Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующих методов диагностирования и оптимизации технических обслуживании электротехнических комплексов 9
1.1. Общая характеристика проблемы диагностирования и оптимизации технических обслуживании в нефтяной промышленности 9
1.2. Анализ состояния вопроса в области диагностирования и оптимизации технического обслуживания оборудования 17
1.3. Цель и задачи исследования .27
1.4. Выводы 29
2. Оценка технического состояния установок погружных центробежных электронасосов 30
2.1 Показатели надежности УЭЦН. 30
2.1.1. Результаты расчетов по определению законов распределения наработки между отказами УЭЦН 34
2.2. Анализ надежности УЭЦН и ее основных частей 35
2.2.1. Работоспособность ЭЦН с рабочими колесами из чугуна, полиамида и нерезиста 49
2.2.2. Работоспособность колонны НКТ УЭЦН 51
2.2.3. Анализ факторов, влияющих на надежность УЭЦН 52
2.3. Диагностирование установок погружных центробежных электронасосов на специализированных стендах ремонтных предприятий 60
2.4. Рациональная эксплуатация установок погружных центробежных электронасосов 69
2.5. Выводы 79
3. Диагностирование концевых деталей установок погружных центробежных электронасосов с использованием магнитной памяти металла 82
3.1. Методика оценки состояния концевых деталей 82
3.1.1. Первичный анализ информации результатов ММП-контроля 91
3.1.2. Определение критерия состояния концевых деталей по градиенту магнитного поля рассеяния 95
3.2. Результаты оценки качества состояния концевых деталей УЭЦН 98
3.3 Выводы 101
4. Оценка технического состояния центробежных насосных агрегатов объектов нефтедобычи 103
4.1. Характеристики центробежных насосных агрегатов БКНС 103
4.2. Оценка надежности ЦНА 107
4.3. Результаты расчетов определения законов распределения наработки между отказами ЦНА 108
4.4. Оценка технического состояния центробежных насосных агрегатов по вибрационным параметрам и внутреннему КПД блочных кустовых насосных станций 111
4.5. Оптимизация технических обслуживании насосных агрегатов 134
4.6. Выводы 139
5. Регулирование электропотребления на объектах нефтедобычи 141
5.1. Методика оценки устойчивоспособности технологических систем добычи нефти при регулировании электропотребления и нарушениях электроснабжения 141
5.2. Определение экономически оптимального уровня отключаемой нагрузки в часы максимума для потребителей электроэнергии нефтяных месторождений Западной Сибири 152
5.3. Выводы 161
Заключение 162
Список использованных источников 165
- Общая характеристика проблемы диагностирования и оптимизации технических обслуживании в нефтяной промышленности
- Анализ надежности УЭЦН и ее основных частей
- Определение критерия состояния концевых деталей по градиенту магнитного поля рассеяния
- Результаты расчетов определения законов распределения наработки между отказами ЦНА
Введение к работе
Актуальность темы. Нефтегазодобыча является весьма энергоемкой отраслью промышленности, характеризующейся регулированием добычи в зависимости от экономической ситуации, прогрессирующим ростом обводненности добываемой продукции. Последнее обстоятельство приводит к увеличению добычи пластовой воды и повышению доли механизированной добычи практически с самого начала разработки новых нефтяных месторождений. Наибольшие затраты энергии всех видов имеют место в механизированных способах извлечения продукции (от 20 до 50 %) и поддержания пластового давления (ППД) (до 40 %). При этом сумма средств оплаты за электроэнергию и на содержание оборудования составляют значительную величину в себестоимости нефти и колеблется от 11,0 до 14,6%.
В этой ситуации одним из перспективных направлений снижения энергозатрат и повышения эффективности функционирования нефтегазодобывающих предприятий (НГДП) является диагностирование нефтепромысловых электротехнических установок и комплексов, для чего требуется разработать методики и регламент по определению технического состояния и оптимизации проведения технических обслуживании (ТО) и ремонтов электротехнических установок и комплексов объектов нефтедобычи, добывающих и нагнетательных скважин нефтяных месторождений.
Диагностирование и оптимизация ТО и ремонтов электротехнических установок и комплексов является одним из элементов программ ресурсоэнер-госбережения в Российской Федерации. Это определяет актуальность задач, поставленных и решенных в данной диссертационной работе.
Цель работы - повышение надежности и экономичности работы объектов нефтедобычи на основе диагностирования технического состояния и оптимизации технических обслуживании и ремонтов нефтепромысловых электротехнических установок и комплексов.
Основные задачи исследований: разработать методику диагностирования технического состояния установок погружных центробежных электронасосов (УЭЦН) по параметрам вибрации на основе наземных испытаний; разработать методику диагностирования технического состояния концевых деталей УЭЦН с использованием метода магнитной памяти (ММП) металла; разработать методику оценки технического состояния центробежных насосных агрегатов (ЦНА) по внутреннему КПД и по параметрам вибрации; разработать методику оценки устойчивоспособности технологических систем нефтедобычи при регулировании электропотребления (РЭ) и нарушениях электроснабжения (НЭ); разработать методическое обеспечение диагностирования и контроля технического состояния объектов нефтедобычи и промышленное внедрение результатов исследований, разработанных технических и технологических решений.
Объект исследований - система электроснабжения (как совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электроэнергией) нефтяных месторождений и ее основные элементы (ЭКДС-электротехнический комплекс добычной скважины, ЭКСППД- электротехнический комплекс системы поддержания пластового давления) и приемников электрической энергии (как совокупности аппаратов, агрегатов, механизмов, предназначенных для преобразования электрической энергией в другие виды энергии).
Методами исследований являются: аналитические и экспериментальные методы: математического моделирования, основанные на теории вероятностей и математической статистике, теории надежности, теории восстановления; экспериментальных исследований функционирования электроус- тановок и электротехнических комплексов нефтяных месторождений на основе многолетних наблюдений за оборудованием в ходе эксплуатации. Основные положения, защищаемые автором
1. Методика диагностирования технического состояния установок по гружных центробежных электронасосов (УЭЦН) по параметрам вибра ции на основе наземных испытаний.
2. Методика диагностирования технического состояния концевых дета лей УЭЦН с использованием метода магнитной памяти (ММП) метал ла.
3. Методика оценки технического состояния центробежных насосных аг регатов (ЦНА) по внутреннему КПД и по параметрам вибрации.
4. Методика оценки устойчивоспособности технологических систем нефтедобычи при регулировании электропотребления (РЭ) и наруше ниях электроснабжения (НЭ).
5. Методическое обеспечение и рекомендации по практическому приме нению этих методик.
Научная новизна данного диссертационного исследования заключается в следующем: - предложенная методика диагностирования УЭЦН по параметрам вибрации на основе качественных критериев оценки технического состояния УЭЦН на специализированных стендах позволила установить закономерности между дефектами УЭЦН и основными частотами спектра вибрации; математические модели определения периодичности ремонтов и проверок УЭЦН путем минимизации затрат на проведение планового и аварийного ремонтов раскрыли механизм назначения профилактик и повысить уровень эксплуатации; впервые предложена методика комплексной оценки технического состояния центробежных насосных агрегатов, основанная на оценке внутреннего КПД по результатам пирометрической диагностики и диагностирование ЦНА по параметрам вибрации; - впервые разработана методика технического диагностирования кон цевых деталей УЭЦН с использованием метода магнитной памяти (ММП) металла, основанная на регистрации магнитных полей рассеяния и анализе их распределения на контролируемом оборудовании сложной формы; - разработана методика оценки устойчивоспособности технологических систем нефтедобычи путем рассмотрения ее реакции на РЭ или НЭ; при этом производится сопоставление недоотпуска продукции с разработанным показателем, выраженным в виде произведения величины отключаемой на грузки, продолжительности РЭ или НЭ и величины обратной электроемко сти продукции.
Достоверность основных теоретических положений подтверждается корректным применением соответствующего математического аппарата; достаточным объемом статистических данных; положительными результатами внедрения разработанных методик диагностирования и рекомендаций в практику эксплуатацию электротехнических установок и комплексов.
Практическая ценность. 1. Разработаная методика диагностирования технического состояния УЭЦН по параметрам вибрации на основе качественных критериев оценки технического состояния УЭЦН на специализированных стендах реализована в системе технических обслуживании и ремонтов нефтепромыслового оборудования ОАО «ТНК-Нижневартовск» и применяется ЗАО «Центрофорс», что позволило снизить потери нефти и затраты на эксплуатацию.
Методика оценки технического состояния центробежных насосных агрегатов, основанная на оценке внутреннего КПД и диагностирования по параметрам вибрации и методика оценки устойчивоспособности технологических систем нефтедобычи при регулировании электропотребления и нарушениях электроснабжения используются в ОАО «ТНК-Нижневартовск», что позволило снизить затраты на проведение ремонтов.
Полученные в работе результаты в виде рекомендаций внедрены в практику диагностирования ЭКДС, ЭКСППД нефтяных месторождений За- падной Сибири. Разработанная методика диагностирования концевых деталей УЭЦН вошла в руководящий документ «Методические указания по техническому диагностирования концевых деталей с использованием метода магнитной памяти (ММП) металла», согласованный с экспертной организацией АО «Технонефтегаз» (6.04.2002 г.) и Управлением по надзору в нефтяной и газовой промышленности (6.04.2002 г.), применяется в ОАО «ТНК-Нижневартовск» и ЗАО «Центрофорс».
Апробация работы. Работа выполнялась в соответствии с Федеральной целевой программой «Энергосбережение России (1998-2005гг.)» и принципами разработки программы «Энергосбережение Тюменской области на период 1998-2005гг.», а также концепцией энергосбережения в нефтяной отрасли Тюменской области, планами научно-исследовательских работ (1999-2002гг.) ОАО «ТНК-Нижневартовск».
Результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях «Разработка нефтяных и газовых месторождений» (Вена, 1995г.); «Разработка нефтяных месторождений на шельфе Каспийского моря» (Баку 1996 г.); научно-практической конференции Тюменской нефтяной компании (2002г.) заседаниях научного семинара кафедры электрической техники Омского технического университета (Омск, 2000- 2002 гг.).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 5 научных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Она содержит 184 страниц машинописно^ го текста, 36 рисунка, 34 таблиц, список использованной литературы из 157 названий и приложения.
Автор выражает глубокую благодарность проф. Ю.З. Ковалеву и кафедре «Электрическая техника» Омского государственного технического университета за научную и методическую помощь при подготовке диссертации.
Общая характеристика проблемы диагностирования и оптимизации технических обслуживании в нефтяной промышленности
Научная новизна данного диссертационного исследования заключается в следующем: - предложенная методика диагностирования УЭЦН по параметрам вибрации на основе качественных критериев оценки технического состояния УЭЦН на специализированных стендах позволила установить закономерности между дефектами УЭЦН и основными частотами спектра вибрации; - математические модели определения периодичности ремонтов и проверок УЭЦН путем минимизации затрат на проведение планового и аварийного ремонтов раскрыли механизм назначения профилактик и повысить уровень эксплуатации; - впервые предложена методика комплексной оценки технического состояния центробежных насосных агрегатов, основанная на оценке внутреннего КПД по результатам пирометрической диагностики и диагностирование ЦНА по параметрам вибрации; - впервые разработана методика технического диагностирования кон цевых деталей УЭЦН с использованием метода магнитной памяти (ММП) металла, основанная на регистрации магнитных полей рассеяния и анализе их распределения на контролируемом оборудовании сложной формы; - разработана методика оценки устойчивоспособности технологических систем нефтедобычи путем рассмотрения ее реакции на РЭ или НЭ; при этом производится сопоставление недоотпуска продукции с разработанным показателем, выраженным в виде произведения величины отключаемой на грузки, продолжительности РЭ или НЭ и величины обратной электроемко сти продукции. Достоверность основных теоретических положений подтверждается корректным применением соответствующего математического аппарата; достаточным объемом статистических данных; положительными результатами внедрения разработанных методик диагностирования и рекомендаций в практику эксплуатацию электротехнических установок и комплексов.
Практическая ценность. 1. Разработаная методика диагностирования технического состояния УЭЦН по параметрам вибрации на основе качественных критериев оценки технического состояния УЭЦН на специализированных стендах реализована в системе технических обслуживании и ремонтов нефтепромыслового оборудования ОАО «ТНК-Нижневартовск» и применяется ЗАО «Центрофорс», что позволило снизить потери нефти и затраты на эксплуатацию.
2. Методика оценки технического состояния центробежных насосных агрегатов, основанная на оценке внутреннего КПД и диагностирования по параметрам вибрации и методика оценки устойчивоспособности технологических систем нефтедобычи при регулировании электропотребления и нарушениях электроснабжения используются в ОАО «ТНК-Нижневартовск», что позволило снизить затраты на проведение ремонтов.
3. Полученные в работе результаты в виде рекомендаций внедрены в практику диагностирования ЭКДС, ЭКСППД нефтяных месторождений За 8
падной Сибири. Разработанная методика диагностирования концевых деталей УЭЦН вошла в руководящий документ «Методические указания по техническому диагностирования концевых деталей с использованием метода магнитной памяти (ММП) металла», согласованный с экспертной организацией АО «Технонефтегаз» (6.04.2002 г.) и Управлением по надзору в нефтяной и газовой промышленности (6.04.2002 г.), применяется в ОАО «ТНК-Нижневартовск» и ЗАО «Центрофорс».
Апробация работы. Работа выполнялась в соответствии с Федеральной целевой программой «Энергосбережение России (1998-2005гг.)» и принципами разработки программы «Энергосбережение Тюменской области на период 1998-2005гг.», а также концепцией энергосбережения в нефтяной отрасли Тюменской области, планами научно-исследовательских работ (1999-2002гг.) ОАО «ТНК-Нижневартовск».
Результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях «Разработка нефтяных и газовых месторождений» (Вена, 1995г.); «Разработка нефтяных месторождений на шельфе Каспийского моря» (Баку 1996 г.); научно-практической конференции Тюменской нефтяной компании (2002г.) заседаниях научного семинара кафедры электрической техники Омского технического университета (Омск, 2000- 2002 гг.). Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 5 научных работах. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Она содержит 184 страниц машинописно го текста, 36 рисунка, 34 таблиц, список использованной литературы из 157 названий и приложения. Автор выражает глубокую благодарность проф. Ю.З. Ковалеву и кафедре «Электрическая техника» Омского государственного технического университета за научную и методическую помощь при подготовке диссертации.
Анализ надежности УЭЦН и ее основных частей
Следует отметить, что существуют методы определения межремонтного периода без знания вида закона распределения наработок на отказ. Так, в работе [48] предложено периодичность ТО очистного механизированного комплекса определять, на основе закона распределения наработок на отказ принятого априори. В работе [88] решается задача планирования ТО выключателей напряжением ПО ... 500 кВ. Оценивается средняя длительность безотказной работы выключателей и момента проведения того или иного вида ТО на основе оценки экспертов. В работе [66] указывается на возможность формирования критерия эффективности с учетом влияния на него частных составляющих критериев Кобщ = /(Кь Кг, Кз), где К1 - множество критериев, характеризующих техническое использование системы; К2 - множество экономических критериев; КЗ - множество организационных критериев.
На практике векторную задачу оптимизации ТО решать очень сложно из-за громоздкости решения. Оптимальную по многим характеристикам систему технических обслуживании и ремонтов можно определить после изучения физических и экономических процессов. Поэтому в настоящее время решаются частные задачи оптимальных профилактических ремонтов, при которых учитывается один, реже два критерия эффективности.
Проверке оборудования с показательным распределением законом распределения времени безотказной работы посвящены печатные издания [7,12,63,86,90]. Заслуживает внимание то обстоятельство, что проводимое ТО оборудования с показательным законом распределения способно принести выигрыш при определенных условиях. Возможны решения задач по следующим критериям: максимум коэффициента готовности [90], максимум вероятности безотказной работы [6]. В работе [12] сформулировано правило определения моментов времени проведения проверок, позволяющее минимизировать математическое ожидание на один отказ, основанное на применении функционального уравнения Беллмапа. В указанной работе не учитывается возможное изменение затрат на ТО и ремонты во времени. В статье [7] приводится общая методика определения периода проверок и отыскивается такой план эксплуатации технической системы, который обеспечивает минимум потерь, связанных с затратами на проведение проверок и пребыванием системы в состоянии отказа. Способ оптимизации планов проверок, описанный в данной работе, применим для систем, находящихся на хранении, и для автоматических систем, работающих автономно. В работе [48] рассматривается модель и метод расчета периодичности ТО воздушных (ВЛ) и кабельных линий (КЛ). Приводится уравнение, минимизирующее потери в единицу времени и позволяющее получать оптимальное решение, если остаточный срок службы ВЛ, КЛ имеет показательное распределение, а время от момента проверки до отказа одного из элементов электрической сети имеет гамма-распределение. Приведенный метод расчета не дает оптимального решения, если наработка на отказ элемента подчиняется экспоненциальному закону распределения.
В работе [64] сосредоточено внимание на организацию электроремонта, где не делается упор на анализ структуры ремонтируемого оборудования электрохозяйства и последние разработки в области самоорганизации систем [145].
В работах [50,51] решается ряд вопросов электроремонтного производства черной металлургии на основе техноценозного подхода. На основе видовых моделей гиперболического Н-распределения получен перечень ремонтируемых электродвигателей за месяц квартал, год. Выводы, полученные в данных работах о периодичности, когда требуется капитальный ремонт на ремонтных предприятиях. В данном случае, нет связи с определением периодичности проведения ТО и ремонтов, направленных на поддержание надежности электрооборудования технологических объектов разбросанного на значительной площади нефтяного месторождения, определение которой основана на других принципах.
На рис. 1.1 показаны имеющиеся в настоящее время методы определения оптимальной периодичности ремонтов.
Определение периодичности диагностирования технических систем рассматривается в литературе [26, 37,38, 116,116,129,152]. В статье[15] приведена полумарковская модель определения стационарной вероятности нахождения электроустановки в работоспособном состоянии, периодичность определяется путем сравнения ущерба от отказов с затратами на проведение диагностического обследования, которая может рассматриваться как основа для дальнейших исследований. В [152] рассматривается полумарковская модель определения стационарной вероятности нахождения сложной системы в работоспособном состоянии в функции от периодичности диагностирования. При этом не учитываются экономические характеристики эксплуатации по техническому состоянию, что существенно влияет на периодичность диагностики.
В работе [45] рассматриваются модели непрерывного контроля обмоток силового трансформатора. Для моделирования использовался аппарат полумарковских случайных процессов. Определяется, что при непрерывной диагностике состояния изоляции можно отказаться от плановых отключений трансформатора, связанных с контролем изоляции, и проводить отключения по мере необходимости. При этом не учитывалось, что применение таких систем контроля применительно к однотрансформаторным подстанциям мощностью от 100 до 630 кВА очень дорого в условиях Западной Сибири. В работе [37] предлагается метод выбора периодичности диагностики и величины упреждающего допуска параметра технического состояния, оптимальных с точки зрения минимума удельных суммарных затрат на эксплуатацию оборудования. Решение получено только для случая, когда плотность распределения отказов подчиняется экспоненциальному закону.
Определение критерия состояния концевых деталей по градиенту магнитного поля рассеяния
Характеристики центробежных насосных агрегатов БКНС Наиболее энергоемкими в нефтедобывающей отрасли являются процессы добычи нефти, особенно поддержание пластового давления (ППД) (22-25%) глубинно-насосная добыча (15-18%) и переработка попутного нефтяного газа (5-12%).
Система закачки воды в нефтяной пласт для целей ППД выполняется на основе блочных кустовых насосных станций. На БКНС установлены насосы типа ЦНС 630-1700, ЦНС-500 -1900, ЦНС 180-1900, ЦНС-180-1422, нерегулируемый привод которых осуществляется от синхронных электродвигателей (СД) типа СТД-4000, СТД-1600 и СТД -1250 соответственно.
Наиболее часто применяют насосы марок ЦНС 180-1050, ЦНС 180- 422 и ЦНС 180-1900. На месторождениях Западной Сибири используются и насосы ЦНС 500-1400 (табл.4.1) и ЦНС 500-1900. Значительно реже применяют насосы ЦНС 630-1700 (табл. 4.2). Насосы ЦНС допускают давление при подпорном движении воды со стороны всасывания до 3 МПа, в связи с чем давление при общем напорном движении в нагнетательной линии насоса может быть увеличено на величину подпора. Центробежные насосы типа ЦНС предназначены для закачки в пласт воды с температурой до 40 С, имеющей водородный показатель рН 7 - 8,5 плотностью 1000-1200 кг/м3. Содержание твердых механических примесей в перекачиваемой воде не должно превышать 0,1 г/л и размеры частиц их не должны быть более 0,1 мм. Центробежные насосы типа ЦНС - 180 допускают изменение рабочей характеристики посредством уменьшения числа ступеней (не более двух) с установкой проставочных втулок, без изменения привязочных размеров, с обязательной динамической балансировкой ротора. Примечание: допускаемое отклонение по напору плюс 5 % минус 3 %. Допускаемое снижение напора после выработки среднего ресурса не более 10 В связи с уменьшением закачки в пласт на нефтепромыслах появилась потребность в насосах с меньшими значениями подач. Сумский завод «На-сосэнергомаш» производит целый ряд таких насосов - ЦНС 90-1900, ЦНС 90-1400, ЦНС 90-1100, ЦНС 63 00, ЦНС 63-1800. Из зарубежных фирм, выпускающих насосы для систем ППД, известны «REDA» и «Sulzer». Горизонтальная насосная система (ГНС) фирмы «REDА» представляет собой многоступенчатый центробежный насос, устанавливаемый горизонтально на раму, и предназначена для наземного использования. ГНС показала себя экономически выгодной альтернативой поршневым насосам и насосам с разъемным корпусом в условиях высоких значений подачи и давления, например, при заводнении, подаче воды, сбросе минерализованных вод, на дожимных насосных станциях, при транспортировке сырой нефти. ГНС разработаны для многолетней работы и не требуют ежедневного обслуживания. В системе нет ни ремней, ни сальников, а отсутствие вибрации увеличивает срок службы оборудования и значительно снижает возможность утечек из трубопроводов. ГСН состоит из электродвигателя, отвечающего стандартам NEMA А или В, упорной камеры, насоса, устройств защиты по вибрации и давлению, установленных на прочной стальной двутавровой балке и раме. Каждую ГНС доставляют на место работы в собранном вид, готовой для эксплуатации. Никакой регулировки на месте не требуется. Все компоненты легко доступны для обслуживания и легко заменяются на месте. REDA выпускает ГНС с подачей до 6 360 м3/сутки и давлением на выходе до 276 атм. Для увеличения объема подачи несколько систем устанавливается параллельно. Для удаленных мест предусмотрены модели с приводами на дизельном топливе и природном газе.
Фирма «SULZER» для ППД выпускает ряд насосов типа MSD. MSD представляет собой многоступенчатый насос с горизонтальным разъемом и с двойным спиральным отводом на каждой ступени. Рабочие колеса расположены «спина-к-спине» для компенсации осевых усилий. Входной и выходной патрубки отлиты в нижней части корпуса. Опоры насоса расположены внизу корпуса, ниже горизонтальной центральной оси. При необходимости, для снижения кавитационного запаса имеется вариант исполнения с рабочим колесом первой ступени двухстороннего входа.
Оценка надежности ЦНА Анализ отказов электродвигателей напряжением 6 кВ типа СТД показал (табл.4.3), что наиболее характерными неисправностями являются: нарушение изоляции лобовой части обмотки (в основном у машин мощность 4000 кВт) приводящее к перекрытию и выгоранию обмотки при пусках, некачественные контактные соединения кабелей питания ( как правило, в БРНО элек-тродвигателя заходят два кабеля сечением 185, 240 мм ), повышенная вибрация из-за расцентровки с насосом (как правило, в осевом направлении) и недостаточная жесткость консольной части рамы из-за неправильного крепления консоли к фундаменту, выгорание выводных шпилек роторной обмотки, разбалансировка ротора и разрушение подшипников.
Результаты расчетов определения законов распределения наработки между отказами ЦНА
Пороговые уровни раннего предупреждения дефектов назначаются в виде отношения к базовому уровню диагностических параметров, которые измерены при паспортизации. Типовое значение этого отношения равно 1.5-2. При превышении типового уровня выдается сигнал предупреждения.
Для оценки статистического порогового уровня проводят минимум 6 измерений и его величину задают равной среднеквадратичному значению отклонения от среднего уровня.
Идентификация дефектов электродвигателей проводится совместно с насосным агрегатом. Для идентификации дефектов электродвигателей используют следующие виды анализа параметров вибрации: анализ трендов диагностических параметров; анализ частотных составляющих сигнала вибрации; анализ контурных характеристик вибрации электродвигателей.
Точки, расположенные на верхней крышке подшипников насоса и электродвигателя, являются наиболее информативными (используются для периодического контроля уровня вибрации). Прочие точки служат для построения контурной характеристики ЦНА с целью выявления путей распространения вибрации и ослабленных мест опорной системы агрегата [93,129].
Типовая обработка результатов измерений вибрации электродвигателей включает в себя: вычисление спектра сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье; преобразования спектра сигнала для получения спектров виброскорости и виброперемещения; вычисление среднеквадратических значений уровня сигналов в заданных полосах частот; сравнение диагностических параметров с пороговыми уровнями и со значениями предыдущих измерений [93].
Идентификация дефектов электродвигателей проводится совместно с насосным агрегатом. Для идентификации дефектов электродвигателей используют следующие виды анализа параметров вибрации: анализ трендов диагностических параметров; анализ частотных составляющих сигнала вибрации; анализ контурных характеристик вибрации электродвигателей. При росте вибрации определяется диапазон частот, в котором возросла вибрация. Точное значение частоты находят при анализе спектральных характеристик вибрации. После этого определяют номер гармоники как отношение полученной частоты к частоте вращения. После чего проводят идентификацию причин повышенной вибрации с учетом частоты и видов вмешательств (ремонты, регулировки электродвигателя) и технологических параметров (нагрузка электродвигателя, расход, давление и напор насосного агрегата).
В настоящее время в ОАО «ТНК-Нижневартовск» для анализа состояния электродвигателей по параметрам вибрации применяются портативные анализаторы и устройства сбора данных фирм CSI и "Диамех". Расчет спектральных характеристик вибрации и диагностических параметров производят с помощью программы на ПЭВМ Master Trend.
Выявлены основные причины вибрации ЦНА: расцентровка (нарушение опорной системы, нарушение обвязки трубопроводов); дисбаланс ротора насоса, электродвигателя; дефекты подшипниковых узлов (изменение радиальных и осевых зазоров подшипников скольжения); дефекты опорной системы (ослабление крепления корпусных деталей, перекос рам, разрушение фундамента (наличие трещин в конструктивных элементах); дефекты муфт (сколы зубьев на полумуфтах и зубчатых коронках, закоксовывание смазки, биение полумуфт, прослабленная посадка полумуфт); дефекты электромагнитного характера (несимметрия напряжения питающей сети, ослабление обмоток статора синхронных машин, неравномерность воздушного зазора между ротором и статором синхронных машин); «масляная» вибрация подшипников скольжения (нарушение подачи и качества масла); автоколебания вала; послеремонтные дефекты (некачественная центровка, некачественный монтаж подшипниковых узлов, дефект муфт, дефект опорной системы, дефект торцевых уплотнений).
На рис. 4.2 представлен спектр вибрации при расцентровке агрегата ( на агрегатах применены зубчатые муфты). Присутствуют частоты колебаний с оборотной и двойной частотой вращения ротора. На рис. 4.3 и 4.4 показаны спектры вибрации при различных дефектах опорной системы, в частности, на рис. 4.3 представлен спектр вибрации при ослаблении резьбовых соединений крепления подшипниковой тумбы электродвигателя к его раме, на рис. 4.4 -спектр вибрации при перекосе рамы электродвигателя после центровки в районе щёточно-коллекторного узла. На рис. 4.5 представлен спектр «масляной» вибрации, которая возникла вследствие нарушения подачи и качества масла и за счет увеличения зазора в подшипнике скольжения, вследствие эксплуатационного износа баббита. На рис. 4.6 изображен спектр вибрации при дисбалансе ротора, одного из основных источников повышенной вибрации оборудования. На спектре преобладает оборотная частота вибрации с f=50 Гц, которая соответствует числу оборотов ротора насоса равногоЗООО об\мин.
На рис. 4.7 приведен спектр вибрации так называемой «технологической вибрации», который указывает на износ лопаток и проточной части насоса. На рис. 4.8 представлен спектр вибрации опоры синхронного электродвигателя (частота вращения 50 Гц, 3000 об/мин). На спектрах доминирует пик с частотой 100 Гц, что свидетельствует о присутствии неуравновешенных магнитных сил, действующих на ротор, которые возникают при расцен-тровке ротора в расточке статора, т.е. при несовпадении электромагнитных полей ротора и статора. В месте минимального зазора возникает сила одностороннего магнитного притяжения, имеющая частоту 100 Гц. Основные частотные составляющие вибрации ЦНА сведены в табл.4.10.
Похожие диссертации на Разработка методик оценки технического состояния электроустановок нефтегазодобывающих предприятий Западной Сибири
