автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Разработка методики формирования производственно-ремонтной базы газотранспортного предприятия

^¡г о*/ о ^

ССМинистерство общего и профессионального образования С*

^^О Российской Федерации

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 622.691.4.052

РИТЕНБЕРГ АЛЕКСАНДР СИМХАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННО-РЕМОНТНОЙ БАЗЫ ГАЗОТРАНСПОРТНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Специальность 05.15.13. "Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень, 1998 г.

Работа выполнена в Тюменском государственном нефтегазовом университете.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

доктор технических наук, профессор В.А.Иванов доктор технических наук, профессор С.Я.Кушнир кандидат технических наук Г.Г.Хоперский

Управление "Энергогазремонт", ОАО "Уралтрансгаз"

Защита диссертации состоится в час.

на заседании специализированного совета К.064.07.02 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук при Тюменском государственном нефтегазовом университете.

Адрес: 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного нефтегазового университета.

Автореферат разослан октября 1998 г

Ученый секретарь специализированного совета,

доктор технических наук, профессор В.Д.Шантарин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие экономики России и ее благосостояние в большой степени зависят от уровня развития топливно-энергетического комплекса страны, существенной частью которого является газовая промышленность.

В настоящее время для газотранспортных предприятий газовой промышленности характерно то, что основное технологическое оборудование компрессорных станций за время эксплуатации выработало полтора-два моторесурса. Так, например, для парка ГТК-10-4 характерны следующие показатели: 80% всего парка имеет высокую остаточную деформацию корпусных деталей; 70% агрегатов имеют разгерметизированные пластинчатые регенераторы; выработан ресурс элементов камер сгорания, внутренних вставок турбин высокого давления, роторов турбин высокого и низкого давления и других узлов.

В этой связи особое значение приобретает проблема эксплуатационной надежности газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и технологического оборудования компрессорных станций за счет своевременного проведения технического обслуживания и ремонтных работ. Обеспечение высокой надежности требует специальных исследований технологических режимов наиболее сложных ремонтных операций, разработку современных технологий ремонта наиболее нагруженных узлов и деталей газоперекачивающих агрегатов, а также разработку методов формирования производственных структур ремонтных предприятий газотранспортных объединений.

Высокое работоспособное состояние силового энергетического

3

оборудования компрессорных станций на основе интенсификации ремонтного производства имеет большое хозяйственное значение, что и определяет актуальность рассматриваемой проблемы.

Цель работы. Провести сбор и обработку статистических данных о состоянии ГПА и технологического оборудования компрессорных станций; анализ системы технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования; исследование влияния рациональной организации производственно-ремонтных баз на работоспособность оборудования компрессорных станций.

Разработать комплекс технических решений по интенсификации ремонта ГПА; методику формирования производственно-ремонтной базы газотранспортного предприятия.

Основные задачи исследования. Основными задачами, поставленными и решенными в работе, являются:

сбор и обработка статистических данных о состоянии ГПА и технологического оборудования компрессорных станций;

анализ системы технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования компрессорных станций;

исследование влияния организации производственно-ремонтной базы газотранспортного предприятия на обеспечение работоспособного состояния ГПА и технологического оборудования компрессорных станций;

разработка и внедрение комплекса технических решений по ремонту ГПА и технологического оборудования;

разработка методики формирования производственно-ремонтной базы газотранспортного предприятия. 4

Научная новизна. Па основе многолетних натурных наблюдений за техническим состоянием ГПА установлены закономерности изменения мощностных показателей ГПА: выявлены причины снижения основных параметров технического состояния ГПА и последующего их повышения; разработаны технологические операции по ремонту отдельных, особо нагруженных деталей и узлов газоперекачивающих агрегатов; на основе промышленных экспериментов получены оптимальные технологические режимы наиболее сложных ремонтных операций; определены и назначены режимы высокотемпературной обработки рабочих лопаток турбин; разработана методика формирования производственной структуры ремонтного предприятия (цеха) на основе оптимально-упорядоченного ряда ремонтируемых деталей.

Практическая ценность работы. На основании научных исследований разработаны "Рекомендаций по режиму высокотемпературной обработки рабочих лопаток турбин" и "Методика определения размеров и структуры ремонтного предприятия (цеха) газотранспортного предприятия", которые внедрены на предприятиях "Сургутгазпром" и "Уралтрансгаз".

Экономический эффект от внедрения рекомендации и методики только в управлении "Энергогазремонт" ОАО "Уралтрансгаз" составил 1 478 165 рублей в ценах 1998 г.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях научно-технического совета предприятия "Сургутгазпром" (в период с 1995 по 1998 гг.). на технических совещаниях предприятия "Сургутгазпром" (в периоде 1995 по 1998 гг.), на научно-практической конференции "Тюменская нефть

5

- вчера и сегодня" (г. Тюмень. 1997 г.), на XXI Международной научно-технической конференции по компрессорной технике (г. Казань, 1998 г.), на конференции "Проблемы нефтегазового комплекса России" (г. Уфа, май 1998 г.), на четвертом международном симпозиуме ''Потребители -производители компрессоров и компрессорного оборудования" (г. Санкт-Петербург, 1998 г.).

Публикации. По тематике диссертаций опубликовано 8 печатных

работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографии и приложений. Содержание работы изложено на 156 страницах машинописного текста, в том числе 31 рисунок и 15 таблиц. Приложения содержат 10 страниц, библиография включает 96 наименований литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы научной работы, сформулированы цели и задачи исследований, раскрыты новизна и практическая ценность работы.

В первой главе приведен классификационный анализ состояния системы магистральных газопроводов, сооруженных и эксплуатируемых Ь условиях Западной Сибири и Урала, который подтверждает: агрегаты ГТК-10-4 за время эксплуатации полностью выработали свой моторесурс; парк ГПА с приводом от электродвигателя СТД-12500 сохраняет свои основные недостатки (полная зависимость от внешнего энергоснабжения, постоянная частота вращения ротора нагнетате-6

ля. что существенно затрудняет регулирование переменного режима работы газопровода); затраты на поддержание исправного технического состояния электроприводных ГПА растут по причине регулярного повышения йен на электроэнергию; основное составляющее звено агрегатов типа "Коберра-182" - газогенераторы "Эвон" - выработали полтора-два моторесурса, а поддержание их технического состояния на требуемом уровне связано с постоянно увеличивающейся закупкой запасных частей у фирмы-производителя, цены на которые постоянно растут.

Выполнено комплексное исследование парка ГПА газотранспортного предприятия с учетом его возрастного состава, технического состояния, обновления и восстановления. Так, например, для парка ГТК-10-4 предприятия "Сургутгазпром" на рис. 1 приведен график изменения средней приведенной мощности N , как наиболее универсального показателя технического состояния ГПА.

Установлено, что одной из причин ежегодного прироста ТУ и уменьшение общего уровня вибрации ГПА после ремонтов, начиная с 1994 года, является внедрение комплекса современных организационно-технических мероприятий по повышению надежности, разработанных автором.

Во второй главе оцениваются существующие способы и технологии ремонта отдельных узлов, элементов и деталей газоперекачивающих агрегатов и технологического оборудования. Приводятся прогрессивные методы ремонта гильз центробежных нагнетателей (ЦБН), технология ремонта рабочих колес ЦБН, а так же методы ремонта роторов газотурбинных двигателей.

со

С: §

ё"

8600

Счоо -

8200 ■

2 8000 -о

tu 'О tu в

7800

7600 -

5; 'S

SU

tu

74 00 "

tu

| 7200 СП 1990 г.

48513

nn\ ^ s \ N s " Ч ~ ч\ ^ 4 (8297

8105

^ 4 \ Ч \Ч

Ns ч чч \ 4 > 4 Чч^чч " чЧ \ 8005

Ч 4 Ч \ . \ X ч \Ч \Ч\\ \ «JS10 ......... 7879

\ ч \ \чч Ч чЧ ч

Ч \\ Ч 4 4 \ 44

N ч 4 ^ чч ч\ \ ^ ч \ ч ч\ \ч 4 \ч 4 4 44 SNX 4 Ч

\ \\ \ \ ч \ЧЧ 4 Х ^,4 * \ ч\ ^ N \ 4 Ч \Ч N Х чч X ч X х 4 х > ч \ ч ч\ 4

1991 Г.

1992 г.

1993 г.

1994 г.

1995 г.

1996 г.

1997 г.

Рис. 1. Значении средней приведенной мощности парка ГИЛ с ГТК-10-4 II. «Сургутгазпром» 1 дЦЩЦ§|| - до начала внедрения мероприятий | "[ - после внедрения мероприятий

Рассматриваются способы восстановления и технология ремонта рабочих лопаток турбин наиболее распространенных газоперекачивающих агрегатов. Установлено, что продление ресурса рабочих лопаток. из сплава ЭИ893 до 70 тысяч часов возможно при условии проведения восстановительной высокотемпературной обработки лопаток через 30 и 60 тысяч часов эксплуатации, при этом поверхностная твердость лопаток (контролируемый параметр), не должна превышать 30 Н11С. Для обеспечения требуемых параметров твердости разработана технология, предполагающая вначале нагрев рабочих лопаток до * = 840 ± 10 °С, затем выдержка в течение 5 часов и последующее охлаждение на воздухе. Диаграммы изменения твердости лопаток до и после высокотемпературной обработки представлены на рис. 2. При данной технологии количество лопаток с твердостью менее 30 МКС достигает 85% от общего числа.

Основными задачами при ремонте рабочих лопаток турбины являются: достоверное обнаружение дефектов; восстановление геометрических характеристик; восстановление прочностных и пластических свойств. Для решения этих задач технология ремонта рабочих лопаток включает в себя: проведение ряда контрольных операций с применением различных методов и средств контроля (ультразвукового, цветной дефектоскопии, ШОМ-А контроля) с проведением подготовки рабочих поверхностей лопаток (очистка от нагара, полировка); проведение восстановительных ремонтных операций; проведение высокотемпературной обработки лопаток, с целью восстановления пластических свойств металла. Укрупненная блок-схема технологии ремонта рабочих лопаток турбин представлена на рис. 3.

Твердость НЯС

а) нагрев до I = $40 °С, выдержка в печи в течение 5 часов, охлаждение с печью до 500 °С и последующее остывание на воздухе

Твердость ИКС

б) нагрев до I = 840 °С, выдержка в печи в течение 5 часов .Колопатки с последующим остыванием на воздухе

Рис. 2. Результаты замеров твердости рабочих лопаток после высокотемпературной обработки по существующей а) и предлагаемой б) технологиям

Рис. 3. Укрупненная блок-схема проведения ремонта рабочих лопаток турбины.

I! заключении приводится технология ремонта трубчатых секций аппаратов воздушного охлаждения масла (па примере секций аппаратов ТЛФ 6-1-2-с). Полученные результаты нашли свою реализацию в рекомендациях и технологиях по ремонту отдельных узлов и деталей ГПА. внедренных в ремонтных предприятиях ОАО "Газпром".

В третьей паве проведен ретроспективный анализ развития действующих производственно-ремонтных баз газотранспортных предприятий. Большой вклад в формирование производственно-ремонтных баз (ПРБ) газотранспортных предприятий внесли ученые С.П.Зарицкий. Г.В.Крылов. Б.П.Поршаков. 3.С.Седых. А.Н.Терентьев и многие другие. Вместе с тем. в условиях ограниченных материальных и финансовых ресурсов, развитие и эффективное использование производственного потенциала ремонтных баз возможно лишь на основе научно-обоснованных путей и направлений в совершенствовании ремонтного производства, приведение его технико-экономических характеристик в соответствии с требованиями научно-технического прогресса. В решение этой проблемы огромный вклад внесли отечественные ученые Р.З.Акбердин. О.В.Завьялов, А.Н.Климов, С.С.Кузнецов, Л.ГПопова, В.Н.Серебряков и др.

Отмечается, что централизованная ремонтная база развивается путем внутриобъсдиненческой централизации (по ремонту специального технологического оборудования) и путем отраслевой централизации и специализации (по ремонту оборудования отраслевого применения). При этом следует учитывать отраслевые и территориальные принципы организации производства.

Развитие производственно-ремонтной базы в зависимости от

состояния газотранспортной системы осуществляется следующим образом. Увеличение обг>смов транспортировки газа происходит либо за счет увеличения газотранспортной системы, либо за счет увеличения нагрузки на ГПЛ и технологическое оборудование газотранспортной системы или того и другого вместе. Независимо от направления развития газотранспортной системы объем работ по ТО и Р возрастает, а следовательно, возрастает потребность в дополнительных производственных мощностях производственно-ремонтной базы.

Па развитие производственной мощности ПРБ оказывает существенное влияние технологический уровень ремонтного производства. Комплексная механизация и автоматизация производственных процессов, типизация технологии и унификация оборудования приводят к снижению трудоемкости технического обслуживания и ремонта ГПЛ и технологического оборудования, что сказывается на увеличении производственной мощности. Приводится схема использования и развития производственной мощности ремонтной базы газотранспортного предприятия (рис. 4).

Автором разработан порядок определения размеров производственно-ремонтной базы, включающий в себя: определение необходимого набора ремонтных предприятий (цехов) при формировании базы; корректировка размеров ремонтных предприятий в зависимости от соотношения удельных капитальных затрат на ремонтную базу и себестоимостью.

В главе приводятся ряд локальных критериев, позволяющих оценить сбалансированность ремонтного производства: использование технологического оборудования; структура производственных фондов; уровень кооперирования производства, специализации работ, механизации и автоматизации процессов производства.

Рис. 4. Схема использования и развития производственной мощности Г1РГ>

В четвертой главе рассматривается методика формирования ремонтных предприятий (цехов), входящих в состав производственно-ремонтной базы газотранспортного предприятия, основанной на оптимально-упорядоченном ряде ремонтируемых деталей.

Выделены условия ограничения технического, технологического, организационного и экономического характера, определяющие Подходы к формированию производственно-ремингной базы. Отмечается, что формирование оптимальной структуры ремонтного производства газотранспортного предприятия сводится к разработке оптимальных структур отдельных предприятий или производственных комплексов, а также отдельных цехов, участвующих в общем комплексе технического обслуживания и ремонта ГПА и технологического оборудования, и к совершенствованию механизма их согласования, организационно-технического и экономического взаимодействия.

Предлагается функциональная модель формирования и дальнейшее развитие производственно-ремонтной базы газотранспортного предприятия, которая представлена на рис. 5. При этом приняты следующие обозначения:

ао/°> ап(2)' а4р(Т> ' переменные затраты, необходимые для перехода системы с низшего уровня развития на более высокий в планируемый период I = 1, 2, . . . , Г; Ьп0), Ь21(2), . . .,Ьг4(Т> - постоянные затраты, определяемые уровнем развития и спроса системы ПРБ в планируемый период X;

йР й? • • • ;йт - производственная программа по ТО и Р ГПА и технологического оборудования в планируемый период;

Р0, V., . . ., Vр - уровень развития системы ( р = /, 2, . . . ,Р).

Па функциональную модель ремонтных предприятий накладываются следующие условия и ограничения:

1. Неубывание мощности

¡у <1' *')>)¥. . (1)

!, Г I, * - / Х '

2. Соответствие мощности ПРБ производственной программе

т

(2)

1-1

3. Наличие мощностей

(К/«' + » У 0. (3)

4. Дискретность изменения мощностей

I °

¡¿Мп

где N - производительность комплекса оборудования;

п - количество комплексов оборудования, добавляемых к действующим.

Функциональная модель показывает формирование и развитие системы ПРБ движением точки по наклонной ветви, когда происходит наращивание мощности предприятия, и по горизонтальной, когда осуществляется его эксплуатация. Процесс формирования ПРБ является конечным как по величине планового периода, так и по уровню кон-

центрации производственных комплексов. Система ремонтных предприятий может осуществлять переходы только на вышележащие уровни, что соответствует условиям (1). (2). (3) и (4). Функциональная модель наглядно иллюстрирует движение переменных затрат, отражает связи между операциями и порядок их выполнения.

Задачу формирования оптимальной производственной структуры ремонтного предприятия предлагается решать в два этапа. На первом - проводится классификация продукции ремонтного предприятия. На втором - осуществляется окончательный отбор и закрепление деталей за предметно-замкнутыми участками или цехами. При этом за каждым участком закрепляются группы деталей, сходные по конструкции и технологическому процессу, наладке и инструментальной оснастке, по масштабам производства и трудоемкости. Отмечается, что наилучшая последовательность расположения деталей будет иметь место тогда, когда две любые смежные в этой последовательности детали характеризуются наибольшей конструктивно-технологической однородностью. Такую наилучшую последовательность расположения деталей называют оптимально-упорядоченным рядом.

Вопросы построения оптимально-упорядоченного ряда ремонтируемых деталей для ПРБ газотранспортного предприятия с использованием метода оптимальной классификации в имеющейся литературе не приводится. В основу математической формализации построения оптимально-упорядоченного ряда положен метод оптимальной классификации.

Имеется конечное множество деталей (номенклатура ремонтного предприятия): Г = { 1, 2, 3, . . . т }. Имеется любая пара деталей /, у, 18

причем; / Ф у, / = ( 1, 2, 3, . . . т), у = ( 1, 2, 3, ... т ), которые принадлежат множеству /. Причем /, / £ 5г, где £г - любая группа деталей г = ( 1, 2, 3, . .., Я ) - любое число. Каждая группа Ят состоит из любого числа деталей = ( 1, 2, 3, . . , /, у, . . , т ). Детали объединяются в группы по какому либо признаку ка , где а - номер признака (а = 1, 2, п ).

Количественное отражение однородности /,у - детали"! (математическая формализация) это "пересечение" признаков, под которым понимается множество признаков, принадлежащих как /-элементу так и /-элементу. В этом случае под пересечением следует понимать наличие одного и того же признака в двух разных деталях. Величина пересечения /-й и у-й деталей по кд-му признаку (1к.} будем определять следующим образом (1ка = 1 , если кд-й признак имеется в обеих (/-ой и у'-ой) деталях; Лка.. = 0, если ка-й признак имеется только у одной детали (/-ой и у-ой) или отсутствует в обоих (/-ой и у-ой) деталях.

Общая величина пересечения х'-ой и у-ой деталей по всем признакам ( а..), принятым в качестве основания построения оптимально-упорядоченного ряда, определятся как сумма пересечений этих деталей с учетом значимости каждого признака

п

(5)

а -7

где гка - вес (значимость) степени влияния признака ка на глубину технологической однородности формируемых групп деталей и, следовательно, на величину технологической специализации формируемых участков.

Значимость влияния признака ко пропорциональна удельной трудоемкости операций, характеризуемых этим признаком

РI

-у--> (6)

общ

р*

где 2 г - трудоемкость деталей, имеющих общий признак ка ; 2 = 1

То6щ - общая трудоемкость по всей номенклатуре в пределах множества £г;

г = (1, 2, 3,..., Р$%) - номер детали, принадлежащей множеству

5т и имеющую признак кд . Оптимально упорядоченный ряд состоит из конечного множества 5 [ £ с I, Б1 и Б2 и . . . и = I ] групп деталей. Тогда "внутреннее" пересечение всех деталей в группе 5 г по всем признакам будет определятся по формуле:

«*г=2°и=2 2*к°чгка. (7)

I,) е 5г /, 1 е Уг о — I

"Внутреннее" пересечение всех деталей номенклатуры по всем общим признакам определяется по формуле:

= 2 2 *к°0гка. (8)

т = 1 г - / х к - 1

Кроме "внутреннего" пересечения деталей, вошедших в группу Бт, и всех остальных деталей, не вошедших в данную группу, по тем

или иным признакам образуются "внешние" пересечения. Приняв, что число деталей, не вошедших в группу £г , равно у = / - 5г, то количество "внешних" пересечений групп $и Л

«,= 24, - 24.. (9)

¡ей (,/е Уг ;е/ г </

Любой вариант упорядоченного ряда К, построенный из совокупности деталей по признакам, одновременно характеризуется как внутренней, так и внешней однородностью деталей его групп. Поэтому уровень результативной конструктивно-технологической однородности Л-го варианта упорядоченного ряда, предопределяющий эффективность решения задачи определения производственной структуры цеха, зависит, от двух показателей о (Я) и х(Я), разнонаправленно действующих на эту результативную однородность.

Оптимальным представляется тот вариант упорядоченного ряда из всех возможных, который обеспечивает максимальную разность между о ( Я ) и х ( Л ). Следовательно, целевой функцией поставленной экстремальной задачи по отысканию оптимально-упорядоченного ряда Я * является

Р(Я*) = тах [со ( К )-Х ( Я ) ] • (Ю)

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ технического состояния основного энергетического оборудования газотранспортного предприятия показал, что для беспе-

21

ребойного обеспечения потребителя природным газом необходимо выполнение значительного объема работ по качественному техническому обслуживанию и ремонту энергетического оборудования газотранспортной системы. В этой связи обоснована необходимость исследования влияния уровня развития производственно-ремонтной базы газотранспортного предприятия на техническое состояние энергетического оборудования газотранспортной системы.

2. На основании выполненного анализа статистических данных о состоянии парка ГПА установлена степень влияния технологии ремонта. организации планово-предупредительного ремонта и структуры производственно-ремонтной базы на снижение числа отказов основного технологического оборудования газотранспортной системы и увеличение межремонтного цикла ГПА.

3. Разработана прогрессивная технология ремонта ряда наиболее нагруженных узлов и деталей газоперекачивающих агрегатов. Проведено исследование влияния режимов высокотемпературной обработки на твердость рабочих лопаток турбин и разработана технология их восстановления.

4. Предложена методика определения размеров и структуры про-изводствепно-ремонтного предприятия (цеха), которая учитывает оптимально-упорядоченный ряд ремонтируемых деталей и обеспечивает достижение наибольшей конструктивно-технологической однородности предприятия, входящего в состав ремонтной базы газотранспортного предприятия.

5. Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при определении оптимальных размеров ремонтных предпри-22

ятий и структуры специализированных цехов производственно-ремонтной базы предприятий "Сургутгазпром" и "Уралтрансгаз". Экономический эффект от внедрения рекомендаций по режиму высокотемпературной обработки рабочих лопаток турбин и методики определения размеров и структуры ремонтного предприятия газотранспортного предприятия в управлении "Энергогазремонт" ОАО "Уралтрансгаз" составил ! 478 165 рублей в ценах 1998 г.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Иванов В.А., Ритенберг A.C., Редикульцев С.А. Принципы формирования ремонтных баз газотранспортных предприятий. Тюмень, Известия вузов. Нефть и газ, № 6, 1997, с. 123.

2. Михаленко C.B., Ритенберг A.C., Тимербулатов Г.Н., Редикульцев С.А. Укрупненный сетевой график работ по реконструкции ГПА. М., ИРЦ Газпрома, Экономика, организация и управление производством в газовой промышленности, 1996, № 11-12, с. 14-16.

3. Михаленко C.B., Ритенберг A.C., Редикульцев С.А.. Тимербулатов Г.Н., Симонов В.В. Результаты газодинамических испытаний повой проточной части нагнетателя RF-2BB-30. Тезисы докладов к XXI Международной научно-технической конференции по компрессорной технике, г. Казань, май 1998 г.

4. Редикульцев G. Л.» Ритенберг A.C., Тимербулатов Г. Н. Особенности монтажа ДГ-90 при реконструкции ГПА "Коберра-182". М., ИРЦ Газпрома, Транспорт и подземное хранение газа, 1996, № 6, с. 24-27.

5. Ритенберг A.C., Редикульцев С.А., Тимербулатов Г.Н. Органи-

23

зация ремонта газоперекачивающего оборудования на предприятии "Сургутгазпром". М., ПРЦ Газпрома. Транспорт и подземное хранение газа, 1996, № 6, с. 37-39.

6. Ритенбсрг A.C., Редикульцев С.А. Выбор оптимальных размеров ремонтной базы газотранспортных предприятий. Тезисы докладов к конференции "Проблемы нефтегазового комплекса России" г.Уфа. 13-15 мая 19°S г.

7. Ритенбсрг A.C.. Редикульцев С.А., Художилов В.П., Тимербу-латов Г.Н. Организация ремонта центробежных нагнетателей в ОАО "Сургутгазпром". Труды четвертого международного симпозиума "Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования" г.Санкт-Петербург. июнь 1998 г.

8. Матросов В.И.. Михаленко C.B., Ритенбсрг A.C., Тимербула-тов Г.Н., Редикульцев С.А. Итоги реконструкции центробежных нагнетателей газопровода "Уренгой - Сургут - Челябинск", Труды четвертого международного симпозиума "Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования" г.Санкт-Петербург, июнь 1998 г.

О

I

Соискатель

А.С.Ритенберг

ЧУ / V-*' \

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 622.691.4.052

РИТЕНБЕРГ АЛЕКСАНДР СИМХАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННО-РЕМОНТНОЙ БАЗЫ ГАЗОТРАНСПОРТНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Специальность 05.15.13. «Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ»

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Иванов В. А.

Тюмень, 1998 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА I. НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ОБОРУДОВАНИЯ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ

1.1. Анализ технического состояния парка газоперекачиваю- 9 щих агрегатов на компрессорных станциях

1.2. Анализ системы технического обслуживания и ремонта 20 оборудования компрессорных станций

1.3. Исследование статистических данных о техническом со- 31 стоянии парка ГПА

Выводы по главе 42

ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА ПРОГРЕССИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РЕМОНТА ГПА

2.1. Контроль за технологическими процессами при ремонте 44 оборудования на производственно-ремонтных базах

2.2. Методы ремонта гильз центробежных нагнетателей. 47

2.2.1. Ремонт вала ротора 48

2.2.2. Ремонт рабочего колеса 55

2.2.3. Ремонт обойм газовых уплотнений, подшипников и уплотнительных колец 57

2.2.4. Замена зубчатой муфты 58

2.3. Методы ремонта роторов газотурбинных установок 59

2.4. Ремонт рабочих лопаток турбины. 63

2.5. Ремонт секций аппарата воздушного охлаждения масла 83 типа ТЛФ-6-1-2-е.

Выводы по главе 93

ГЛАВА III. АНАЛИЗ СТРУКТУР ПРОИЗВОДСТВЕННО-РЕМОНТНЫХ БАЗ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

3.1. Анализ состояния действующей ремонтной базы газо- 94 транспортного предприятия

3.2. Определение факторов влияющих на структуру произ- 100 водственно-ремонтной базы

3.3. Методы определения размеров производственно- 106 ремонтной базы

3.4. Критерии оценки структуры и мощности производствен- 109 но-ремонтной базы

3.5. Влияние научно-технического прогресса на формирова- 116 ние и развитие производственно-ремонтной базы

Выводы по главе 120

ГЛАВА IV. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННО-РЕМОНТНОЙ БАЗЫ ГАЗОТРАНСПОРТНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

4.1. Анализ подходов к формированию производственно- 121 ремонтной базы

4.2. Разработка модели формированию производственно- 124 ремонтной базы

4.3. Разработка критериев оценки оптимальных размеров и 133 методики формированию производственно-ремонтной

базы

Выводы по главе 144

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ

145 147 157

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Развитие экономики России и ее благосостояние в большой степени зависит от уровня развития топливно-энергетического комплекса страны, существенной частью которого является газовая промышленность.

В настоящее время для газотранспортных предприятий газовой промышленности характерно то, что основное технологическое оборудование компрессорных станций за время эксплуатации выработало полтора-два моторесурса. Так, например, для парка ГТК-10-4 характерны следующие показатели: 80% всего парка имеет высокую остаточную деформацию корпусных деталей; 70% агрегатов имеют разгерметизированные пластинчатые регенераторы; выработан ресурс элементов камер сгорания, внутренних вставок турбин высокого давления, роторов турбин высокого и низкого давления и других узлов.

В этой связи особое значение приобретает проблема эксплуатационной надежности газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и технологического оборудования компрессорных станций, за счет своевременного проведения технического обслуживания и ремонтных работ. Обеспечение высокой надежности требует специальных исследований технологических режимов наиболее сложных ремонтных операций, разработку современных технологий ремонта наиболее нагруженных узлов и деталей газоперекачивающих агрегатов, а также разработку методов формирования производственных структур ремонтных предприятий газотранспортных объединений.

Проблеме формирование производственно-ремонтных баз (ПРБ) газотранспортных предприятий и развития действующих уделялось значительное внимание в исследованиях С. П. Зарицкого, Г. В. Крылова, Б. П. Порша-кова, 3. С. Седых, А. Н. Терентьева и многих других. Вместе с тем, в условиях ограниченных материальных и финансовых ресурсов, развитие и эффек-

тивное использование производственного потенциала ремонтных баз возможно лишь на основе научно-обоснованных путей и направлений в совершенствовании ремонтного производства, приведение его технико-экономических характеристик в соответствии с требованиями научно-технического прогресса. В решение этой проблемы огромный вклад внесли отечественные ученые Р. 3. Акбердин, О. В. Завьялов, А. Н. Климов, Е. С. Кузнецов, Л. Г. Попова, В. Н. Серебряков и др. Однако данная проблема для производственно-ремонтных баз газотранспортных предприятий остается до конца нерешенной. Учитывая большое хозяйственное значение от поддержания высокого работоспособного состояния силового энергетического оборудования компрессорных станций, особую актуальность приобретают вопросы интенсификации ремонтного производства.

Цель работы. Провести: сбор и обработку статистических данных о состоянии ГПА и технологического оборудования компрессорных станций; анализ системы технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования; исследование влияния рациональной организации производственно-ремонтных баз на работоспособность оборудования компрессорных станций.

Разработать: комплекс технических решений по интенсификации ремонта ГПА; методику формирования производственно-ремонтной базы газотранспортного предприятия.

Основные задачи исследования. Основными задачами, поставленными и решенными в работе, являются:

сбор и обработка статистических данных о состоянии ГПА и технологического оборудования компрессорных станций;

анализ системы технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования компрессорных станций;

исследование влияния организации производственно-ремонтной базы газотранспортного предприятия на обеспечение работоспособного состояния ГПА и технологического оборудования компрессорных станций;

разработка и внедрение комплекса технических решений по ремонту ГПА и технологического оборудования;

разработка методики формирования производственно-ремонтной базы газотранспортного предприятия.

Научная новизна. На основе многолетних натурных наблюдений за техническим состоянием ГПА: установлены закономерности изменения мощностных показателей ГПА; выявлены причины снижения основных параметров технического состояния ГПА и последующего их повышения; разработаны технологические операции по ремонту отдельных, особо нагруженных деталей и узлов газоперекачивающих агрегатов; на основе промышленных экспериментов получены оптимальные технологические режимы наиболее сложных ремонтных операций; определены и назначены режимы высокотемпературной обработки рабочих лопаток турбин; разработана методика формирования производственной структуры ремонтного предприятия (цеха) на основе оптимально-упорядоченного ряда ремонтируемых деталей.

Практическая ценность работы. На основании научных исследований разработаны «Рекомендаций по режиму высокотемпературной обработки рабочих лопаток турбин» и «Методика определения размеров и структуры ремонтного предприятия (цеха) газотранспортного предприятия», которые внедрены на предприятиях «Сургутгазпром» и «Уралтрансгаз».

Экономический эффект от внедрения рекомендации и методики только в управлении «Энергогазремонт» ОАО «Уралтрансгаз» составил 1 478 165 рублей в ценах 1998 г.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседании научно-технического совета предприятия «Сургутгазпром» (в период с 1995 по 1998 г.г.), технических совещаниях предприятия «Сургутгазпром» (в период с 1995 по 1998 г.г.), на научно-практической конференции «Тюменская нефть - вчера и сегодня» (г. Тюмень, 1997 г.), на XXI Международной научно-технической конференции

по компрессорной технике (г. Казань, 1998 г.), на конференции «Проблемы нефтегазового комплекса России» (г. Уфа, май 1998 г.), на четвертом международном симпозиуме «Потребители - производители компрессоров и компрессорного оборудования» (г. Санкт-Петербург, 1998 г.).

Публикации. По тематике диссертаций опубликовано 8 печатных

работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографии и приложений. Содержание работы изложено на 156 страницах машинописного текста, в том числе 31 рисунок и 15 таблиц. Приложения содержат 10 страниц, библиография включает 96 наименований литературных источников.

1. НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ОБОРУДОВАНИЯ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ

1.1. Анализ технического состояния парка газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях

Современная компрессорная станция (КС) - это сложное и инженерное сооружение, обеспечивающее основные технологические процессы по подготовке и транспорту газа. Основным технологическим оборудованием КС являются газоперекачивающие агрегаты (ГПА). Наиболее распространенными ГПА являются агрегаты с газотурбинным и электрическими приводами. Газотурбинные установки (ГТУ) на магистральных газопроводах начали эксплуатироваться с 1958 года и сегодня свыше 70% всей установленной мощности на КС приходится на долю газотурбинных установок. Широкое использование ГТУ ставит задачу непрерывного повышения качества силовых агрегатов и прежде всего его эксплуатационных свойств - надежности и долговечности [ 35, 37, 84, 90, 91, 92 ]. Одним из требований, предъявляемых к ГПА, является способность безотказной работы на всех режимах в течение установленного ресурса.

Любое отклонение от технических условий рассматривается как неисправность и определяется термином «отказ» [ 86 ].

В процессе длительной эксплуатации происходят постепенное ухудшение механических свойств материалов, нарушение соединения отдельных узлов и деталей, рост статических, динамических, термических и других напряжений в элементах и узлах агрегатов. С увеличением наработки агрегата происходят процессы старения, износа, коробления, растрескивания мате-

риалов. Отдельные узлы и детали приходят в неисправное состояние, хотя в целом агрегат продолжает сохранять работоспособность.

Такое состояние определяется как постепенный отказ [ 94 ]. Возникновение постепенных отказов связано с наработкой агрегатов и проявляется в ухудшении технических показателей работы вибрации и температуры подшипников, КПД компрессора, турбины и т.д. Для устранения неисправностей и поддержания работоспособного состояния агрегатов в течение длительного времени применяется система планово-предупредительных ремонтов (1111Р).

Анализ условий возникновения и характера протекания постепенных отказов, проводимый методами теории надежности, позволяет прогнозировать время выхода параметров технического состояния за допустимые пределы, наметить сроки профилактических осмотров узлов и деталей, определить их долговечность. Отрицательные последствия постепенных отказов заключаются в снижении мощности и КПД газоперекачивающего агрегата, увеличении затрат на восстановление его работоспособности, в создании предпосылок для появления аварийной ситуации [ 64 ].

К наиболее напряженным элементам агрегатов с газотурбинным двигателем относятся: осевой компрессор, турбина, камера сгорания и нагнетатель. Их детали работают в условиях высоких статических, динамических и тепловых нагрузок и определяют надежность механической части агрегатов в целом [ 86 ].

Надежность осевого компрессора (ОК) определяется главным образом надежностью лопаточного аппарата. Основная нагрузка на лопаточный аппарат ОК - динамические усилия со стороны потока циклового воздуха и центробежные силы от собственного веса, которые действуют постоянно при всех режимах работы ГПА. В наибольшей степени динамические усилия опасны для первых ступеней рабочих лопаток в связи с их относительно низкой вибронастройкой.

Аварийные остановы агрегатов ГТК-10-4 из-за разрушения лопаточного аппарата ОК начали происходить в среднем через 5 ООО часов эксплуатации. Анализ условий работы агрегатов, предшествующих разрушению лопаток и экспертные оценки, подтвердил преимущественное влияние низкой конструктивной надежности.

По мере увеличения наработки агрегатов отмечаются случаи появления трещин в пазах установки рабочих лопаток, выпучивания бочек роторов ОК и вылета рабочих лопаток. Такое явление происходит при длительном совместном действии высоких статических и динамических напряжений в сочетании с концентраторами напряжении. Местное повышение напряжений может быть создано при замене лопаточного аппарата ступени и часто возникает в районе «замковой» лопатки. При сборке лопаток рабочих ступеней необходимо обеспечить требуемые величины натягов. Отклонение величин натягов от заданных заводом допусков приводит к местному увеличению напряжении в бочке ротора ОК, изменяет частотную настройку лопаток, приближая ее к резонансной области.

Надежность турбины определяется работоспособностью диска турбины высокого давления и аппарата лопаток, которые подвержены действию различных нагрузок. Неблагоприятным по температуре режимом для диска ТВД является пусковой. В момент пуска возникают повышенные термические напряжения, которые в сочетании с напряжениями от центробежных сил могут значительно ухудшить состояние узла посадки диска на вал и привести к перегрузке штифтов.

При нарушениях системы охлаждения, т.е. уменьшении расхода воздуха на охлаждение диска, разница температур существенно увеличивается, ослабляется посадка диска, а нагрузки от крутящего момента и сил неуравновешенности воспринимаются только радиальными штифтами. В процессе пуска на штифты может действовать дополнительная нагрузка, появляющаяся в результате задеваний рабочих лопаток об обойму.

Совместное действие отмеченных неблагоприятных факторов, особенно задеваний рабочих лопаток, приводит к поломке штифтов и нарушению посадки диска. В результате появляется значительная неуравновешенная сила, вызывающая повышенную вибрацию всей установки.

Надежность нагнетателя определяется работоспособностью колеса, уплотнения «масло-газ» и упорного подшипника, колеса нагнетателей при работе нагружены центробежными силами собственного веса и силами аэродинамического характера, величина которых зависит от объемной производительности. При малых расходах и высоких степенях сжатия возможна неустойчивая работа нагнетателя, при которой на колесо со стороны потока газа действуют значительные переменные усилия [ 66 ]. Происходит резкое колебание давления и расхода газа. Неустойчивая работа нагнетателя, т.е. пом-пажный режим, может возникнуть из-за увеличения сопротивления на входе или выходе из нагнетателя, изменения режима работы газопровода и т.д.

Наиболее напряженным участком рабочего колеса является периферийная часть покрывающего диска, имеющего множество форм собственных колебаний, которые могут совпадать с частотами возбуждающих сил. Для устранения резонансных колебаний и повышения надежности колес на периферии покрывающего диска между лопатками вырезают часть металла. В колесе нагнетателя после его перенасадки, при солевых отложениях и эрозионном износе возможно появление небаланса, неуравновешенные усилия от которого передаются на опорные подшипники.

Важную роль в обеспечении надежности и безопасности эксплуатации газоперекачивающих агрегатов играет работоспособность уплотнения «масло - газ». В нагнетателях 520-12-1, 260-12-1, 370-14-1, 370-17-1 и 370-18-1, изготовленных на НЗЛ, используется торцовое уплотнение контактного типа [ 25 ].

В полость между торцовым уплотнением и уплотнительным подшипником винтовым насосом подается масло под давлением, превышающим

давление газа на 0,2 - 0,4 МПа. Усилие, с которым уплотнительное кольцо прижимается к вращающемуся кольцу, складывается из перепада давления и величины сжатия пружины, равной 0,05 - 0,2 МПа.

Работоспособность торцового уплотнения зависит от величины перепада давления и сжатия пружины, чистоты и температуры масла, вибрации ротора, а также от величины биения упорного бурта. Для углеграфитовых колец распространенной неисправностью считается износ контактируемой поверхности. Кольца из боросилицированного графита разрушаются большей частью вследствие тепловых и остаточных напряжений.

Тепло, выделяющееся при трении уплотнительного кольца о мета�