автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка методов исследования режимов работы и технического состояния газоперекачивающих агрегатов

На правах рукописи

БУРГАНОВ ФАРИТ САЛИХОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ

05.02.13. - «Машины, агрегаты и процессы» (нефтяной и газовой отрасли)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень, 2006 г.

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет».

Доктор технических наук, профессор Крамской Владимир Федорович

Доктор технических наук, профессор Чекардовский Михаил Николаевич

Кандидат технических наук Ритенберг Александр Симханович

Ведущая организация: ООО «Тюменьтрансгаз», г. Югорск

Защита состоится 28 декабря в 16°° часов.

На заседании диссертационного совета Д 212.273.08 при Тюменском государственном нефтегазовом университете

по адресу: 625039 г.Тюмень, Мельникайте,72, БИЦ, конференц-зал, каб.46.

С диссертацией можно ознакомится в библиотечно - информационном ценре Тюменского государственного нефтегазового университета по адресу: 625039 г.Тюмень, Мельникайте,72.

Автореферат разослан 28 ноября 2006г.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ученый секретарь диссертационного совета

Пономарева Т.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Отказы на магистральных газопроводах ЕСГ за последние десятилетия по абсолютным величине и частоте имеют тенденцию к стабилизации. Вместе с тем проблема надежности и эффективности эксплуатации, обслуживания и ремонта оборудования стоит достаточно остро. Повышение надежности и эффективности газоперекачивающих агрегатов (ГПА) возможно за счет совершенствования технологии и технологических средств эксплуатации и ремонта оборудования по результатам диагностики и мониторинга ГПА.

Ключевым моментом является контроль и диагностика ГПА во время ремонта на испытательном стенде и в условиях эксплуатации, формирование четкой структурной последовательности контроля необходимого для принятия решений по дальнейшей эксплуатации, обслуживании или ремонте.

Исследованию рассматриваемой проблемы посвящены работы многих ученых. Наибольший вклад внесли Д.Т. Аксенов, В.Л. Березин, С.П.Зарицкий, В.А.Иванов, А.С.Лопатин, Б.П.Поршаков, О.А.Степанов, А.Б.Шабаров, Е.И.Яковлев и др. Важный вклад внесен учеными РГУНиГ им. И.М. Губкина, ВНИИГАЗ, ПО «Союзэнергогаз», ВНИИЭГазпром, ИТЦ «Оргтехдиагностика», ТюменНИИГИПРОгаз, ТюмГНГУ.

Большинство разработок названных ученых посвящены исследованию ГПА, надежность и эффективность эксплуатации которых обеспечивалась планово предупредительными ремонтами (ППР) агрегатов. Необходимость перехода в эксплуатации ГПА по фактическому состоянию существует много лет, но не нашла полного внедрения. Полный переход возможен при внедрении комбинированной системы, включающей не только ППР, но и ремонт по фактическому состоянию. Поэтому исследование режимов работы и технического состояния ГПА остается актуальной задачей, а разработка новых методов необходима, при реконструкции, замены оборудования и строительства новых КС.

Цель диссертационной работы', разработать методы исследования режимов работы и технического состояния ГПА судового типа.

Основные задачи'.

- анализ взаимосвязи надежности, эффективности и диагностического обслуживания ГПА;

- экспериментальные исследования режимов работы ГПА на стенде и в условиях эксплуатации на КС;

- разработать и усовершенствовать методики расчета термодинамических и диагностических параметров в стендовых и эксплуатационных условиях;

- провести технико-экономическое исследование с целью усовершенствования методики расчета эффективности по эксплуатационному состоянию агрегата.

Научная новизна диссертационной работы:

- разработана методика сбора и обработки исходных данных по режимам работы агрегата в стендовых и эксплуатационных условиях;

- разработана методика расчета режимов работы и диагностических признаков в стендовых и эксплуатационных условиях;

- усовершенствована методика расчета технико-экономической эффективности агрегата от внедрения систем контроля и диагностики;

- обоснована необходимость создания технического паспорта состояния агрегата на стенде и в условиях эксплуатации на КС.

Достоверность, полученных в работе, результатов обеспечивается сопоставлением теоретических и экспериментальных результатов, полученных в работе с результатами других исследований, известными в научной и справочной литературе, использованием метрологически обеспеченной измерительной аппаратуры.

Практическая ценность и реализация работы состоит в том, что разработанные методы контроля и диагностики ГПА использованы для создания методики оценки технико-экономической эффективности эксплуатации и ремонта оборудования на КС.

Разработанные и усовершенствованные алгоритмы и термодинамические модели ГПА с газотурбинным приводом ДГ-90, позволяют создать эталон, а по изменениям параметров определять основные показатели агрегатов (расход, мощность и КПД), а с учетом накопления банка данных, прогнозировать предельные значения срока по эксплуатации.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались на региональных научно практических конференциях 2004-ь2006 гг, на расширенных заседаниях кафедры «Сооружение и ремонт нефтегазовых объектов» 2005-г-2006гг и на технических совещаниях в ООО «Сургутгазпром» 2004ч-2006гг. По результатам исследований опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит введение, три раздела, общие выводы, список литературы из 67 наименований. Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста, в том числе 10 рисунков, 9 таблиц и 2 приложения.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы ее цель и основные задачи исследований, дана краткая характеристика работы.

В первом разделе анализируется эффективность диагностического обслуживания ГПА: влияние качества диагностики на эффективность работы агрегатов; структурная схема контроля и диагностики; организация и особенности контроля диагностики агрегатов; взаимосвязь между надежностью и эффективностью работы агрегатов. В результате анализа установлено, что: - использование комплексных систем диагностики, выполненных по единой архитектуре, использующих одни и те же точки измерений параметров, оценивающие состояние оборудования по единым критериям и с использованием одних алгоритмов позволили создать единую базу данных параметрических паспортов агрегатов для выявления зарождающихся дефектов и прогнозирования их остаточного ресурса;

- на основании сравнения результатов, полученных при испытаниях на стенде и на КС, проводилась доработка деталей и узлов двигателя, повышающие надежность конструкции в целом, разработка и внедрение прогрессивных технологий и технологических процессов;

- термогазодинамический контроль и диагностика совместно с другими методами неразрушающего контроля позволяют существенно повысить достоверность заключений о техническом состоянии агрегата. Особенно такая взаимосвязь необходима для использования на КС и стенде. В отличие от САУ, которая только регистрирует набор измеряемых параметров, параметрическая диагностика предполагает постоянный мониторинг режимных параметров газотурбинной установки, их оценку с помощью различных диагностических методов и алгоритмов, построенных на результатах математического моделирования газодинамических процессов, корреляцию с данными других методов контроля и диагностики;

- анализ проблем эффективности оборудования показал, что в литературе имеются примеры неадекватного определения эффективности и даже отождествлению ее с понятием надежности, что создает определенные трудности в теоретической разработке и практической реализации методик создания надежных и эффективных систем.

Во втором разделе приводится усовершенствованный автором метод расчета режимов работы газотурбинного двигателя (ГТД) судового типа по данным завода — изготовителя. Достоверность методики подтверждается допустимой погрешностью расчета: по балансу мощностей компрессора и турбины до 1,5%, по эффективной мощности и КПД до 3%. Разработана методика сбора исходных данных при исследованиях ДГ-90 на стенде ОАО «ГАЗТУРБОСЕРВИС» и в условиях эксплуатации на КС. Экспериментальная схема для стенда представлена на рис. 1, где основные узлы КНД- компрессор низкого давления; КВД - компрессор высокого давления; КС - камера сгорания; ТВД - турбина высокого давления; ТНД- турбина низкого давления; СТ — силовая Турбина. Сечения двигателя а-а пе-

ред входом в ГТД; 1-1 перед входом в КНД; 21-21 на выходе из КНД; 2-2 на выходе из КВД; 3-3 перед ТВД; 41-41 на выходе ТВД; 42-42 на выходе ТНД; 4-4 на выходе СТ.

Экспериментальная схема в условиях эксплуатации аналогична рис.1. Отличается тем, что температура продуктов сгорания за силовой турбиной не измеряется.

Методика сбора исходных данных содержит последовательность и объем данных. Форма исходных данных для стенда представлена в виде табл. 1, а для условий эксплуатации агрегата на КС в виде табл. 2. Для расчетов все технические измерения на стенде переведены в систему СИ.

Таблица 1

Исходные данные для стенда

№ п/п Наименование параметра Обозначение Размерность в СИ

1 2 3 5

1. Объёмный расход топл. газа с» м3/с

2. Массовый расход топл. газа В = М( кг/с

3. Коэффиц. полезного действия ГТД Л ГТД = Т)е -

4. Мощность ГТД ^ггд = кВт

5. Мощность генератора кВт

6. Температура топл. газа Ттт К

Сечение а-а

7. Атмосферное давление Ра Па

8. Температура воздуха Та К

9. Статическое давление воздуха Р1=Р0 Па

Сечение 1-1

10. Полное давление воздуха Р 1полн Па

Сечение 21-21

11. Статичес. давление воздуха за КНД| РггРс Па

Сечение 2-2

12. Статичес. давление воздуха за КВД Р2=Рс Па

13. Температура воздуха за КНД Т21=ТС К

Сечение 41-41

14. Тем-ра продуктов сгорания за ТВД т41=г2 к

Сечение 4-4

15. Тем-ра продуктов сгорания за СТ Т>Т8 к

Измерение! а

Расчет: а

Рис. 1. Схема измерительных и расчётных сечений ГТД ДГ-90 на заводском стенде

Таблица 2

Исходные данные по двигателю ДГ-90 №13 с КС 11 «Богандинская»

№ Параметр Обозначение Обозначение Ед.изм в системе СИ Значение

1 2 3 4 5 6

1 Атмосферное давление Ра Ра кПа 101,6

2 Температура наружного воздуха К Та К 277,;35

3 Темп- ра воздуха на входе в КНД 'о То К 277,75

4 Давление воздуха за КНД (избыт.) Рс Рс кПа 283,71

5 Разница темп-р за ТНД и за КНД А1 АТ К 451

6 Давление воздуха за КВД (избыт.) Рс Рс кПа 1692

7 Перепад давления на фильтрующем элементе ВЗК ЬРвх АРвх кПа 0,14

8 Темп-ра продукт, сгорания за ТНД т5 К 868,15

9 Объёмный расход топлива V V нм3/с 1,29

10 Массовый расход топлива В В кг/с 0,89

11 Мощность ГТД (приведённая) ^ГГДпр N "ГГДпр МВт 14

15 Низшая теплота сгорания топлива <£ кДЖ/кг 48734

16 Плотность при 20°С и 101,325 кПа Ртг Ртг кг/м3 0,685

17 Эффективная мощность ГТД N гтд N ГТД МВт 13,8

18 Эффективный КПД ГТД Пе Пе - 0,32

турбиной с помощью термопар

Дополнительно на стенде предусматривали измерение температуры продуктов сгорания за силовой турбиной, полного и статического давления воздуха на входе компрессора низкого давления. Измерения температуры

Дополнительные измерения в условиях КС производились только штатной аппаратурой.

Для контроля режимов работы ДГ-90 на стенде составлен алгоритм расчета термогазодинамических показателей (ТГП) всей проточной части агрегата, включающей КНД, КВД, ТВД, ТНД, СТ. Алгоритм состоит из следующих формул, условные обозначения которых приведены в табл. 1 и 2.

1. Теплоёмкости воздуха и продуктов сгорания для а=4-г5:

В дальнейших расчётах учитывались, что Тср рассчитывается по начальной и конечной температуре процесса.

осуществлялось согласно схеме рис. 2.

СР = 1,03• 9,3551СГ5+Г2-3,69410"7-/3-2,769-КГ10 ■

пс кг-К'

где * = ТСР — 273, °С.

1

1

3. Давления: Рг = 0,98• Рс;Р'г

2. Показатели политропы:

4. Температуры: Тс - Тс А

V с У

"од--1 "ок

СР,-(Тс-Т'с) Т3= т$

Т7 =Т7+ ' _"-—. 5 , ч!!гг1

0,98_

5. Коэффициент избытка воздуха: а ~ ~т тр т _г ^ГТ.

0 ' ^ Рлс ' 2 '1 с)

6. Расходы воздуха и продуктов сгорания:

Мв = а-В-10, Мпс=Мв+В.

КНД ~ ^В ' ^Рв 'К1 С 1 а )■> "ГИД ф '

7. Мощности: Л1 шд = • СРя • (Тс -Та); N. юд

NКВД

N КБД = СВ • СРВ ' (Тс - Тс) ; Мтвд = .

8. Приведенная эффективная мощность:

I 288

МПР = -—мпс • СР -(Т8-2ГД Ме =-Мпс-Ср• (Т3-Т3)

V аизм

9. Эффективный КПД ГТД: = -р-

ТГ ' ъсн

Анализ результатов расчета показал, что погрешность расчета приведенной эффективной мощности по сравнению с измеренной составляет 1,5%ч-3%. Для диагностики технического состояния отремонтированного агрегата разработана методика. Она включает в себя алгоритм определения диагностических признаков, отражающих изменение мощности и КПД каждого узла агрегата после ремонта по сравнению с данными завода — изготовителя для нового агрегата.

Методика контроля режимов работы агрегата в условиях эксплуатации на КС содержит следующий алгоритм.

1. Истинные идеальные теплоемкости воздуха и продуктов сгорания

при : СР = 1,031 + / • 9,355 • 10"5 + Г2 • 3,694-10"7 - *3 • 2,769 • 10"10,

где ¿ = 7-273, °С.

2. Удельное количество теплоты (комплекс):

Ср • т 2 = Ср • Т3 + С рв • Тс — сРв • Т0.

Методом итерации определяется Тг из комплекса СР • Т2 при задании Тг и расчете СР по формуле п. 1.

3. Показатель политропного процесса сжатия воздуха в КНД: Р'

ПКНД —

р- , Г ,гДеРл = Р,-АР„

М) •'о

р.

Г г, —

4. Температура воздуха после КВД: ^с — Т0

р V ' о У

где ПоК=1,5048.

5. Комплекс: СР-Т2 = СР'Т2 + СРв • Тс — СРв • Тс,

Метод итерации используется для определения Т2, аналогично п.2

для определения Т2.

6. Давление: Рх = 0,96(РС^ +Р.г ДО, Р5 = Ра+2.

_ т]кс •

7. Коэффициент избытка воздуха: а ~ "7 т _ г ,

■^о \^рпс '1 г ^Рв'1С)

8. Расход: Мв=а-В'Цу Мпс = Мв+В.

9. Потребляемые мощности КНД, КВД, ОК:

Ккнд = Мв • (СРв •тс - с Рв-т0), итд = мв • (СРв -Тс - Срв'Т'с);

Мок =Мв-{СРв-Тс-Срв 'Т0). Проверка: М0к ~^квд =0-

10. Вырабатываемые мощности ТНД, ТВД, СТ, Т: ^=1,015-/^; №ТВд —1,015• Nтд ;

Ист — Ые = Ыт - Мтнд - МГВД , Мт = Мпс • СРпс - Т2 —Мв - СРТс ; Проверка: - №тид — Итвд — А^ = 0 .

11. Эффективный КПД ГТД: 7, =

N.

Анализ результатов расчета показывает, что погрешность расчета по приведенной эффективной мощности до 10% в сравнении с измеренной. Это может быть связано с несовершенством алгоритма, применяемого в автоматизированной системе на КС или разработанного алгоритма.

Модернизированная модель диагностики представлена алгоритмом: Изменение эффективной мощности ГПА в зависимости от режима работы (регулирование, неисправность)

КНД: ЛЛ^ = ЛС

1-

кпд

; КВД: ЛА^ЛС

1-

\сквд

где:

И "ЮГД

-I Рс

а

- степени повышения давления воздуха

при номинальном и текущем режимах (для КВД аналогично); N° =16700кВт — номинальная эффективная мощность ДГ-90; пок - показатель политропы при текущем режиме работы осевого компрессора.

Изменение эффективной мощности ГПА в зависимости от изменения

режима работы: ЛЛ/«гад - •

1-

у^твд

. ¿шг//л = N°.

г е Л ьтнд

V тнд У

ДЛ/(ГГ = N1 •

1 -

£ст ст

, где: ад

( (Р Л гг

р' И £7ВД р'

V 0 Иг )

- степе-

ни расширения в ТВД соответственно при номинальном и текущем режимах (для ТНД и СТ аналогично); пт - показатель политропы при текущем режиме работы турбин.

Изменение эффективной мощности в зависимости от изменения режима работы узлов агрегата (регулирование, неисправность):

АЛ* = Ш™д +Ш™Д + Штевд + Ш™д + ДЛ^.

. о м; Изменение эффективного КПД: А77в — ' дддо"'

где 17е ~ номинальное значение КПД агрегата.

Изменение мощности в зависимости от изменения сопротивления воздухозаборной камеры (ВЗК): АЛ^2 = 0,0191 • N° • Д/>,

где АР1 - потери полного давления в ВЗК (кПа).

Изменение КПД: дТ7е2 = 0,00849- • А/}.

Изменение мощности при утечках или отборах воздуха в КВД

ДЛГе3 =0,046 -№е-к, где к — кратность процессов утечки или отборов воздуха (к=1, 2, 3, 4).

А з о АЛГе3

Изменение КПД: Ат?е=7?е-.

Изменение мощности при утечках или отборах воздуха в КНД: ДЛ^4 = 0,0351 -к.

Л 4 О ч4

Изменение КПД: Ат?е = • .

По результатам экспериментальных исследований принимаем, что изменение температуры перед ТВД на 1 К даёт изменение мощности в 12кВт, тогда изменение мощности:

АЫ: = 12

44 288 -Тз Х9

та-т:

288

где Т\ и Т°я - номинальные значения температур продуктов сгорания перед ТВД и после СТ.

д 3 _ О АМ5е

Изменение КПД: Д77е •

Изменение мощности в зависимости от сопротивления в газоотво-дящем устройстве: ДЛГеб = 0,00852 -№е-АР2,

где ЛР2 - потери полного давления в газоотводящем устройстве (кПа).

Изменение КПД: Д*7.6 = 0,00849- 77° • АРг.

Общее изменение эффективной мощности:

ДАТ = ДАП+ ДА^2 + ДАТ3 + ДАТ4 + АМ* + ДА^,6.

е е е е в е е •

Общее изменение эффективной мощности:

Аг]е = Д+ Д т?2 + Д ц\ + Ат?4е + Ат?5е + Д/7®.

Фактически эффективные мощность и КПД:

дГф— = Мо _ ддге _ ^ =Т?«-А??е

Результаты расчёта позволили получить следующие значения эффективной мощности и КПД: А^ = 12403 кВт, 'Пе =0,287. Тогда расхождение результатов расчёта по методикам составят:

дтфакт _ дг „фа™ _ „

_. 1 пп — ОО/. Яп -Цл_

V4.

Результаты расчета показывают, что погрешность расчета до 6%.

В третьем разделе представлены результаты технико — экономических исследований, включающих в себя исследования: эффективности эксплуатации агрегата от внедрения различных мероприятий; этапов внедрения систем контроля и диагностики по разработанным методам. Автором усовершенствована методика расчета технико — экономической эффективности при внедрении разработанных методов. Основным критерием являются затраты на: запасные части при ремонте, техническое обслуживание, горюче - смазочные материалы, диагностическое обслуживание.

Годовой экономический эффект определен по формуле: ■Э = Сэк Ск+в ~ СДг

= 'мфакт '-100 = 5,9%. <4 = = 5,2%.

где: Сэк - Экономия расходов на эксплуатацию после внедрения СКД, руб.; Ск+В - суммарные годовые затраты на ремонты и заработную плату ремонтников, руб.; СДг - Годовые затраты после внедрения СКД, руб. Укрупненные показатели результатов расчета представлены в табл. 3.

Таблица 3

Результаты расчета экономического эффекта

№ Наименование Обозначение Значение

1 Годовые затраты после внедрения СКД, руб. СЛ 1 797 180

2 Суммарные годовые затраты на ремонты и заработную плату ремонтников, руб. Ск+В 1 364 ООО

3 Экономия расходов на эксплуатацию после внедрения СКД, руб. Сэк 3 018 826

4 Потенциальный экономический эффект, руб. Э 2 585 646

Усовершенствованная автором методика позволяет оценить эффект от внедрения разработанных методов контроля и диагностики Г ПА, который составляет 2,6 млн. р. в год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В результате анализа взаимосвязи надежности, эффективности и диагностического обслуживания ГПА, обосновано использование единой системы контроля и диагностики на заводском стенде и КС, что позволит создать единую базу данных для оптимизации режима работы агрегата и своевременного выявление неисправностей.

2. По результатам экспериментальных и теоретических исследований усовершенствована термодинамическая методика контроля и диагностики ГПА судового типа.

3. Предложены модернизированные методики для программного обеспечения автоматизированной системы контроля и диагностики ГПА на стенде и на КС. Максимальное расхождение экспериментальных и теоретических результатов исследований, которое составляет 3*7%.

4. Определен экономический эффект по усовершенствованной автором методике при внедрении разработанных методов, который составил 2,6 млн. руб. в год.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Бурганов Ф.С. Модернизация систем управления электроприводными ГПА и КЦ ООО «Сургутгазпром» /Бурганов Ф.С., Балавин М.А., Кузнецов O.A., Швабский B.JI. //Газовая промышленность, 2000г., №5 Стр. 17-18.

2. Бурганов Ф.С. Взаимосвязи ценовой политики на энергоносители, надежности их транспорта и энергосбережения. / Бурганов Ф.С., Шпилевой В.А., Делов Е.И. // Метод, вопр. исследования надежности больших систем энергетики. Сб. статей выпуск 54 «Проблемы обеспечения надежности систем энергетики и методы их решения» книга 1, г. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2005г. С. 143-155.

3. Бурганов Ф.С. Организационные вопросы по диагностике. // Чекардов-ский С.М., Бурганов Ф.С.// Сб. науч. тр. «Мегапаскаль». - Тюмень: «Феникс», 2006г., №2. - с. 20-21.

4. Бурганов Ф.С. Проблемы надежности и эффективности функционирования оборудования компрессорных станций. // Чекардовский С.М., Бурганов Ф.С. // Сб. науч. тр. «Мегапаскаль». - Тюмень: «Феникс», 2006г., №2. - с. 60-63.

5. Бурганов Ф.С. Алгоритм и результаты расчета параметров газотурбинного двигателя ДГ-90 в составе ГПА-16МГ90.01 /Бурганов Ф.С., Чекардовский С.М., Сенцов // Известия ВУЗов. Нефть и газ. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2006г., №5,- С.36-42.

6. Бурганов Ф.С. Методика определения технико-экономической эффективности при внедрении системы контроля и диагностики агрегатов. /Бур-гановФ.С., Крамской В.Ф. // Сб. науч. тр. «Мегапаскаль». - Тюмень: «Феникс», 2006г., №3. - с. 5-9.

Подписано к печати Л 2006 г. Бум. Писч. № 1

Заказ № Уч. — изд. л. С

Формат № 60 х 84 '/16 Усл. печ. л. -Л О

Отпечатано на RISO GR 3750 Тираж 100 экз.

Издательство «Нефтегазовый университет» Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» 625000, Тюмень, ул. Володарского, 38 Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет» 625039, Тюмень, ул. Киевская, 52

Введение.

Раздел 1 Анализ эффективности диагностического обслуживания оборудования компрессорных станций.

1.1 Анализ работы газоперекачивающих агрегатов.

1.2 Анализ этапов исследования надёжности и эффективности оборудования.

1.3 Анализ периодичности и особенностей контроля состояния агрегатов.

1.4 Анализ влияния диагностического обслуживания оборудования на эффективность его эксплуатации.

Выводы по разделу 1.

Раздел 2. Экспериментальные исследования газотурбинных двигателей на заводском стенде и в эксплуатации.

2.1 Условные обозначения и размерности.

2.2 Разработка методики сбора исходных данных.

2.2.1. Последовательность и объём сбора данных.

2.2.2. Дополнительные измерения.

2.2.3. Приведение параметров к расчётным условиям.

2.2.4. Расчёт характеристик топливного газа и теплоёмкостей рабочего тела агрегата.

2.2.5. Расчёт расхода рабочего тела через проточную часть агрегата.

2.3. Разработка методики расчёта термодинамических параметров газотурбинного двигателя в стендовыхусловиях.

2.4. Разработка методики расчёта термодинамических параметров газоперекачивающего агрегата в эксплуатационных условиях.

2.5. Разработка математической модели диагностирования газоперекачивающего агрегата.

Выводы по разделу 2.

Раздел 3 Технико - экономические исследования.

3.1 Исследование эффективности эксплуатации агрегата от внедрения различных мероприятий.

3.2 Исследование этапов внедрения систем контроля и диагностирования агрегатов по разработанным методикам.

3.3 Разработка методики расчета технико - экономической эффективности при переходе на эксплуатацию агрегатов по фактическому состоянию.

Выводы по разделу 3.

Актуальность проблемы. Отказы на магистральных газопроводах ЕСГ за последние десятилетия по абсолютным величине и частоте имеют тенденцию к стабилизации. Вместе с тем проблема надежности и эффективности эксплуатации, обслуживания и ремонта оборудования стоит достаточно остро. Повышение надежности и эффективности газоперекачивающих агрегатов (ГПА) возможно за счет совершенствования технологии и технологических средств эксплуатации и ремонта оборудования по результатам диагностики и мониторинга ГПА.

Ключевым моментом является контроль и диагностика ГПА во время ремонта на испытательном стенде и в условиях эксплуатации, формирование четкой структурной последовательности контроля необходимого для принятия решений по дальнейшей эксплуатации, обслуживании или ремонте.

Исследованию рассматриваемой проблемы посвящены работы многих ученых. Наибольший вклад внесли Д.Т. Аксенов, B.J1. Березин, С.П.Зарицкий, В.А.Иванов, А.С.Лопатин, Б.П.Поршаков, О.А.Степанов, А.Б.Шабаров, Е.И.Яковлев и др. Важный вклад внесен учеными РГУНиГ им. И.М. Губкина, ВНИИГАЗ, ПО «Союзэнергогаз», ВНИИЭГазпром, ИТЦ «Оргтехдиагностика», ТюменНИИГИПРОгаз, ТюмГНГУ.

Большинство разработок названных ученых посвящены исследованию ГПА, надежность и эффективность эксплуатации которых обеспечивалась планово предупредительными ремонтами (ППР) агрегатов. Необходимость перехода в эксплуатации ГПА по фактическому состоянию существует много лет, но не нашла полного внедрения. Полный переход возможен при внедрении комбинированной системы, включающей не только ППР, но и ремонт по фактическому состоянию. Поэтому исследование режимов работы и технического состояния ГПА остается актуальной задачей, а разработка новых методов необходима, при реконструкции, замены оборудования и строительства новых КС.

Объектом исследования является оборудование компрессорных станций (КС) магистральных газопроводов Западной Сибири.

Предмет исследования: газоперекачивающие агрегаты с газотурбинным приводом ДГ-90, эксплуатирующиеся на КС.

Цель: разработать методы исследования режимов работы и технического состояния ГПА судового типа. Основные задачи:

- анализ взаимосвязи надежности, эффективности и диагностического обслуживания ГПА;

- экспериментальные исследования режимов работы ГПА на стенде и в условиях эксплуатации на КС;

- разработать и усовершенствовать методики расчета термодинамических и диагностических параметров в стендовых и эксплуатационных условиях;

- провести технико-экономическое исследование с целью усовершенствования методики расчета эффективности по эксплуатационному состоянию агрегата.

Методологическими основами исследований являются законы и методы технической термодинамики и теплопередачи, теория надежности, включающая в себя математическую статистику и теорию вероятности.

Достоверность, полученных в работе, результатов обеспечивается сопоставлением теоретических и экспериментальных результатов, полученных в работе с другими результатами, известными в научной и справочной литературе, использованием метрологически обеспеченной измерительной аппаратуры.

Связь с тематикой научно - исследовательских работ. Диссертационная работа выполнялась в рамках целевой комплексной программы «Нефть и газ Западной Сибири», программы « Энергетическая стратегия России», целевой комплексной программы по созданию отраслевой системы диагностического обслуживания газотранспортного оборудования компрессорных станций РАО «Газпром» и Федеральной целевой программы «Энергосбережение России».

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- разработана методика сбора и систематизация исходных данных по режимам работы агрегата на стенде и в условиях эксплуатации;

- разработана методика расчета режимов работы и диагностических признаков на стенде и в условиях эксплуатации;

- усовершенствована методика расчета технико-экономической эффективности эксплуатации агрегата от внедрения систем контроля и диагностики;

- обоснована необходимость создания технического паспорта состояния агрегата на стенде и в условиях эксплуатации на КС.

На защиту выносятся разработанные и усовершенствованные методики расчета режимов работы и технического состояния агрегата по заводским и экспериментальным данным.

Практическая ценность и реализация работы состоит в том, что разработанные алгоритмы контроля и диагностики ГПА использованы для создания методики оценки технико-экономической эффективности эксплуатации и ремонта оборудования на КС.

Личный вклад автора: разработаны и усовершенствованы алгоритмы и термодинамические модели ГПА с газотурбинным приводом ДГ - 90, позволяющие по изменениям параметров определять основные показатели силовых агрегатов (расход, мощность и КПД), а с учетом накопления банка данных прогнозировать предельные значения срока эксплуатации до ремонта.

Выполненный автором расчет режимов работы ДГ - 90 при испытаниях на стенде позволил создать паспорт по термодинамическим параметрам, которые сравниваются с параметрами этого же агрегата, установленного на КС после ремонта. Отслеживание параметров в условиях эксплуатации осуществляется по алгоритму, который усовершенствовал автор.

Основные выводы по диссертации

1. В результате анализа взаимосвязи надежности, эффективности и диагностического обслуживания ГПА, обосновано использование единой системы контроля и диагностики на заводском стенде и КС, что позволит создать единую базу данных для оптимизации режима работы агрегата и своевременного выявление неисправностей.

2. По результатам экспериментальных и теоретических исследований усовершенствована термодинамическая методика контроля и диагностики ГПА судового типа.

3. Предложены модернизированные методики для программного обеспечения автоматизированной системы контроля и диагностики ГПА на стенде и на КС. Максимальное расхождение экспериментальных и теоретических результатов исследований, которое составляет 3-г7%.

4. Определен экономический эффект по усовершенствованной автором методике при внедрении разработанных методов, который составил 2,6 млн. руб. в год.

1. Агрегат газоперекачивающий ГПА-16МГ90.01. Техническое описание 901180000 ТО. Николаев: НПО «Машстрой», 1993. - 46 с.

2. Акимов В.М., Старик Д.Э., Морозов А.А. Экономическая эффективность повышения ресурса и надёжности газотурбинных двингателей. М.: Машиностроение, 1972. - 172 с.

3. Александров А. В. Надёжность систем дальнего газоснабжения. М: Недра, 1976.-320 с.

4. Антонова Е. О., Иванов И. А., Степанов О. А., Чекардовский М. Н. Мониторинг силовых агрегатов на компрессорных станциях. СПб.: Недра, 1998.-216 с.

5. Ахмедзянов А. М., Дубравский Н. Г., Тунаков JI. П. Диагностика состояния ВРД по термогазодинамическим параметрам. М.: Машиностроение, 1983. -206 с.

6. Апанасенко А. И. Исследование работы и расчёт характеристик центробежных компрессорных ступеней. Автореф. дис. канд. техн. наук. -Л.: 1976.- 16 с.

7. Актуальные проблемы строительства и экологии Западно Сибирского региона. Сб. докл. научн. прак. конф. посвященной 30 - летию ТюмГАСА/ Отв. ред. Чикишев В.М., Шаповал А.Ф., Чекардовский М.Н.-М.:РААСН,2000,-511 с.

8. Антонова Е. О., Чекардовский М. Н., Иванов И. А. Результаты экспериментальных исследований газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях. / Межвузовский сб. научн, тр. Тюмень: ТюмГНГУ, 1995. - с.63 - 65.

9. Баранов В. Н., Богомолов В. П., Разбойников Л. А., Чекардовский М. Н., Шаповал А. Ф. Исследование технического состояния оборудования системы теплогазоснабжения. М.: РААСН, 2001. - 208 с.

10. Ю.Берг А. И. Кибернетика и надежность. М.: Знание, 1964. - 113 с.

11. П.Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978. - 240 с.

12. Богомолов В. П., Моисеев Б. В., Чикишев В. М., Шаповал А. Ф. Повышение надежности и эффективности системы теплоснабжения в Западной Сибири. -М.: Недра, 1999.- 175 с.

13. Бокс Дж. Джен Кинс Г. Анализ временных рядов: прогноз и управление. -М.: Мир, 1974.-405 с.

14. Бурганов Ф.С. Модернизация систем управления электроприводными ГПА и КЦ ООО «Сургутгазпром» /Бурганов Ф.С., Балавин М.А., Кузнецов О.А., Швабский B.JI. //Газовая промышленность, 2000г., №5 Стр. 17-18.

15. Бурганов Ф.С. Взаимосвязи ценовой политики на энергоносители, надежности их транспорта и энергосбережения. / Бурганов Ф.С., Шпилевой

16. B.А., Делов Е.И. // Метод, вопр. исследования надежности больших систем энергетики. Сб. статей выпуск 54 «Проблемы обеспечения надежности систем энергетики и методы их решения» книга 1, г. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2005г. С. 143-155.

17. Бурганов Ф.С. Организационные вопросы по диагностике. // Чекардовский

18. C.М., Бурганов Ф.С.// Сб. науч. тр. «Мегапаскаль». Тюмень: «Феникс», 2006г., №2. - с. 20-21

19. Бурганов Ф.С. Проблемы надежности и эффективности функционирования оборудования компрессорных станций. // Чекардовский С.М., Бурганов Ф.С. // Сб. науч. тр. «Мегапаскаль». Тюмень: «Феникс», 2006г., №2. -с. 60-63.

20. Бурганов Ф.С. Алгоритм и результаты расчета параметров газотурбинного двигателя ДГ-90 в составе ГПА-16МГ90.01 /Бурганов Ф.С., Чекардовский С.М., Сенцов // Известия ВУЗов. Нефть и газ. Тюмень: ТюмГНГУ, 2006г., №5.- С.36-42.

21. Бурганов Ф.С. Методика определения технико-экономической эффективности при внедрении системы контроля и диагностики агрегатов. /БургановФ.С., Крамской В.Ф. // Сб. науч. тр. «Мегапаскаль». Тюмень: «Феникс», 2006г., №3. - с. 5-9.

22. Бушуев С.Д., Михайлов B.C. Автоматика и автоматизация производственных процессов: Учеб. для ВУЗов по спец. «Пр-во строит, изделий и конструкций» М.: Высш. Шк., 1990. - 256 е.: ил.

23. Вагнер Г. Основные исследования операций. М.: Мир, 1972-1973. - Т.1,2,3.

24. Вентцель Е. С, Овчаров JI. А. Прикладные задачи теории вероятности. М.: Радио и связь, 1983. - 415 с.

25. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. - 366 с.

26. Генкин М. Д., Соколов А. Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. М.: Машиностроение, 1987. - 288 с.

27. Глаголев Н. М. Испытания двигателей внутреннего сгорания. Харьков: Харьковский университет, 1958. - 150 с.

28. Гнеденко Б. Д., Хинчин А. Я. Элементарное введение в теорию вероятности.- М.: Физматиз, 1961.-296 с.

29. Гусаков А. А. Организационно-технологическая надежность строительного производства. М.: Стройиздат, 1974. - 254 с.

30. ГОСТ 21199-82. Установки газотурбинные. Общие технические требования.- М.: Изд-во стандартов, 1982. 22 с.

31. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 39 с.

32. ЗЬДиллон Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надёжности систем. -М.: Мир, 1984.-318 с.

33. Диагностика трубопроводов '85. - Материалы международной конференции. - М.: Энергоиздат, 1985 - 530 с.

34. Дубинский В. Т., Седых 3. С. Определение оптимальной наработки ГТУ до ППР / Транспорт и хранение газа. 1976. - №12. - с.7-11.

35. Евланов JI. Г. Контроль динамических систем. М.: Наука, 1972. - 423 с.

36. Ерёмин Н. В., Степанов О. А, Яковлев Е. И. Компрессорные станции магистральных газопроводов (надёжность и качество). СПб.: Недра, 1995. -335 с.

37. ТюмГНГУ, 1998. 80 с. 40.3арицкий С. П. Диагностика газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом. Курс лекций. - М.: 1990. - 201 с.

38. Иванов В. А., Крылов Г. В., Рафиков JI. Г. Эксплуатация энергетического оборудования газопроводов Западной Сибири. М.: Недра, 1987. - 143 с.

39. Иванцов О. М., Харитонов В. Н. Надёжность магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1985. - 198 с.

40. Иванцов О.М., Харитонов В. Н. Надёжность магистральных трубопроводов. -М.: Недра, 1989.- 166 с.

41. Ионии А. А. Надёжность систем тепловых сетей. М.: Стройтдат, 1989. -268с.

42. Илюхин К. Н., Шаповал А. Ф., Чекардовский С. М. Организация контроля и диагностики состояния оборудования в системе теплогазоснабжения / Сборник материалов научно-практической конференции посвященной 30-летию ТюмГАСА. М.: 2000. с. 182-185.

43. Исходные принципы комплексной оценки эффективности мероприятий, направленных на ускорение научно-технического прогресса. / Экономика и математические методы. М.: Наука, 1987. T.XXIII. вып. 5.- с.805-813.

44. Калмаков А. А., Кувшинов Ю. Я., Романова С. С., Щелкунов С. А. Автоматика и автоматизация систем теплогазоснабжения и вентиляции: Учеб. для ВУЗов; Под ред. Богословского В. H. М.: Стройиздат, 1986. -479 е.: ил.

45. Коллакот Р.А., Диагностика повреждений М.: Мир,1989. - 512с.

46. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. М.: Мир, 1980. - 604 с.

47. Кеба И. В. Диагностика авиационных газотурбинных двигателей. М.: Транспорт, 1980 - 247 с.

48. Котляр Ф. Основы маркетинга. М.: Прогресс, 1990. - 736 с.

49. Крылов Г. В., Чекардовский М. Н., Яковлев Е. И., Блошко Н. М. Техническая диагностика газотранспортных магистралей. Киев.: Наукова думка, 1990.-301 с.

50. Кулибанов В. С. Современные методы управления строительным производством Л.: Стройиздат, Ленингр.отд., 1976. - 216 с.

51. Кулибанов В. С. Эффективность и надежность управления в строительных организациях. Л.: Изд. ЛГУ, 1978. - 76 с.

52. Кязимов К. Г. Справочник газовика: Справ, пособие. 3-е изд. - М.: Высшая школа, 2000. - 272 с.

53. Копылов А. И., Чекардовский М. Н. Модель диагностики состояния газоперекачивающих агрегатов. Тез. докл. научно-техн. конф. молодых ученых и специалистов газовой промышленности Тюменской области. Тюмень: ТюменПИИГИПРОГАЗ, 1985, с.51-52.

54. Коломина М. Е. Сущность и измерение инвестиционных рисков / Финансы, 1994. №4.-с. 19-26.

55. Могильницкий И. П., Стешенко В. Н. Газотурбинные установки в нефтяной и газовой промышленности. М.: Недра, 1971. - 160 с.

56. Мокроус М. Ф. Применение методов диагностической обработки и анализа термогазодинамических параметров при стендовых испытаниях авиационных ГТД. В кн.: Испытания авиационных двигателей. - Уфа.: УАИ, 1977.-№5.-с. 29-34.

57. Методика определения состояния и технологических показателей ГПА с применением параметрической диагностики / Сб. научи, тр. Трубопроводный транспорт нефти и газа / Отв. ред. Поршаков Б. П. М.: МИНХиГП, 1982.-№116. - с. 155-164.

58. Надёжность и эффективность в технике. Справочник. Т. 2. М.: Машиностроение, 1987. - 254 с.

59. Надежность систем энергетики. Терминология. Вып.95. М.: Наука, 1980. -43 с.

60. Ольховский Г. Г. Тепловые испытания стационарных газотурбинных установок. М.: Энергия, 1971. - 408 с.

61. Основы технической диагностики. Под. ред. Пархоменко П. П. М.: Энергия, 1976.-464 с.бб.Ольховский Г. Г. Тепловые испытания газотурбинной установки ГТ-25-700-1 JIM3. М.: «Теплоэнергетика», 1965. - № 5.

62. Ольховский Г. Г. Требования к точности при испытаниях стационарных ГТУ. М.: «Теплоэнергетика», 1965. - № 9.

63. Ольховский Г. Г., Бодров И. С, Ямалутдинов И. Т. Методика измерений и измерительная оснастка при испытаниях головного образца ГТН-9-750 JTM3. М.: «Энергомашиностроение», 1968. - № 3.

64. Попов С. Г. Измерение воздушных потоков. М.: Гостехиздат, 1947. - 120с.

65. Петунин А. Н. Приёмники для измерения давлений и скорости в газовых потоках: ЦАГИ, сб. «Промышленная аэродинамика», вып. 19. М.: Оборонгиз, 1960. -с.27-32.

66. Чекардовский М.Н. Методология контроля и диагностики энергетического оборудования системы теплогазоснабжения СПБ.: Недра, 2001. - 144с.