Введение к работе
Актуальность работы
Современное предприятие нефтегазовой отрасли представляет собой сложную техническую систему опасных производственных объектов, одним из элементов которой являются машинные агрегаты, от технического состояния которых во многом зависит непрерывность и безопасность технологических процессов. Доля машинных агрегатов на предприятиях отрасли составляет порядка 35 % от всего оборудования, используемого для ведения технологических процессов. Машинные агрегаты нефтегазовых производств состоят из системы контроля и управления, исполнительного органа и привода. Сложность и высокая степень потенциальной опасности технологических процессов в нефтегазовой отрасли требует формирования единого подхода к созданию систем превентивного и оперативного управления безопасностью эксплуатации машинных агрегатов, большая часть которых имеет электрический привод. Машинные агрегаты через механическую часть взаимодействуют с технологическим процессом, через электрический привод - с системой электроснабжения предприятия, через информационный канал - с автоматизированной системой контроля и управления технологическим процессом.
Для оценки технического состояния машинных агрегатов в настоящее время применяется целый комплекс методов и средств, использующих различные диагностические параметры. Для создания современных интеллектуальных систем управления техническим состоянием и безопасностью эксплуатации машинных агрегатов необходимы критерии, позволяющие интегрировано оценивать их текущее техническое состояние и остаточный ресурс.
Вопросы разработки и применения критериев для интегрированной оценки состояния сложных технических систем в задачах обеспечения их безопасной эксплуатации рассмотрены в работах таких зарубежных и российских исследователей, как Altug S., Bayir R., Marques Cardoso A.J., Александровская Л.Н., Бахтизин P.H., Баширов М.Г., Болотин В.В., Биргер И.А., Давиденко И.В., Заварихин Д.А., Клюев В.В., Кузеев И.Р., Петухов B.C., Прахов И.В., Самородов А.В., Суворов И.Ф., Тляше-ва P.P., Хуснияров М.Х., Шикунов В.Н., Чиркова А.Г. и др.
Но вопросы комплексной оценки технического состояния машинных агрегатов нефтегазовых производств с использованием интегральных критериев, учитывающих условия эксплуатации, факторы пожаро- и взрывоопасное производства, сроки эксплуатации, риски и затраты на обеспечение эксплуатационной надежности,
и создания интеллектуальных систем управления техническим состоянием и безопасностью эксплуатации машинных агрегатов с использованием этих критериев, исследованы недостаточно полно. В этой связи разработка интегральных критериев и системы управления техническим состоянием и безопасностью эксплуатации машинных агрегатов, позволяющих предотвратить аварийные ситуации на объектах нефтегазовой отрасли, является актуальной задачей.
Область исследования соответствует требованиям паспорта специальности 05.26.03 - Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль): 6. Исследование и разработка средств и методов, обеспечивающих снижение пожарной и промышленной опасности технологических процессов, предупреждения пожаров и аварий, тушения пожаров; 13. Разработка методов оценки и прогнозирования ресурса безопасной эксплуатации технических устройств сложных технических систем опасных производственных объектов.
Целью работы является повышение безопасности технологических процессов нефтегазовых производств путем создания системы управления техническим состоянием и безопасностью эксплуатации машинных агрегатов с использованием интегральных критериев.
Реализация цели диссертационной работы осуществлялась путем постановки и решения следующих основных задач:
анализ влияния технического состояния машинных агрегатов на безопасность технологических процессов предприятий нефтегазовой отрасли;
выявление набора диагностических параметров для оценки технического состояния и обеспечения безопасной эксплуатации машинных агрегатов, исследование закономерностей взаимосвязи диагностических параметров с режимами работы и характерными повреждениями машинных агрегатов;
формирование интегральных критериев для оценки технического состояния машинных агрегатов из совокупности диагностических параметров;
оценка рисков при отказе машинных агрегатов с развивающимися повреждениями и дефектами, затрат на обеспечение эксплуатационной надежности и ранжирование машинных агрегатов по техническому состоянию, рискам и затратам на обеспечение эксплуатационной надежности;
разработка автоматизированной системы управления техническим состоянием и безопасностью эксплуатации машинных агрегатов.
Научная новизна
-
Для количественной оценки технического состояния машинных агрегатов предложены интегральные критерии, формируемые искусственной нейронной сетью из совокупности диагностических параметров с учетом срока и условий эксплуатации, факторов пожаро- и взрывоопасное производства. Экспериментально определены значения интегральных критериев, соответствующие предельному уровню поврежденности машинных агрегатов.
-
Установлено, что необходимый для обеспечения безопасности эксплуатации машинных агрегатов набор основных диагностических параметров должен содержать амплитуды нечетных гармонических составляющих токов и напряжений с 3 по 11 включительно и соответствующие им углы сдвига по фазе, температуру подшипников агрегата и изоляции обмотки статора двигателя.
-
Разработана автоматизированная система управления техническим состоянием и безопасностью эксплуатации машинных агрегатов на основе ранжирования с использованием интегральных критериев, величины риска и затрат на обеспечение эксплуатационной надежности для организации их приоритетного обслуживания.
На защиту выносятся
-
Экспериментально выявленные закономерности взаимосвязи диагностических параметров с режимами работы и характерными повреждениями машинных агрегатов. Необходимый набор диагностических параметров для оценки технического состояния и обеспечения безопасной эксплуатации машинных агрегатов.
-
Алгоритм для количественной оценки технического состояния машинных агрегатов нефтегазовых производств на основе использования интегральных критериев, формируемых из совокупности диагностических параметров.
-
Автоматизированная система управления техническим состоянием и безопасностью эксплуатации машинных агрегатов нефтегазовых производств на основе использования интегральных критериев и ранжирования агрегатов по техническому состоянию, рискам и затратам на обеспечение эксплуатационной надежности.
Практическая ценность
Разработанные алгоритмы и программы для ЭВМ для оценки технического состояния машинных агрегатов и элементов электропривода на основе интегральных параметров (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012615158 и № 2013618055) приняты к использованию в ОАО «Газпром нефтехим
Салават» и используются в учебном процессе в филиале ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате. Стандарт организации СТО УГНТУ 005-2013 «Диагностирование асинхронных электродвигателей с ко-роткозамкнутым ротором по значениям параметров высших гармоник токов и напряжений» используется в учебно-исследовательской работе аспирантов и магистрантов в филиале ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате. Метод оценки технического состояния оборудования использован применительно к электрооборудованию нефтегазовых производств в учебном пособии, написанном соискателем в соавторстве и опубликованном при финансовой поддержке компании ТНК-ВР (грант ТНК-ВР, договор ТВХ-1034/11 от 29.11.2011 г.).
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка» (г. Уфа, 2009, 2011, 2013 г.г.); Международной научно-технической конференции «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (г. Тольятти, 2009, 2012 г.г.); научно-практическом семинаре «Энергосбережение на предприятиях промышленности и ЖКХ» (г. Стерлитамак, 2009 г.); Международной научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов «Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов» (г. Тольятти, 2009, 2012 г.г.); Всероссийском научно-практическом семинаре «Энергоэффективность и энергобезопасность на предприятиях промышленности и ЖКХ» (г. Салават, 2010 г.); Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань, 2010, 2011, 2012, 2013 г.г.); Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Научно-исследовательские проблемы в области энергетики и энергосбережения» (г. Уфа, 2010 г.); Всероссийской научной конференции «Экологические проблемы нефтедобычи» (г. Уфа, 2010 г.); Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием) с элементами научной школы для молодежи «Федоровские чтения» (г. Москва, 2010, 2011 г.г.); Международной научно-практической конференции молодых ученых, посвященной году химии «Актуальные проблемы науки и техники» (г. Уфа, 2011, 2012 г.г.); отраслевой научно-производственной конференции «Интеграция науки и производства» (г. Салават, 2011, 2012 г.г.); Международной научно-методической конференции «Интеграция науки и образования в вузах нефтегазового профиля - фундамент подготовки специалистов будущего» (г. Салават, 2012 г.); Все-
российской молодежной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Новые технологии - нефтегазовому региону» (г. Тюмень, 2012 г.); Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии» (г. Челябинск, 2012 г.).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 40 работ, в том числе 3 публикации в ведущих научных рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК РФ.
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 137 наименований, изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков, 14 таблиц и приложения.
