image
energas.ru

Территория Нефтегаз № 4 2017

Насосы. Компрессоры

01.04.2017 10:00 Надежность «горячих» циркуляционных насосов на нефтехимических заводах
Технологические процессы нефтехимических заводов имеют специфику, характеризуемую сложностью организации технологического процесса. Главной причиной этого является, безусловно, повышенная опасность предприятий нефтехимической отрасли с учетом масштаба возможного причинения вреда окружающей среде. На нефтехимических заводах установки расположены в непосредственной близости друг от друга, что может стать причиной значительного ущерба от взаимного воздействия при авариях. Кроме того, установки включены в технологические цепочки, в которых каждый элемент имеет существенное значение для обеспечения эффективной работы производства в целом. В связи с этим повышение надежности работы оборудования является актуальным, что напрямую связано с повышением эффективности производства. Непрерывная оценка вероятности безотказной работы оборудования позволит принимать меры по предупредительному ремонту либо поддерживать постоянный достаточный объем запасных частей в случае выхода из строя неремонтопригодных элементов оборудования. Важнейшим элементом технологической схемы любого нефтехимического производства являются циркуляционные насосы, осуществляющие перемещение технологических сред, обеспечивая непрерывность процесса. Особенностью нефтехимических процессов является необходимость поддержания высоких температур сырья и промежуточных продуктов для протекания химических реакций. Поэтому особая роль в безопасности и непрерывности процесса отводится горячим насосам, перекачивающим высокотемпературные среды. В работе предложена трехпараметрическая функция отказов технологических горячих насосов, учитывающая временную зависимость интенсивности отказов, которая позволяет описывать реальные процессы износа и приработки, а также условия эксплуатации (химическая активность и температура перекачиваемой среды) с большей степенью точности, чем принятые в настоящее время одно- и двухпараметрические.
Ключевые слова: нефтехимический завод, циркуляционный насос, надежность, наработка на отказ, плотность распределения, вероятность безотказной работы
Ссылка для цитирования: Байков И.Р., Шайбаков Р.А., Елисеев М.В., Китаев С.В., Петров М.Г., Разяпов Н.Р. Надежность «горячих» циркуляционных насосов на нефтехимических заводах // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. № 4. С. 62–66.
Открыть PDF


Технологические режимы работы нефтеперерабатывающих заводов характеризуются осложняющими факторами, связанными с химической активностью перекачиваемых сред и высокой температурой.

В связи с этим вопросы повышения надежности насосных агрегатов нефтехимических заводов являются актуальными. Анализ надежности оборудования нефтехимического завода проведен в работах [1, 2].

Image_006.jpg

Для оценки уровня надежности и разработки направлений повышения работоспособности оборудования использовалась эмпирическая информация по наработке на отказ и причинам отказов циркуляционных насосов по АО «Салаватский химический завод» за десятилетний период. Анализировались данные по насосам, работающим при температуре перекачиваемых сред более 115 °С.

Длительность межремонтного периода однотипного технологического оборудования определяют не только его конструкция и качество его изготовления (или ремонта), но и внешние факторы, обусловленные влиянием внешней среды и условиями эксплуатации оборудования [3].

Поэтому актуальной является разработка математической модели, учитывающей время до отказа, качество изготовления оборудования, совершенство конструкции и условия эксплуатации. При анализе использовались теоретические основы по вероятностным распределениям [4].

1_1_5.png

К внешним факторам отнесем условия эксплуатации, активность перекачиваемого продукта, содержащего воду, растворенные соли, кислоты, а также повышенную температуру. Эти факторы можно интерпретировать как качество «условий жизни» оборудования.

К внутренним факторам отнесем конструкцию и вид исполнения оборудования, качество сборки и материала изготовления и др. Совокупность этих внутренних факторов представляет собой некое «качество генофонда» оборудования.

1_1_6.png

При формализации задачи необходимо определить временную динамику изменения интенсивности отказов оборудования вследствие воздействия совокупности внешних и внутренних факторов на основе анализа эмпирических данных, содержащих причины отказов и продолжительность эксплуатации оборудования в межремонтные периоды.

В соответствии с постановкой задачи скорость убывания пропорциональна его первоначальному количеству и зависит от двух групп факторов.

Влияние этих совокупностей факторов учтем введением коэффициентов пропорциональности двух типов: α1 = const и α2 = α2(t).

В этих условиях кинетику выхода из строя оборудования можно описать следующим дифференциальным уравнением:

1_1.png                         (1)

где α1 – коэффициент, учитывающий влияние на отказы внешних факторов; α2 – коэффициент, учитывающий влияние на время жизни оборудования внутренних факторов.

Выражение (1) представим в виде

1_2.png                         (2)

Левая часть уравнения (2) представляет собой мгновенное значение интенсивности отказов λ(t) = –(α1 + α2).

Таким образом, изменение интенсивности отказов во времени объясняется изменением одного или нескольких действующих факторов.

Для экспериментальной проверки гипотезы о зависимости интенсивности отказов от времени и определения коэффициентов α1 и α2 используем универсальный трехпараметрический закон распределения, учитывающий как влияние случайных факторов, так и «износовые» явления – распределение Гомперца. Интегральная функция распределения Гомперца имеет вид

1_1_1.png                        (3)

где

1_1_2.png,

k1, k2, k3 – положительные константы, определяемые путем решения обратной задачи нахождения параметров эмпирических зависимостей.

Коэффициент k1 в этом распределении характеризует влияние внешних воздействий, k2 и k3 – износ системы. Если положить k2 = 0, получится стандартное показательное распределение.

Учитывая вид интегральной функции (3) и соотношение F(t) = 1 – P(t), получим

P(t) = exp(–k1•t – k2(ek3t – 1)).          (4)

Поскольку согласно принятой модели  λ(t) = –(α1 + α2), имеем α1 = –k1;

α2(t) = –k2•k3•ek3t.

Таким образом, второе слагаемое в выражении для интенсивности отказов действительно является функцией времени, при условии, что вычисленные значения k2 и k3 окажутся отличными от нуля. Составляющая – α2(t) является возрастающей функцией, следовательно, неблагоприятное влияние внешних факторов усиливается по мере старения оборудования.

Для определения коэффициентов k1, k2, k3 на основании соотношения (4) по экспериментальным данным рассчитывались эмпирические значения функции надежности P*(t), а затем минимизировалась сумма квадратов разностей

1_1_3.png            (5)

где P*(t) – эмпирическое значение функции надежности в момент времени ti; P(ti) – расчетное значение функции надежности в тот же момент времени.

Минимизация функционала (6) производилась при помощи стандартной функции «Поиск решения» электронной таблицы Excel.

Рассмотрим распределение времени безотказной работы технологических насосов по типам.

На рис. 1–2 проиллюстрированы зависимости распределения времени безотказной работы для двух марок насосов. В таблице представлены результаты расчетов параметра S в зависимости (5), вычисленного по идентичным эмпирическим данным для распределения Вейбулла (S1) и Гомперца (S2). В качестве критерия точности функций использовалась величина среднеквадратической относительной погрешности

1_1_4.png           (6)

Анализ полученных результатов (табл.) показывает, что точность предложенной функции распределения вероятности безотказной работы Гомперца (ε2)
в 1,1 ÷ 1,5 раз превышает точность функции распределения Вейбулла.

Таким образом, трехпараметрическая функция отказов технологических горячих насосов, учитывающая временную зависимость интенсивности отказов, позволяет с большей степенью точности описывать реальные износовые и приработочные процессы, а также условия эксплуатации (химическую активность и температуру перекачиваемой среды), чем принятые в настоящее время одно- и двухпараметрические.


Сравнительные характеристики достоверности предлагаемой модели расчета изменения временных показателей надежности насосного оборудования завода

The comparative characteristics of accuracy of the proposed calculation model of the variation of temporal reliability parameters of pumping equipment of the plant

Марка насоса

The pump brand

Наименование потока

The name of the stream

S1

S2

ki

 

S1/S2

ε1, %

ε2, %

k1

k2

k3

3ЦГ-50/50К-15

Сульфат натрия

Natrium sulfate

0,122

0,0673

0,0380

0,000835

1,0

1,813

18,69

13,84

БЭН-396

Сульфат натрия

Natrium sulfate

0,0522

0,0484

0,0448

0,000498

1,0599

1,079

13,52

13,02

ГХО 50/50

Щелочь

Alkali

0,0516

0,0222

0,0660

0,0117

1,584

2,324

7,50

4,92

ХЕ 80-50-250

Щелочь

Alkali

0,0253

0,0197

0,0205

0,0204

1,441

1,284

8,12

7,15

АХ 50/50

Щелочь

Alkali

0,0364

0,0295

–13,52

248,35

0,0531

1,234

9,72

8,75

ГХО 25/50

Сульфат натрия

Natrium sulfate

0,0213

0,0163

9,421

743,88

–0,0127

1,307

10,68

9,32

18ПРЦ-80-ВН-СД

Сульфат натрия

Natrium sulfate

0,0973

0,0134

10,068

753,99

–0,0136

7,261

14,68

10,14

 



← Назад к списку


im - научные статьи.