10% 4159,035 7166 IC4H10 58,120 14,80% 8,60176 19,30% 2,595 14,70% 2342,445 6078 C4H10 58,120 2,53% 1,470436 3,30% 2,595 2,50% 398,375 1034
C4H8 56,104 3,91% 2,1936664 4,90% 2,505 3,90% 621,465 1557 транс-C4H8 56,104 3,65% 2,047796 4,60% 2,505 3,60% 573,66 1437
цис-C4H8 56,104 2,73% 1,5316392 3,40% 2,505 2,70% 430,245 1078 C5H12 72,146 6,17% 4,4514082 10,00% 2,800 6,00% 956,1 2677 C5H12 72,146 1,01% 0,7286746 1,70% 2,800 1,00% 159,35 446 C5H12 72,000 1,77% 1,2744 2,80% 2,800 1,70% 270,895 759 С6Н14 86,000 1,88% 1,6168 3,60% 2,800 1,80% 286,83 803
H2S 34,000 0,10% 0,034 0,10% 1,518 0,10% 15,935 24 100,00% 44,5149526 100,00% 1,881 100,00% 15935 29975
Шаг 4. Построение динамической модели управления (Aspen HYSYS Dynamics)
Моделирование является инструментом надежного управления 30
ПИК-43К
4АЗМП 3150/6000
ЦНД/ЦВД
Хромотограф
К-5000
Шаг 5. Политропический анализ процесса сжатия
31
ПИК-43К
4АЗМП 3150/6000
ЦНД/ЦВД
Хромотограф
К-5000
Расчетная модель Значение Размерности
Политропический анализ
Тип нагнетателя центробежный Н-340-81-4
Тип привода электродвигатель 4АЗМП 3150/6000 УХЛ4
Режим работы
с постоянным давлением на нагнетании
Коэффициент адиабаты ɣ 1,07573 Паспортное: 1,11
ɸ= 1-1/ɣ 0,07
ɸ-1 -0,93
Универсальная газовая постоянная, R 8,314 кДж/(кмоль*K)
Молекулярный вес, данные лаборатории, m 44,489 кг/кмоль
Газовая постоянная ЖГ, Rmix 0,187 кДж/(кг*К)
Проверка по уравнению Майера Cp-Cv=Rmix 0,187 кДж/(кг*К)
Производительность на выкиде, F 8,3243 кг/сек
Расход газа на нагнетании, ЦК-301р 15935 нм3/час
Масса газа на нагнетании, ЦК-301р 29967 кг/час
Удельная теплоемкость ЖГ при Р=const 2,65 кДж/(кг*К)
Удельная теплоемкость ЖГ при V=const 2,47 кДж/(кг*К)
Коэффициент сжатия (отношение давлений выход-вход) 112,90
Разность температур, выход-вход 118,26 К
Фактическая нагрузка электропривода от номинальной 0,87 2737/3150
Сравнительный политропический анализ
Московский НПЗ Омский НПЗ Установка Г-43-107 Г-43-103 Тип нагнетателя Н340-81-4 Н340-81-5
Давление газа на всасе, бар 0,1 0,35 Давление газа на нагнетании, бар 11,29 10,33
Температура газа на всасе 26,42 23,03
Температура газа на нагнетании 144,68 142,15
Степень сжатия 112,9 29,3 Расход газа на рабочей линии, нм3/час 31320 28375
Расход газа на пусковой линии, нм3/час 550 0
Плотность сжимаемого газа, кг/нм3 1,881 1,712
Газовая постоянная кДж/(кг*К) 0,187 0,204
Политропный КПД 0,8 0,8
Адиабатический КПД 0,76 0,76
Фактор сжатия Z 0,71 0,69
Показатель адиабаты 1,07 1,11
Масса газа на нагнетании, кг/час 29974 24289
Линейный ток ротора, А 295 160 Полезная мощность ротора на сжатие, кВт 2418 1484
Удельное энергопотребление, кВт-ч/кг 0,08 0,06 Удельное энергопотребление, кВт-ч/нм3 0,15 0,1
Выводы и рекомендации, основанные на политропическом анализе
Выводы: сверхнормативный износ проточной части, снижение эффективного сечения; снижен КПД (недопустим ниже 80%), удельный расход энергии на сжатие увеличен на 12,5% по сравнению с паспортным; нерациональный привод;
Рекомендации:
- охлаждать газ на входе, это снижает энергопотребление и увеличивает КПД;
- повышать давление на входе, это снижает энергопотребление и увеличивает КПД;
- заменить электропривод на паровой привод; использовать дешевый пар вместо дорогой электроэнергии; уйти от редукторов путем регулирования оборотов турбины; уйти от высокого напряжения 6кВ и всей электрической обвязки; тариф на э/э повышается!
- заменить нагнетатель на современный, с высоким политропным КПД;
- если замена невозможна, модернизировать нагнетатель (варианты указаны в заключении);
Прежде чем планировать ТОиР нагнетателя, необходимо провести политропический анализ, который укажет на степень износа оборудования;
Выводы и рекомендации позволят не тратить напрасно ресурсы ТОиР!
Аспекты Безопасности
Критическая цепочка отказов: точечная коррозия тракта высокого давления, гидравлический удар, образование трещины, формирование газовоздушной смеси со скоростью 10нм3/мин (производительность ЦК-301р около 265 нм3/мин);
Вероятность такой цепочки отказов возрастает во время пуска агрегата;
Время реакции машиниста на аварию, вооруженного автоматикой класса ПИК-43К, в соответствии с ПБ, примем 3 минуты, отсюда выброс в объеме 30 нм3;
НКПР смеси 2,2 %; класс чувствительности смеси = 1; зона поражения R=18,6 метра;
При наличии источника зажигания в зоне R=18-20 метров произойдет детонация и взрыв.
Полное разрушение компрессорной избыточным давлением в зоне R=18-20 метров;
Вероятность гибели машиниста компрессора, находящегося в зоне R: 100%.
Вероятный экономический ущерб: 78 млн. руб./ сутки (простой Г-43-107);
Справка: 12.05.10 произошла авария на Нижнекамской ГЭС, в результате образования трещины в патрубке подачи масла компрессора сжатого воздуха. Образовалась масляно-воздушная смесь, произошел объемный взрыв. Персонал: 2 погибли, 10 пострадали.
Плотность воздуха, выше или ниже плотности ЖГ? При +35 (1,1455), а при -25 (1,4224);
*НКПР – нижний концентрационный предел распространения пламени, % объемный.
МН позволяет оценить индивидуальный и групповой риск опасности!
Шаг 6: Анализ надежности механической части. Коррозия и вибрации
Справочные данные по Виктору Кристоферу Маршаллу (ACMH)
Надежность механической части SAIFI
отказов в год ЗРА трубопроводов (петлевые компенсаторы, тройники, вводы)
0,35
Вентили 0,26 Вращающиеся части насосов или смесителей 0,06 Расширительные камеры 0,04 Переходные камеры под давлением, втулки 0,035 Емкости под давлением 0,017 Прокладки 0,004
Наибольший риск коррозии в местах изменения геометрии конструкции; Наибольшее количество отказов возникает во время переходных операций (пуски); 25% неполадок возникают во время ремонтов; Агрессивность среды и наличие концентраторов напряжений (царапины); Центрирование осей; Технические навыки рабочих; Инженерная подготовка и ЗИП;
Индикаторы надежности механической части Н340-81-4
Показатели надежности по ТУ
Средний срок службы нагнетателя, часов (11,42 лет) 33 года, ресурс продлен 100000
Средний ресурс до капитального ремонта, не менее, часов (1,83 года) 2 года 16000
Средний ресурс между средними ремонтами, не менее, часов (0,92 года) 1 год 8000
Коэффициент готовности, % 98
Вибрация шейки ротора ЦВД, не более 60,00 max мкм
Давление масла, поступающего на смазку подшипников: Опорных вкладышей, не менее 1,50 (1,85) min бар
Опорно-упорных вкладышей, не менее (избыточное) 3,00 (3,77) min бар
Антипомпажная защита с перепускным клапаном. нет САР
Контроль осевого сдвига роторов ЦНД и ЦВД нет САР
Автоматизированные измерительные каналы 47 каналов ПИК-43К
Содержание H2S, % 3,00 (0,1) max
Производительность объемная по сухому газу, при н.у. 4,42 (4,43) max-3% нм3/сек
Давление газа конечное, абсолютное, при выходе из нагнетательного патрубка
1,273 (1,129) max МПа
Мощность, потребляемая нагнетателем 2100,00 (2418) max+5% кВт
Как понять состояние проточной части нагнетателя?
Комплексный коррозионный мониторинг (ККМ).
ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка. Система ККМ для установки АВТ
Шаг 7. Анализ работы электропривода
38
Для ОНПЗ вес 81%, ток 54% от величин МНПЗ. Почему?
МНПЗ Ток ротора 295А. Масса 29974кг/час.
ОНПЗ Ток ротора 160А. Масса 24289кг/час.
Электропривод. Расчет работы 2 способами. Основание замены.
39
Расчет через работу сжатия
Работа компрессора на сжатие, A 8745693 кДж (Rmix*M)/(ɣ-1)*(Т2-Т1)
Мощность, P 2429 кВт (A/3600)
Линейный ток ротора 269,67 А (P/6/cosɸ/√3/кпд-эл)
Расчет через напор и расход
Политропный КПД, ɳп 80,18% Мировой уровень 92-96 Характеристика нагнетателя
Адиабатический КПД для ЖГ, ɳa 76,75% 0,00%
Расчет через политропный КПД, коэффициент сжатия и показатель адиабаты
Фактор сжатия Z Расчет = 0,710 Лаборатория = 0,983 С выпадением жидкой фазы С5 и выше.
Неприменим ГОСТ 31369 / ISO 6976
Адиабатический напор,H 223 кДж/кг (T1*R)/(ɸ*m)/(P2/P1)**ф-1)*Z
Политропный напор 233 кДж/кг H*(ɳп/ɳa)
Мощность,P 2418 кВт (F*H)/ɳa
Линейный ток ротора 268,37 А (P/6/cosɸ/√3/кпд-эл)
Расчетный ток ротора 269А, фактический 295А, потери 26А. Для ОНПЗ: расчетный ток 156А, фактический 160А, потери 4А. Указатели ТОиР: замена электропривода МНПЗ, для ОНПЗ не требуется.
Электропривод. Расчет потерь мощности при сжатии. Основание замены
Потери электрической мощности составляют 319кВт!
Электропривод 4АЗМП 3150/6000 УХЛ4
Исходные данные Напряжение V 6 кВ
Полезная мощность на сжатие, расчет P 2418 кВт
Линейный ток ротора, расчет I 268,37 А
Скорость ротора номинальная Wm 2976 об/мин
Число пар полюсов p 2
КПД паспортное кпд-эл 97,40%
Косинус фи 0,89
Кратность пускового тока, не более 6,3
Кратность пускового момента, не менее Кпуск 1,3
Кратность максимального момента, не менее Ккр 2,6
Минимальный момент (узнать на ЭЛСИБ) Ммин
Номинальный момент Мн 7743 Н-м
Синхронная скорость (вращения магнитного поля) Wms 3000 об/мин
Пусковой вращающий момент Мп 10065 Н-м
Максимальный вращающий момент Ммакс 20131 Н-м
Расчеты
Величина скольжения s 0,60%
Активное сопротивление статора R1 0,0630 Ом
Активное сопротивление ротора R2 0,0760 Ом
Мощность, передаваемая ротору (мощность воздушного
зазора) 2737 кВт
Потери в меди ротора 16 кВт
Мощность механическая 2720 кВт
Скорость ротора через скольжение, об/мин 2982 об/мин
Полезная мощность сжатия 2418 кВт
Потери мощности 303 кВт
КПД сжатия адиабатический 76,75% %
Вращающий момент через мощность и скольжение 8712 Н-м
Вращающий момент через ток ротора, сопротивление ротора
и скольжеие 8712 Н-м
Электропривод. Индикаторы надежности
4АЗМП 3150/6000 УХЛ4:
Изоляция: ПИК-43К Другой источник - Величина омического сопротивления по току; нет Капремонт, замеры - Коэффициент абсорбции; нет Капремонт, замеры - Коэффициент поляризации (старение) изоляции; нет Капремонт, замеры Состояние подшипников и колодок:
- Наличие радиального и осевого зазора; нет Капремонт, замеры - Температура масла 3 параметра Нет - Давление масла 2 параметра Нет - Температура подшипников и колодок; 2 параметра Нет - Наличие дефектов беговых дорожек; нет Капремонт, замеры - Определение твердости подшипников; нет Капремонт, замеры Вибросостояние:
- Виброскорость нет Диагностика - Виброускорение нет Диагностика - Виброперемещение нет Диагностика Сопротивление обмоток; нет Капремонт Дефекты обмотки методом ЧР; нет Диагностика Наличие паяных соединений; нет Капремонт Величина радиального биения валов; нет Капремонт, замеры Контроль температуры статора (сталь, медь); 6 параметров Нет Состояние физической нейтрали; нет Капремонт, замеры Величина воздушного зазора нет НПО ЭЛСИБ Величина скольжения нет НПО ЭЛСИБ Охлаждающая вода (расход, температура) 5 параметров нет Охлаждающий воздух (температура) 2 параметра нет
Электропривод. Спектры вибродиагностики (PRUFTECHNIK)
• Отслеживание трендов параметров
• Выдача тревожных уведомлений при выхо -
де за пределы допусков
• Наличие эталонных спектров (иллюстрация
хорошего состояния агрегата)
• Углубленная диагностика в ручном режиме /
проведение анализа в полевых условиях
Спектр
Хорошее состояние агрегата
Спектр
Внимание! -
Анализ сигнала
Диагностика / Анализ
Тревожное уведомление
Предупредительное уведомление
Уровень вибрации
Дата
( время )
Спектр
Тревога!
Электропривод. Спектры вибродиагностики (PRUFTECHNIK)
Шаг 8. Анализ надежности электрической сети питания
Надежность оборудования только часть вопроса, нужно знать надежность электросети
Компрессор надежен
Потенциальные отказы
Расчет надежности цепи аппаратов (электрическая сеть) ETAP
Трансформаторы 220кВ
Шины 220кВ
Трансформаторы 6кВ
Шины 6кВ
Реакторы токоограничивающие 6кВ
Автоматические выключатели 6кВ
Кабельные линии 6кВ
Ячейки 6кВ
FR= отказов/год
MTTR= часов/год
Силовой трансформатор. Индикаторы надежности
Наименование Контролируемые параметры Отказ
Индекс №1 Наличие H2 и СО2 Замыкание сердечника на землю
Индекс №2 Наличие TDCG (горючий газ) Срабатывание газового реле защиты по насыщению масла
горючим газом
Индекс №3 Снижение О2 и повышение СО-
СО2
Перегрев бумажной изоляции
Индекс №4 Увеличение Н2 и С2Н2 (ацетилен) Наличие дугового разряда
Индекс №5 Увеличение этилена в
соотношении с ацетиленом
Перегрев контактов при переключении РПН
Индекс №6 Наличие гармоник, кратным 3 Перегрузка трансформатора
Индекс №7 Вибрация
Индекс №8 Повышенный шум
Взрыв трансформатора на АЭС Indian Point (США) 9.05.15. Останов реактора по АЗ.
Шаг 9. Заключение по механической части
Проектный MTTF=6,09 лет (FR=16000 часов между КР).
Вероятность единичного отказа нагнетателя за период MTTF: (1-е-1)= 0,632
БИН: 59,6 балла (новый компрессор);
КИН для 4-летнего МРИ: 59,6 балла
Запас надежности: 0%;
Максимально допустимый коэффициент деградации БИН=1 (нет запаса);
Задача ТОиР: ТИН = 59,6 балла; требуется увеличить FR!
Сверхнормативный износ, текущий переход на 4-летний МРИ недопустим.
Требуется реконструкция.
Вариант 1 (замена): заменить нагнетатель Н-340-81-4 на современный К-530 производства РЭП-Холдинг; потребуются изыскания для оценки несущей способности фундамента;
Стоимость: порядка 100 млн. руб. на компрессор.
Вариант 2 (ретрофит): модернизация нагнетателя Н-340-81-4: замена проточной части, установка демпферных подшипников, лабиринтных уплотнений, упругих сухих муфт; замена электропривода. Работы по реконструкции фундамента не требуются;
Стоимость: порядка 30 млн. руб. на компрессор
Шаг 10. Заключение по электротехнической части. Электросеть
Проектный MTTF=11,98 лет на 1 отказ;
Вероятность единичного отказа электросети за период MTTF: (1-е-1)= 0,632
БИН: 87,75 балла (новая ПС);
Запас надежности: 36%;
Максимально допустимый коэффициент деградации БИН Ккрит=1,265;
КИН для 4-летнего МРИ: 80,9 балла
Задача ТОиР: 80,9 <ТИН < 87,75 балла;
Сверхнормативный износ, текущий переход на 4-летний МРИ недопустим.
Требуется реконструкция:
- резервировать второй линией КЛ-1 6кВ (питание от Т1) и КЛ-2 6кВ (питание от Т2) по трассе «ГПП-2 - РП-104/2»; нет в требованиях ГИАП!
- заменить ячейки 6кВ РП-104/2: 102 (ЦК-301/1), 114 (ЦК-301/2), 134 (ЦК-301р); есть в требованиях ГИАП!
Шаг 10. Заключение по электротехнической части. Электропривод «2 из 3»
Проектный MTTF=8,68 лет на 1 отказ.
Вероятность единичного отказа электропривода за период MTTF: (1-е-1)= 0,632
БИН схемы резервирования электропривода «2 из 3»: 70,5 балла (новый электропривод);
Запас надежности: 30%;
Максимально допустимый коэффициент деградации БИН Ккрит=1,124;
КИН для 4-летнего МРИ: 59,7 балла
Задача ТОиР: 59,7 < ТИН < 70,5 балла;
Сверхнормативный износ, текущий переход на 4-летний МРИ недопустим.
Требуется реконструкция:
электродвигатель 4АЗМП 3150/6000 заменить на 5АЗМВ 3150/6000;
электродвигатели 2АЗМП 3200/6000 сняты с производства (ЦК-301/1 и ЦК-301/2), их также рекомендуется заменить на 5АЗМВ 3200/6000.
Стоимость замены 1-го электродвигателя порядка 10 млн. руб.
Шаг 10. Общее заключение по ЦК-301
Проектно-конструкторское решение: устарело, механические редукторы, нет промежуточного охлаждения.
Рекомендация: провести реконструкцию, заменить электропривод на паровой привод.
Надежность проектно-конструкторских решений:
БИН механической части: 59,6. Проектный резерв надежности Ккрит=1 (0%).
БИН электропривода: 70,5 балла. Проектный резерв надежности: Ккрит=1,124 (30%);
БИН электрической сети: 87,5 балла. Проектный резерв надежности: Ккрит=1,265 (36%);
БИН ЦК-301: 58,29 балла. Проектный MTTF=4,96 лет
Задачи ТОиР и ЗИП для 4-летнего МРИ:
КИН механической части: 59,6 балла
КИН электрической сети: 80,9 балла
КИН электропривода: 59,7 балла
Заключение:
По проектным решениям: наиболее слабым звеном является механическая часть нагнетателя, наиболее надежным звеном – электрическая сеть.
По текущим индикаторам оборудования: сверхнормативный износ проточной части.
Необходимо: провести реконструкцию узла нагрузки, изменить проектное решение в части привода, выполнить резервирование сетевых элементов, провести ретрофит нагнетателя или полную замену.
Эксплуатация узла нагрузки под серьезным риском аварии!
Программа действий. Как создать современную систему управления надежностью НПЗ?
1. Внедрить Мембрану Надежности на всех этапах ЖЦ, от проектирования до эксплуатации;
2. Сформировать ПОН как результат работы МН;
3. Интегрировать МН и ТОиР;
4. Сформировать ЗИП;
5. Провести тренинг персонала на 3D-тренажерах;
6. Сформировать единую базу данных по надежности;
7. Запустить ИТ-платформу;
8. Запустить экспертную систему реального времени для управления надежностью в оперативном режиме;
Работа системы будет оцениваться по следующим показателям:
1. Эксплуатационная готовность на заданном уровне;
2. Отсутствие отказов;
3. Своевременное техническое обслуживание и ремонт;
БЛАГОДАРИМ ЗА ВЫБОР ГРУППЫ КОМПАНИЙ СИСТЕМАТИКА
