Повышение технического уровня промышленной безопасности газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов

УДК 622.691.4

А.М. Короленок, д.т.н., профессор, декан факультета «Проектирование сооружений и эксплуатация систем трубопроводного транспорта», РГУнефти и газа имени И.М. Губкина

Повышение технического уровня промышленной безопасности газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов

Предложенный в работе подход может быть использован для диагностирования газоперекачивающих агрегатов (ГПА), служащих для перекачивания природного газа через магистральные газопроводы. Система диагностирования газоперекачивающих агрегатов может содержать подсистемы параметрической, вибрационной, визуально-оптической, ресурсной и экспертной диагностики состояния ГПА, соединенные с блоком формирования перечня параметров предельно допустимого уровня эксплуатации ГПА. Описаны методы повышения технического и организационного уровня промышленной безопасности газоперекачивающих агрегатов с учетом перехода на систему технического обслуживания по их фактическому состоянию, определяемому на основе диагностической информации, в частности по вибрационным параметрам, которые достаточно полно характеризуют техническое состояние основных узлов ГПА. Диагностика позволяет перейти от общей оценки работоспособности ГПА к определению и прогнозированию состояния всех важнейших его узлов и элементов. Приведенный алгоритм повышения технического уровня промышленной безопасности относится к области измерительной техники и может быть использован для диагностирования газоперекачивающих агрегатов, служащих для перекачивания природного газа через магистральные газопроводы. В системах, связанных с производством, транспортом и распределением энергоносителей, актуальной является задача управления риском, т.е. поддержания его значения на уровне, допустимом и обоснованном по экономическим и социальным критериям. Решение этой задачи требует разработки эффективных методов и систем диагностирования ГПА (наиболее сложной, нелинейной и рискобразующей части газотранспортной системы), позволяющих определять переменные состояния ГПА, являющиеся предвестниками критического (аварийного) состояния, и проводить ремонты ГПА по состоянию, обеспечивая тем самым управление риском при минимизации финансовых, технических и временных затрат.

Ключевые слова: промышленная безопасность, газоперекачивающий агрегат (ГПА), компрессорная станция (КС), магистральный газопровод, диагностика оборудования компрессорных станций, вибродиагностика.

A.M. Korolenok, Gubkin Russian State University of Oil and Gas (Moscow, Russia), Doctor of Science (Engineering), professor, Head of the Structural Engineering and Pipeline Transport Systems Operation Department, e-mail: korolynok.a@gubkin.ru; Yu.V. Kolotilov, Gubkin Russian State University of Oil and Gas (Moscow, Russia), Doctor of Science (Engineering), Professor of Oil Products and Gas Supply Department; F.G. Tukhbatullin, Gubkin Russian State University of Oil and Gas (Moscow, Russia), Doctor of Science (Engineering), Professor of Oil Products and Gas Supply Department

Enhancing technical level of industrial safety of gas-compressor units at main gas pipelines booster stations

The proposed operational approach may be used for diagnostics of gas-compressor units used for natural gas transfer via main gas pipelines. Gas-compressor units diagnostic system may contain subsystems of parametric, vibration, visual-optic, long life and expert diagnostics of gas-compressor unit condition, connected with the unit that forms the list of parameters of maximum permissible level of gas-compressor unit operation. Methods of enhancing technical and organizational level of gas-compressor units industrial safety taking into account conversion to the system of technical maintenance based on the unit's actual condition, determined on the basis of the diagnostics information, in particular, information on vibration parameters that provide a sufficiently complete picture of the gas-compressor unit main components technical condition. Diagnostics makes it possible to pass from general assessment of gas-compressor

OIL AND GAS TRANSPORTATION, STORAGE AND REFINING

unit operability to determination and forecasting of the condition of all its key components. The provided algorithm for enhancing the technical level of industrial safety refers to the area of measuring instruments and may be used for diagnostics of gas-compressing units used for natural gas transfer via main gas pipelines. For the systems related to production, transport and energy products distribution it is important to manage risk, i.e. keeping it at a level acceptable and supported by economic and social criteria. To solve this task it is required to develop the effective methods and systems of gas-compressor units diagnostics (the most complicated, non-linear and risk generating part of gas-transport system), making it possible to determine the state variables of a gas-compressor unit that indicate critical (emergency) condition and conduct gas-compressor unit maintenance when necessary, thus providing risk management with minimum of financial, technical and time resources.

Key words: Industrial safety, gas-compressor unit, booster station, main gas pipeline, diagnostics of booster station's equipment, vibration-based diagnostics.

Комплексная диагностика оборудования компрессорных станций включает в себя [1-3]: диагностику вибросостояния узлов ГПА с автоматизированной обработкой информации на ПЭВМ; оценку вибрационного состояния технологических трубопроводов и маслопроводов, технического состояния и эффективности работы электрооборудования; оценку состояния по теплотехническим параметрам; нивелировку опор и фундаментов основного и вспомогательного оборудования; замеры толщины стенок и контроль состояния отводов, переходников технологических трубопроводов, обвязки ГПА, основного технологического оборудования; ультразвуковую дефектоскопию сварных соединений технологических трубопроводов, сосудов высокого давления, установок, работающих в зонах повышенной вибрации.

Вибродиагностика ГПА [4-6] включает в себя проверку пригодности агрегатов к дальнейшей эксплуатации, а результат проверки - решение о сохранении или изменении ремонтных циклов. На этом этапе реализуется регламент измерений квадратического значения виброскорости. Затем для агрегата, годного для дальнейшей эксплуатации, предсказывается ближайший диагноз; для агрегата, непригодного для дальнейшей эксплуатации, проводится анализ вибрации с постановкой диагноза и по-

иском неисправности и составляется проект принимаемых мер. Вибродиагностика конкретных типов агрегатов реализуется с помощью математической вибрационной модели ГПА, которая служит теоретической основой всей системы [7-10]. Здесь важной задачей является правильная сравнительная оценка интенсивности вибрации, замеренной на корпусах подшипников (штатные точки замеров согласно регламенту измерений). Если оцениваемый параметр имеет случайно-временной характер, то однозначная сравнительная оценка опасности той или иной реализации не всегда может быть получена без введения специальных критериев сравнения. Математическая модель вибрации, разработанная на базе данных вибрационного состояния парка однотипных ГПА,

предусматривает сравнение общего уровня виброскорости ГПА с допустимым значением (нормой) виброскорости аналогично среднему квадратиче-скому значению случайной виброскорости. Для определения предельного значения V можно воспользоваться

пр

аналитическими зависимостями:

У^.о^Н^а/к^.а^Г2,

У^^о^Н^а/к^^р,

а=3.Кр.а>р2.шК2.к2.

где У1 и о2(У1) - амплитуда и дисперсия первой роторной гармоники виброскорости; к1 и к2 - коэффициенты, связанные с видом распределения плотности роторных гармоник спектра вибрации; Кр и КК - коэффициент жесткости соответственно ротора и корпуса; юр и со К - собственная частота соответственно ротора и корпуса; ш - частота вращения ротора; Д - зазор подшипника скольжения; % - относительный эксцентриситет цапфы подшипника скольжения, соответствующий положению устойчивого равновесия.

Выражения (1)-(3) применены для нормирования вибрации агрегатов поставки отечественных производителей с использованием данных экспериментальных исследований. Корень

Ссылка для цитирования (for references):

Короленок А.М., Колотилов Ю.В., Тухбатуллин Ф.Г. Повышение технического уровня промышленной безопасности газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов // Территория «НЕФТЕГАЗ». - 2015. - № 4. - С. 104-106.

KoroLenok A.M., KoLotiLov Yu.V., TukhbatuLLin F.G. Povyshenie tehnicheskogo urovnja promyshLennoj bezopasnosti gazoperekachivajushhih agregatov kompressornyh stancij magistraL'nyh gazoprovodov [Enhancing technical Level of industrial safety of gas-compressor units at main gas pipelines booster stations]. Territorija «NEFTEGAZ» = Oil and Gas Territory, 2015, No 4. P. 104-106.

ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ № 4 апрель 2015

105

квадратный из дисперсии амплитуды первой роторной гармоники определяли приближенно из гистограммы бездефектных агрегатов в виде:

= Vmax/3,

где V - максимальное значение

m max

амплитуды виброскорости на гистограмме.

Предельное значение общего уровня вибрации V = 11,4 мм/с является границей, допускающей эксплуатацию ГПА (по нормам вибрации Упр = 11,2 мм/с). Допустимое значение общего уровня виброскорости Уд = 4,5 мм/с характеризуется минимальной вероятностью появления дефектов в контролируемых

узлах на протяжении межремонтного пробега агрегата.

Эту методику можно применять для нормирования вибрации всех типов газотурбинных ГПА, в том числе и вновь

проектируемых, для которых дисперсия первой роторной гармоники вычисляется с помощью данных по нормированию дисбаланса ротора. Диапазон можно разбить на зоны в зависимости от интенсивности вибрации узлов ГПА. Градация по зонам интенсивности вибрации, а также внедрение комплексной диагностики позволяет своевременно выявить дефекты и предупредить возможные разрушения узлов и деталей, обеспечивая тем самым безаварийную работу газоперекачивающего и технологического оборудования. Значительно сокращаются расходы на содержание подрядных организаций, а также сроки обработки данных и выдачи рекомендаций.

References:

1. STO Gazprom 2-3.5-032-2005. Poíozhenie po organizacii i provedeniju kontroíja za sobíjudeniem trebovanijpromyshíennoj bezopasnosti i obespecheniem rabotosposobnosti ob#ektov Edinojsistemy gazosnabzhenija OAO «Gazprom» [Provision on controlling the compliance with the requirements of industrial safety and ensuring operability of facilities of Gazprom JSC Unified gas supply system]. Moscow, Information and Advertising Center of Gazprom, 2005. 15 pp.

2. STO Gazprom 2-3.5-454-2010. Praviíajekspíuataciimagistraí'nyhgazoprovodov [Main gas pipelines operating procedures]. Moscow, Gazprom Expo, 2010. 188 pp.

3. Vladimirov A.I., Garin Yu.R., Kershenbaum V.Ya. et al. Promyshíennaja bezopasnost'kompressornyh stancij. Upravíenie bezopasnostju i nadezhnostju [Booster stations industrial safety. Safety and reliability management]. Moscow, National Institute of Oil and Gas, 2008. 633 pp.

4. R Gazprom 2-3.5-438-2010. Raschet tepíotehnicheskih, gazodinamicheskih i jekoíogicheskih parametrov gazoperekachivajushhih agregatov na peremennyh rezhimah [Calculation of heat engineering, gas-dynamic and environmental parameters of gas-compressing units at variable modes]. Moscow, Information and Advertising Center of Gazprom, 2010. 76 pp.

5. Zaritskiy S.P. Diagnostika gazoperekachivajushhih agregatovs gazoturbinnym privodom [Diagnostics of gas-compressing units with gas turbine drive]. Moscow, Nedra Publ., 1987. 198 pp.

6. Kozachenko A.N. Jekspíuatacija kompressornyh stancij magistraí'nyh gazoprovodov [Operation of main gas pipelines booster stations]. Moscow, Oil and Gas PubL, 1999. 463 pp.

7. Baykov I.R., Gallyamov A.K. Matematicheskie modeíi v truboprovodnom transporte nefti i gaza [Mathematical models in oil and gas pipeline transport]. Ufa, Ufa Oil Institute (UOI), 1991. 111 pp.

8. Baykov I.R., Kitayev S.V., Talkhin S.R. Principy opredelenija individual'nyh harakteristik gazoperekachivajushhego oborudovanija [Principles of gas compressor equipment individual characteristics identification]. Gazovaja promyshíennost' = Gas industry, 2007, No. 9. P. 70-72.

9. Kitayev S.V., Kuznetsova M.I. Razrabotka pokazatelej differenciacii tehnicheskogo sostojanija gazoperekachivajushhih agregatov [Development of gas compressor units technical condition differentiation criteria]. Gazovaja promyshíennost' = Gas industry, 2014, No. 4 (705). P. 62-64.

10. Kalinin A.F. Raschet, reguíirovanie i optimizacija rezhimov raboty gazoperekachivajushhih agregatov [Calculation, control and optimization of gas pumping units operation]. Moscow, MPA-Press, 2011. 264 pp.

Литература:

1. СТО Газпром 2-3.5-032-2005. Положение по организации и проведению контроля за соблюдением требований промышленной безопасности и обеспечением работоспособности объектов Единой системы газоснабжения ОАО «Газпром». - М.: ИРЦ «Газпром», 2005. - 15 с.

2. СТО Газпром 2-3.5-454-2010. Правила эксплуатации магистральных газопроводов. - М.: Газпром экспо, 2010. - 188 с.

3. Владимиров А.И., Гарин Ю.Р., Кершенбаум В.Я. и др. Промышленная безопасность компрессорных станций. Управление безопасностью и надежностью. - М.: Национальный институт нефти и газа, 2008. - 633 с.

4. Р Газпром 2-3.5-438-2010. Расчет теплотехнических, газодинамических и экологических параметров газоперекачивающих агрегатов на переменных режимах. - М.: ИРЦ «Газпром», 2010. - 76 с.

5. Зарицкий С.П. Диагностика газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом. - М.: Недра, 1987. - 198 с.

6. Козаченко А.Н. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов. - М.: Нефть и газ, 1999. - 463 с.

7. Байков И.Р., Галлямов А.К. Математические модели в трубопроводном транспорте нефти и газа. - Уфа: Уфимский нефтяной институт (УНИ), 1991. - 111 с.

8. Байков И.Р., Китаев С.В., Талхин С.Р. Принципы определения индивидуальных характеристик газоперекачивающего оборудования // Газовая промышленность. - 2007. - № 9. - С. 70-72.

9. Китаев С.В., Кузнецова М.И. Разработка показателей дифференциации технического состояния газоперекачивающих агрегатов // Газовая промышленность. - 2014. - № 4 (705). - С. 62-64.

10. Калинин А.Ф. Расчет, регулирование и оптимизация режимов работы газоперекачивающих агрегатов. - М.: МПА-Пресс, 2011. - 264 с.