ВВЕДЕНИЕ
Эксплуатационная надежность магистрального газопровода в значительной степени определяется надежной работой стальной запорной арматуры, которая, в свою очередь, явля¬ется дорогостоящим и дефицитным оборудованием, особенно линейные краны МГ. Последнее обусловлено большими размерами и высокой точностью изготовления рабочих поверхностей армату¬ры. Учитывая значительное количество запорной арматуры (60 % из которой отечественного и 40 % импортного произ-водства), эксплуатирующейся на объектах транспорта газа, даже минимальное число отказов (негерметичность уплот¬нений штока и т. п.) приводит к потерям больших объемов газа. При авариях на МГ от надежности запорной арматуры в большой степени зависит объем безвоз-вратных потерь перекачиваемого продук¬та и, как следствие, экологический урон, наносимый природной среде. Например, только за квартал на 13 газотранспортных предприятиях Газпро¬ма при ремонте 90 единиц запорной арматуры теряется 83,2 млн . м3 газа.
Согласно ГОСТ 9544-93 и РД 2607-27-99, за¬порная арматура должна обеспечивать герметизацию и сохранять работоспособность в течение длительного срока.
В связи с многообразием эксплуатиру¬емой запорной арматуры (различное конструктивное исполнение корпуса и затвора, различные приводы - пневмогидравлический, пневматический и т. д.) показатели ее надежности значительно отличаются. Например, широко применяемые прямоточные шаровые краны имеют низкое гидравлическое сопротивление, постоянный контакт уплотнительных поверхностей и отличаются меньшими, чем конические и цилиндрические краны, размерами и массой, большей прочностью и жесткостью. Следует заметить, что арматура даже одного типа, установленная на одном МГ, эксплуатируется в различных условиях. Например, температура транспортируемого газа по длине перегона может изменяться от 40 до 3 0С, давление на выходе из КС может достигать 7,5 МПа, а на входе 5,3 Мпа. Арматура линейной части находится в основном в состоянии готовности и перекрывается очень редко при выполнении плановых и неплановых ремонтов, т. е. имеет наработку в среднем 2-3 цикла в год. К отказу запорной арматуры могут привести коррозия металлических элементов (запорное устройство, корпус), ползучесть уплотнений и прокладок, окис¬ление уплотняющих и антифрикционных СМАЗОК и пр. Эти явления устраняются при своевременном техническом обслуживании и плановом ремонте. Наработка на отказ линейной запорной арматуры определяется, главным образом, календарным временем эксплуатации, а не числом срабатываний. Выход ее из строя обусловлен целым рядом причин, наиболее значимыми из которых являются: низкое качество перекачиваемого газа, длительность цикла открытия – закрытия, превышение нормативного момента на приводе запорного устройства.
По данным Газпрома 20 % транспортируемого природного газа не соответствует требуемым нормам по точке росы.Треть парка эксплуатируемых пылеуловителей в среднем имеют срок службы более 20 лет, что свидетельствует об их физическом и моральном износе и как следствие,
о снижении эффективности очистки газа от механических примесей. Наличие в газе механических примесей и влаги приводит к эрозии рабочей поверхности запорного устройства и СКОрому отказу крана. Скопление твердых частиц (песок, окалина, огарки электродов и др.) в пазах между запорным устройствоМ и корпусом крана при перестановках затвора обусловливает повреждение поверхности пробки и седла и скорый отказ устройства. Огарки электродов иногда становятся причиной заклинивания линейного крана. Вследствие некачественного технического обслуживания линейных кранов и несвоевременной замены фильтра очистки импульсного газа (а порой и его отсутствия) снижается надежность работы привода запорного устройства. Пыль и конденсат, попадая на рабочие механизмы крана и привода, провоцируют быстрый их износ. При низких температурах даже незначительнее содержание влаги в газе вызывает примерзание импульсных линий, узлы управления кранами, телеметрические датчики в зимнее время могут обусловливать ложное срабатывание линейных кранов.
Увеличение длительности цикла открытия – закрытия линейной запорной арматуры, обусловленное техническим состоянием и конструкцией кранового узла, приводит к ускоренному абразивному износу рабочих поверхностей запорного устройства, потере герметичности и быстрому отказу крана. Нередки случаи остановки шарового затвора в промежуточном положении при пневмогидравлическом управлении. В данном случае шаровой затвор выступает в роли местного сопротивления
Поток газа проходит между седлами и шаровым затвором с большой скоростью, и под воздействием абразивных частиц, находящихся в газе, происходит эрозия уплотнений седел и затвора. Следствием этого является нарушение герметичности затвора.
Превышение нормативного момента на приводе запорного устройства часто происходит при открытии – закрытии кранов больших диаметров производства Алексинского завода с применением пневмопривода без демпфирования. Максимальный крутящий момент на поворотный ме-ханизм в этом случае в несколько раз превышает необходимый для перестановки шарового затвора. Это приводит к быстрой перестановке шарового затвора, которая сопровождается сильным динамическим ударом поворотного механизма привода по ограничителям угла поворота. В результате нарушается резьбовое соединение стального штока с чугунным поршнем. В случае примерзания поршней последние при подаче большого давления срываются, а динамический удар бывает настолько сильным, что происходят срезание болтов крепления фланцевого соединения привода с колонной и мгновенный разворот привода вокруг своей оси. Вопреки правилам эксплуатации, нередко краны открывают при наличии перепада давления на шаровом затворе. В этом случае крутящий момент на приводе суммируется с крутящим моментом на шаровом затворе из-за скоростного напора потока газа. В результате мгновенной пе-рестановки крана возникают сильный динамический удар и значительная высокочастотная вибрация крана вследствие турбулентного течения газа при прохождении через промежуточное положение затвора. Следствием этого является сильное сотрясение крана вместе с газопроводом, а в некоторых случаях и разрушение газопровода. Такой случай имел место в 1999 г. на предприятии «Югтрансгаз».
При эксплуатации недостаточно вни¬мания уделяется состоянию адсорбента в фетровых фильтрах-осушителях привода. В зимнее время увлажненный адсорбент смерзается, а в летнее сильно уплотняется: и в том и в другом случае проходимость газа нарушается. Как правило, техническое обслуживание приводов и кранов проводится нерегулярно, в основном перед началом каких-либо работ на газопроводе, что отрицательно сказывается на их надежности.
При грандиозных темпах строительства газопроводов, наблюдавшихся до 90-х гг., проектные системы телемеханики так и не были введены в действие. Проектные решения по прокладке кабелей телемеханики вдоль трассы к узлам подключе¬ния на линейной части газопровода оказались в основном ошибочными, так как при авариях на линейной части газопро¬вода возможно их повреждение.
На 01.01.99 г. уровень телемеханизации газопроводов составлял всего 43,8 %. Северные 10-ниточные газопроводы телемеханизированы не полностью.
Ниже приведены данные об отказах запорной арматуры отечественного и импортного производства ( % ), эксплуатируемой на предприятиях Газпрома
Кемеровохиммаш ……………………………. 15,41
Дзержинскхиммаш …………………………... 10,66
Алексинский завод ТПА …………………….. 2,66
Нико – Грове ( Япония )……………………… 0,96
Грове ( Италия ) ………………………………. 1,08
Камерон ( Франция )…………………………. 1,99
Кобе Стил ( Япония )…………………………. 4,73
В последнее время проблема надежности газопроводов и технологического оборудования перешла из теоретической области в практическую и стала актуальной как в рамках НИР, так и на уровне эксплуатации и технического надзора.
ХАРАКТЕРНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И НЕПОЛАДКИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ РАБОТЕ ЗАПОРНЫХ КРАНОВ С ШАРОВЫМ ЗАТВОРОМ
Негерметичность шарового затвора возможна в двух случаях: если затвор недозакрыт или наблюдается эрозионный износ уплотнений шарового затвора. Дозакрытие шарового затвора производят ручным насосом. Утечку газа через затвор устраняют набивкой в него смазки. При отсутствии подвода смазки или неэффективности набивки кран необходимо вырезать из газопровода и отремонтировать в мастерской.
Отказ в работе зимой шарового затвора происходит в результате примерзания пробки к корпусу при неудовлетворительном дренаже влаги и конденсата из полости шарового затвора. В этом случае кран необходимо отогреть с помощью передвижного парово¬го котла и удалить влагу и конденсат из корпуса.
Отказ в работе системы гидропневматического управления связан с износом поршневых уплотнений в сервомоторе и характеризуется большим выбросом масла из гидробаллона. Для устранения неисправности проводится ревизия гидроцилиндров и замена изношенных поршневых уплотнений. Отказ в работе этой системы зимой — результат забивки гидратами импульсных линий, обратных клапанов, фильтра-осушителя. Для устранения данной неполадки необходимо отключить от газопровода систему управления, сбросить давление газа, провести ревизию и продувку перечисленных элементов.
Неполное открытие и закрытие затвора крана может быть связано с нарушением заводской регулировки хода поршней, деформацией кулисы, появлением люфтов в шпоночных соединениях сервомотора и крана, соединениях сервомотора с колонной и корпусом крана. Чтобы устранить эту неисправность, необходимо проверить точность хода поршней в сервомоторе и ликвидировать люфты в соединениях. Люфты в шпоночных соединениях устраняют только в ремонтных мастерских, в соединениях сервомотора с колонной и корпусом крана — подтяжкой их крепежных элементов непосредственно на кране.
Если указатель поворота неверно показывает положение шарового затвора, значит неправильно смонтирована коробка конечных выключателей на корпусе поворотного механизма. Для устранения неисправности необходимо демонтировать коробку конечных выклю¬чателей и ввести в зацепление валик коробки конечных выключателей со шпинделем крана.
Негерметичность уплотнения шпинделя происходит в результате износа уплотнительных резиновых колец. Для устранения неис¬правности необходимо демонтировать сервомотор с блоком управления и колонной и заменить изношенные резиновые уплотнительные кольца. Большая утечка масла из гидроцилиндров в корпус кулисного механизма происходит из-за износа одного из штоковых уплотнений гидроцилиндров. В этом случае необходимо заменить изношенные уплотнения штока.
Отказ в работе сервомотора в зимний период эксплуатации, как правило, связан с заливкой в гидробаллоны некондиционного масла или замерзанием в нижней части гидробаллонов шлама с водой. После отогрева привода и гидробаллонов необходимо слить некон¬диционное масло и залить чистое. в привод отечественных кранов можно заливать масла марок МГЕ-10А, ВМГЗ, ПМС-20; В гидробаллоны отечественные масла заливают после полного удаления из них и гидроцилиндров фирменного масла и шлама.
ОСПОВЫ ДИАГПОСТИКИ ЗАПОРНЫХ ГАЗОВЫХ КРАНОВ
Диагностика — комплекс методов и средств обнаружения скрытых неисправностей в работе газовых кранов без разборки и про¬гнозирования сроков их работы, позволяющий количественно оценить безотказность и эффективность работы газовых кранов и про¬гнозировать эти свойства при заданной наработке, поддерживать на высоком уровне надежность газовых кранов, уменьшать расход запасных частей, материалов и трудовых затрат на техническое обслуживание и ремонт газовых кранов. Диагностика является тех¬нологическим элементом профилактики и ремонта кранов.
ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ И ПАРАМЕТРЫ
Физические величины, определяющие связь и взаимодействие между элементами газовых кранов, называют параметрами технического состояния, или структурными параметрами. Например, параметрами технического состояния сопряжения поршень—цилиндр силового привода могут быть размеры сопряженных деталей поршня и цилиндра, которые определяют зазор между ними, овальность и др. В процессе эксплуатации под влиянием различных факторов (конструктивно-технологических, эксплуатационных и др.) параметры технического состояния изменяются от номинальных до предельных величин, обусловленных вероятностью отказов к неисправностей газовых кранов.
При диагностике параметры технического состояния газового крана и его элементов измеряют косвенно (прямое измерение структурных параметров провести невозможно). При этом используют выходные (рабочие) и сопутствующие процессы, порождаемые функционирующим механизмом или узлом. Эти процессы, называемые диагностическими признаками, функционально связаны с техническим состоянием механизма и содержат информацию, необходимую для диагностики. Такие диагностические признаки, как эффективность механизма, герметичность, время перестановки затвора, точность установки затвора в крайние положения, состав гидравлического масла, наиболее часто используют при диагностике газовых кранов. Диагностические признаки количественно можно onределить с помощью соответствующих диагностических параметров, например эффективность силового привода—по величине крутящего момента, насоса — по величине создаваемого им давления и т. д. Эти параметры дают обобщенную информацию о состоянии механизма в целом, которая является основой для дальнейшей поэлементной диагностики. Сопутствующие параметры можно оценить с помощью таких диагностических параметров, как скорость падения давления масла в гидроцилиндре после окончания перестановки затвора, вязкость масла, содержание в нем воды и продуктов износа, вибрации затвора при пропуске газа и т. д. Они дают более узкую, конкретную информацию о техническом состоянии диагностируемого механизма и достаточно универсальны.
Диагностические параметры механизма являются переменными случайными величинами и имеют соответствующие номинальное и предельное значения. С увеличением наработки газового крана (числа циклов открытия и закрытия затвора) диагностические признаки могут увеличиваться (время перестановки затвора и др.) или уменьшаться (давление масла и др.).
МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ
Метод диагностики газового крана зависит от способа измерении параметров, наиболее приемлемого для данных диагностических признаков. В настоящее время наибольшее распространение получили следующие методы диагностики:
по эффективности (по параметрам рабочих процессов)—измеряют величину крутящего момента силового привода, минимальное давление газа, необходимое для перестановки затвора, время перестановки затвора, утечки газа через дренажную трубку в закрытом положении затвора, количество смазки, необходимой для герметизации затвора и уплотнения шпинделя;
по герметичности рабочих объемов—оценивают техническое стояние гидро- и пневмоприводов;
по геометрическим величинам (зазорам, люфтам, смещениям, деформациям)—оценивают техническое состояние зубчатых и червячных редукторов, поворотных кривошипно-шатунных, реечных кулисных механизмов, подшипников, шпинделей, полуосей и др;
по колебательным процессам — оценивают состояние силовых привода (по стуку), проверяют динамическую уравновешенность затвора крана в открытом положении при пропуске газа (по вибрации);
по составу эксплуатационных материалов—оценивают работу силового привода (по содержанию в масле воды, механических примесей, продуктов износа) и системы управления (качество осушки импульсного газа после фильтра-осушителя).
Общее техническое состояние крана можно оценить по учетным данным (вре-мени установки, числу ремонтов и т. д.), общим диаг¬ностическим параметрам, данным осмотра и опробования крана.
ДИАГНОСТИКА ЗАТВОРОВ ГАЗОВЫХ КРАНОВ
При диагностике затворов газовых кранов выполняют ряд контрольных операций. Ротамером замеряют утечку газа через откры¬тую дренажную трубку при закрытом затворе. По ее величине косвенно можно судить о герметичности затвора. При наличии давле¬ния газа с обеих сторон затвора крана величина утечки не должна превышать двойной величины утечки газа через затвор, допускае¬мой по ГОСТ 9544—75 и зависящей от диаметра крана. Если вели¬чина утечки превышает норму, замеряют количество смазки, нагне¬таемой в затвор для достижения необходимой герметичности, и сравнивают полученные данные с паспортными. Аналогично прово¬дят диагностику уплотнения шпинделя газового крана.
ДИАГНОСТИКА СИЛОВЫХ ПРИВОДОВ
При диагностике силовых приводов измеряют с помощью моментомера крутящий момент при минимальном и максимальном рабочих давлениях, характеризующий эффективность работы, и время перестановки затвора крана при минимальном и максимальном дав¬лениях в приводе. Если полученные результаты соответствуют паспортным данным, диагностику привода можно закончить. При не¬удовлетворительных результатах проводят диагностику гидроцилиндров по герметичности рабочих объемов. Как правило, в си¬ловых приводах газовых кранов устанавливают гидроцилиндры двойного действия. Для проверки герметичности поршневых уплот¬нений замеряют уровни масла в гидробаллонах, затем несколько раз перестанавливают затвор крана ручным насосом и гидропневматически, вновь замеряют уровни масла в гидробаллонах и сравнивают полученные результаты. При данном методе можно обнаружить только весьма значительную утечку масла через поршневое уплотнение. Герметичность можно проверить и другим методом. На отверстии для продувки воздуха одной из полостей гидроцилиндра через переходник устанавливают образцовый манометр. Затем, поставив затвор крана в конечное положение, в полости создают давление, равное 4,5—6 МПа. В течение 5—10 мин контролируют темп падения давления масла в гидроцилиндре. Если падение давления ,за 5 мин превысит 0,5 МПа, поршневые уплотнения можно считать герметичными. Аналогично проверяют герметичность нагнетательного клапана ручного маслянного насоса после предварительной установки на нагнетательной линии заглушки.
Обязательна диагностика снлового привода по геометрическим величинам. Для достижения точности установки затвора крана в открытое или закрытое положение поворотным механизмом привода необходимо обеспечить поворот пробки крана па 90° с точностью до ЗО". Правильность установки затвора в конечные положения проверяют с помощью угломера и рисок, которые наносят на шпиндель, крана, или тщательно выверенного указателя поворота затвор; При отклонении угла поворота в ту или другую сторону на 1° регулируют ход поршней в приводе и устраняют люфты в шпоночном и других соединениях привода с корпусом газового крана. Отсутствие контроля за точностью угла поворота пробки приводит к потере герметичности затвора газовых кранов.
Причиной отказов в работе силовых приводов в зимнее прем и очень часто является замерзание воды в нижней части гидробаллонов. Содержание воды в масле определяют в лабораторных усло¬виях после взятия пробы из нижней части гидробаллонов. При обнаружении даже незначительного количества воды (0,1 г/л) гидромасло в приводе необходимо осушить с помощью передвижной установки осушки масла на цеолитах или полностью заменить его.
Качество гидромасла характеризует также вязкость. При обнаружении (в лабораторных условиях) значительных отклонений полученных данных от величины, указанной в технических условиях, масло должно быть заменено.
При установке на газовых кранах пневматических приводов проводят диагностику по колебательным процессам (на отсутствие стуков, особенно в конечных положениях при перестановке затвора), Наличие стуков свидетельствует о неправильной регулировке хода поршней в пневмоприводе, большом моменте трения в затворе или о других факторах, которые необходимо устранить во избежание разрушения пневмоцилиндров.
Степень вибрации затворов кранов, установленных на свечных обвязках или обвязках центробежных нагнетателей, контролируют с помощью виброметров.
Практика показывает, что при вибрации на кранах, paвной 50—85 мкм, возникает опасность самопроизвольной перестановки затворов кранов в результате снижения трения в них и приводах кранов.
Список литературы
1. Запорные краны для магистральных газопроводов и подземных хранилищ. (Л.И. Борщенко. Москва, «НЕДРА», 1979 г.)
2. Трубопроводная арматура. (Уфа, УГНТУ, 2003 г.)
3. Слесарь по ремонту запорных кранов на МГП. (Л.И. Борщенко. Москва, «НЕДРА», 1976 г.)
4. СНиП 2.05.06-85*
5. ГОСТ 9544-93. Арматура трубопроводная, запорная. Нормы герметичности затворов.
1. Запорные краны для магистральных газопроводов и подземных хранилищ. (Л.И. Борщенко. Москва, «НЕДРА», 1979 г.)
2. Трубопроводная арматура. (Уфа, УГНТУ, 2003 г.)
3. Слесарь по ремонту запорных кранов на МГП. (Л.И. Борщенко. Москва, «НЕДРА», 1976 г.)
4. СНиП 2.05.06-85*
5. ГОСТ 9544-93. Арматура трубопроводная, запорная. Нормы герметичности затворов.
Автор реферата: Обливанцев В.Н. (ВОЛГОГРАДСКИЙ КОЛЛЕДЖ НЕФТИ И ГАЗА МЕХАНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КУРСЫ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ ) 2004г.
Приобететение доступа к файлам
ВНИМАНИЕ: Данная информация получена путем сканирования, цифровой обработки физических носителей или обмена с неравнодушными пользователями. Она не имеет отметок грифа секретности и тайны, если вы считаете, что эта информация нарушает Ваши авторские или другие права. Незамедлительно сообщите администратору для удаления ее из портала.