Страница 12 из 29
В предлагаемых материалах мы хотели бы обсудить, что такое надежность регулирующих клапанов и запорной арматуры, как повысить надежность и расширить сроки гарантий по применяемым клапанам, а также предложить оригинальную методику предварительной оценки надежности и диагностики.
НЕМНОГО О ТЕРМИНАХ
Основным показателем качества клапанов является надежность их работы, т.е. свойство выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки (определение по ГОСТ 53672 -2009 Арматура трубопроводная. Общие требования безопасности).
Надежность клапана обусловливается его безотказностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью и долговечностью его частей.
Безотказность – это способность сохранять работоспособность в течение срока наработки без вынужденных перерывов.
Вероятность отказа – это вероятность того, что в течение времени T произойдет хотя бы один отказ.
Интенсивность отказов – отношение числа клапанов, вышедших из строя в какой-то интервал времени к среднему числу клапанов, находящихся в этом интервале в работоспособном состоянии, деленное на этот интервал времени. Этот критерий является удобной характеристикой надежности и определяется из опыта эксплуатации и специальных испытаний для оценки надежности.
Работоспособность – это состояние клапана, при котором он способен выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации.
Долговечность – свойство сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов.
Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности.
Неисправность – состояние узла, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований технической документации.
Ремонтопригодность – свойство, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов.
Дополнительно используются термины вероятности безотказной работы, вероятности отказа, интенсивности отказов, равнонадежности, потока отказов, среднего времени безотказной работы, эффективности восстановления и др.
ТРЕБОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ
По опросу, проведенному журналом CONTROL ENGINEERING в 2007 году, рис.2.5., около 80% респондентов – пользователей регулирующих клапанов – сообщили, что надежность является наиболее важным качеством клапанов. На лучших предприятиях работают или внедряются программы повышения надежности наиболее критичных регулирующих контуров, т.е. тех, которые определяют качество всего процесса, конечного продукта или существенно влияют на себестоимость. Требование надежности возрастает в случае повышения скорости процессов, повышения качества, необходимости стабильности технологических процессов и всегда помогает осуществить высокий уровень автоматизации.
Рис. 2.5.. Критерии выбора регулирующих клапанов
Уже достигнуты несомненные успехи по повышению надежности работы клапанов. До 40 % пользователей клапанов сообщили, что они заменяют или ремонтируют клапаны раз в 3 года, 30 % – раз в 2 года и 30 % – раз в год. При этом компании, которые осуществляют ремонт раз в 3 года, используют интеллектуальные системы диагностики клапанов, позволяющие предвидеть аварию, а не разбираться с ней по свершившемуся факту.
Основными причинами невысокого уровня надежности арматуры назывались: недостаточный учет реальных условий эксплуатации, недостатки в методологическом подходе к решению проблемы обеспечения надежности, скрытые технологические дефекты. Рассмотрим их подробнее.
Недостаточный учет условий эксплуатации. Имеется как минимум три этапа, и точнее это стыки между этими этапами, когда объективно «теряются» и не учитываются факторы, являющиеся потенциальными причинами будущих отказов: это недостаточное определение технических требований и неправильное заполнение опросных листов, неучет возмущающих факторов при эксплуатации. Ими могут быть: реальные режимы нагружения на элементы арматуры, зависящие от постоянных, аварийных и незапланированных пульсаций давления; монтажные перекосы и вибрация трубопроводов; усилия, возникающие при функционировании арматуры; внутренние концентраторы напряжений; технологическое термоциклирование и др. Это и специфичность совместного действия механических и термических факторов – коррозии и механических напряжений. Всегда существует возможность появления критических режимов протекания рабочих сред вследствие изменения технологических режимов системы, приводящих к повышенной турбулизации, кавитации, эрозии в местных гидравлических сопротивлениях проточной части арматуры.
Как показывает опыт, основной причиной выхода из строя арматуры является ее неправильное применение, неучет особенностей эксплуатации и параметров трубопроводных систем. При анализе и аудите причин выхода из строя арматуры зафиксировано большое число отказов, возникающих вследствие использования арматуры в условиях, не предусмотренных технической документацией.
Чтобы избежать этого, многие фирмы разрабатывают программы по повышению качества и надежности арматуры. В таких программах выделяются следующие основные задачи: создание паспортов арматуры и компьютерной базы данных по истории эксплуатации (обслуживание, аварии, ремонт каждой единицы арматуры) и снятие с тендеров закупок арматуры без надлежащего анализа ее пригодности для конкретных условий эксплуатации, предоставление поставщиком расчетных данных и обеспечения гарантий по работоспособности арматуры во время ее эксплуатации, гарантии сервисного обслуживания, поставок запчастей и др. Это устраняет возможность эксплуатации некондиционной арматуры и аварийных внеплановых остановов по причине ее выхода из строя.
К факторам, нарушающим требования документации при монтаже и эксплуатации, относятся следующие:
– перед установкой арматуры в систему не проводятся приемочные испытания, регламентируемые технической документацией;
– не контролируется гарантийный срок службы, что приводит к эксплуатации некондиционной арматуры, вероятность аварийного выхода из строя которой особенно велика;
– нарушается регламент освидетельствования и ремонта арматуры, ведение паспорта
– применяются «крючки» – рычаги-удлинители при закрывании арматуры вместо применения динамометрических ключей;
– при эксплуатации экстремальные условия возникают при незапланированных остановах и пусках технологических линий;
– запорная арматура может использоваться при регулировании и дросселировании, что приводит к выходу ее из строя.
Недостатки в методологическом подходе к оценке надежности. К ним относятся: Применение только статистических моделей, на основе информации «работоспособность – отказ» и только формального модельного подхода к распределению вероятностей отказа, тогда как на самом деле необходимо полноценно использовать данные эксплуатации.
Для расчетов надежности только арматуры по критерию постепенного или внезапного отказа применяется методика анализа и критерий непревышения критических значений «нагрузка – прочность», для анализа метрологической надежности – критерий «параметр-поле допуска».
Силовые воздействия, формирующие поля напряжений, например, в корпусных деталях вызываются, как правило, гидростатическим давлением рабочей среды, усилием уплотнения в затворе от привода, изгибающим моментом в местах соединения трубопроводов (монтажные погрешности, деформации трубопроводов в режиме эксплуатации). Возможные последствия силовых воздействий – это недопустимые деформации и разрушение деталей арматуры, разгерметизация в затворе и относительно окружающей среды.
Из всех элементов арматуры наиболее катастрофические аварии случаются при разрушении корпусов арматуры. Однако, доля таких разрушений достаточно мала, связаны они, в основном с гидравлическими ударами, технологическими скрытыми дефектами и составляют 3-5% всех видов отказов.