Вибродиагностика магистральных насосных агрегатов

Вибродиагностика магистральных насосных агрегатов. Эксплуатация магистральных трубопрово­дов (МТ) на оптимальных режимах перекачки, не вызывающих повышенной вибрации магист­ральных насосных агрегатов (МНА), обеспечива­ет их надежность, долговечность и значительное снижение расходов на ремонт и эксплуатацию.

Внедрение средств мониторинга и вибродиагностики МНА является одним из важнейших факторов повышения экономической эффектив­ности использования насосного оборудования на магистральных трубопроводах.

Основная цель вибродиагностики - обнаружение повреждений на начальной стадии их возникновения (разви­вающихся дефектов). Применение современных методов измере­ния вибрации и алгоритмов обработки результа­тов полномасштабных измерений обеспечивает достижение вероятности обнаружения аварий­но-опасных дефектов - до 95%. Согласно РД 153-39ТН-008-96 все магист­ральные и подпорные насосные агрегаты долж­ны быть оснащены системами автоматической предупредительной сигнализации (среднеквадратическое значение виброскорости — 7,1 мм/с) и автоматического отключения при предельно допустимом значении вибрации (11,2 мм/с). Практика эксплуатации МНА, уровень осна­щенности перекачивающих станции МТ совре­менными техническими средствами и системами вибродиагностики и имеющаяся нормативная база позволяют, с учетом требований РД 153-39TH-008-96, ГОСТ Р ИСО 10816-3-99, перейти на трехуровневую систему автоматической сиг­нализации и защиты магистральных насосных агрегатов по вибрации: 1-ый уровень - "Предупреждение": при уровне вибрации 7.1 мм/с должна формировать­ся предупредительная сигнализация; 2-ой уровень - "Условное отключение": при уровне вибрации 11.2 мм/с должна формиро­ваться сигнализация о максимально высоком уровне вибрации МНА и выдаваться команда "Отключение" с задержкой ее исполнения (вплоть до полного запрета прохождения); 3-ий уровень - "Отключение": при уровне вибрации 13,8 мм/с должна выдаваться команда на остановку МНА. Одной из основных причин снижения КПД магистральных насосов по сравнению с паспорт­ными значениями, кроме недостатков их изго­товления, ремонта и монтажа, является увели­ченный уровень вибрации при их эксплуатации на неноминальных режимах и дросселировании напора системами автоматического регулирова­ния перекачивающих станций.

При совпадении собственных частот колебаний рабочих лопастей или деталей насоса с час­тотами колебаний, возникающих при кавитации, особенно при малых подачах, возможно появле­ние интенсивных автоколебаний лопаток, а так­же ротора, обвязки и корпуса, что может привести к быстрому разрушению насоса.

При малых расходах наблюдается неодно­родная работа межлопаточных каналов колеса, сопровождающаяся колебаниями на лопастных частотах, что также может привести к кавитационным процессам и соответствующей вибра­ции. При чрезмерно больших расходах наличие интенсивных вихрей в отводах и колесе приво­дит к тому, что давление в вихревых областях понижается, способствуя возникновению кавитационных процессов. Для предотвращения отключения магист­ральных насосных агрегатов системой автома­тики по повышенной вибрации, вызванной тех­нологическими причинами, т.е. при эксплуата­ции на неноминальных или переходных режи­мах, на перекачивающих станциях МТ предус­матривается применение системы контроля виб­рации с коррекцией по расходу – СКВ-Р. В состав системы входят: 1. Магистральный насосный агрегат с уста­новленными на нем вибродатчиками, измеряю­щими виброускорение на подшипниках насоса и электродвигателя, а также осевую вибрацию. 2. Вторичный преобразователь аппаратуры виброконтроля типа СВКА1-02. 3. Блок сбора данных, входящий в комплект аппаратуры виброконтроля. 4. Двухлучевой ультразвуковой расходомер типа "Взлет PC" (УРСВ-01ОМ), монтируемый на линии выхода (или входа) перекачивающей станции с соблюдением требований по длинам прямых участков до и после него; вторичный из­мерительный преобразователь ультразвукового расходомера с унифицированными выходными сигналами и стандартными протоколами интер­фейсов. 5. Микропроцессорная система автоматиза­ции перекачивающей станции. 6. Шины интерфейса с протоколом обмена данными типа ModBus RTU фирмы MODICON. Сигналы с вибродатчиков, пропорциональ­ные виброускорениям на подшипниках МНА, собираются и обрабатываются вторичным пре­образователем СВКА1-02. Снятие информации с вторичного преобразователя осуществляется блоком сбора данных.

Электрический сигнал, пропорциональный расходу на выходе (приеме) перекачивающей станции, от электроакустических датчиков ультразвукового расходомера поступает во вторич­ный измерительный преобразователь расходо­мера, установленный в операторной.

На жидко­кристаллическом индикаторе вторичной аппа­ратуры индицируются мгновенный расход и на­растающие показания перекачки. Данные на выходе вторичной аппаратуры расходомера запрашиваются и затем обрабаты­ваются блоком сбора данных.

В соответствии с алгоритмом выработки сигналов аварийных за­щит блок сбора данных выявляет наличие (от­сутствие) переходного режима перекачки, ана­лизирует, в каком диапазоне подач — номиналь­ном или неноминальном — находится фактичес­кое значение мгновенного расхода, формирует в блоке релейных защит соответствующие сигна­лы и передает их в микропроцессорную систему автоматизации перекачивающей станции. Алгоритм работы системы СКВ-Р функцио­нирует следующим образом.

Для каждого насосного агрегата задаются верхняя и нижняя границы номинального расхо­да (подачи): и Уставка предупредительной сигнализации о повышенной вибрации МНА - Усигн, равная 7,1 мм/с, задается одинаковой для всех насос­ных агрегатов.

Задаются следующие уставки защиты МНА: - Узащ1 = 11,2 мм/с, если значение мгновенного расхода находится в пределах установленных значений и для номинального расхо­да; - Узащ2 = 13,8 мм/с, если значение мгновенно­го расхода находится вне установленных преде­лов для номинального расхода.

Действие уставки Узащ1 имеет условный ха­рактер в пределах интервала времени с мо­мента формирования команды на отключение МНА, т.е. команда может быть сквитирована оператором, и безусловный характер — по исте­чении этого времени.

Величина задержки на отключение МНА устанавливается в соответствии с утвержденной технологической картой МТ. Действие уставки Узащ2 имеет безусловный характер.

Действие уставок защиты Узащ1 и Узащ2 авто­матически блокируется как на время исполне­ния программы пуска МНА, так и на время пере­ходных режимов в МТ. Признаком переходного режима является превышение абсолютной величиной первой про­изводной расхода по времени — dQ/dt значения уставки "Скорость изменения расхода". Величина dQ/dt постоянно вычисляется и контролируется контроллером системы станци­онной автоматики.

Значение уставки "Скорость изменения рас­хода" вводится в соответствии с утвержденной технологической картой МТ. На время проведения технического обслу­живания или при отсутствии ультразвукового расходомера допускается ручной ввод операто­ром значения объемного расхода перекачки. Кроме применения в системе СВК-Р показания ультразвукового расходомера могут также использоваться в системе обнаружения уточек из МТ; для контроля прохождения по МТ средств очистки и диагностики; контроля про­хождения партий при последовательной пере­качке; контроля прохождения по МТ воздушных пробок и предметов, остающихся в МТ после ре­монтных работ.

Развитие вибродиагностики и мониторинга насосного оборудования, эксплуатируемого на МТ, решают проблему обеспечения промышлен­ной и экологической безопасности перекачиваю­щих станций, являющихся объектами повышенной опасности, поскольку современные техниче­ские средства вибродиагностики позволяют вы­являть зарождение дефектов узлов магистраль­ных насосных агрегатов, отслеживать их развитие и предупреждать аварийные ситуации.

При решении задач оптимизации установки магистральных насосных агрегатов на перека­чивающих станциях и режимов перекачки дол­жен применяться критерий не только мини­мальных энергозатрат, но и критерий мини­мальных эксплуатационных издержек, вызыва­емых повышенной вибрацией МНА. Переход от двухуровневой защиты МНА по вибрации на трехуровневую, с граничным (ава­рийным) уровнем вибрации, рекомендуемым ГОСТ Р ИСО 10816-8-99, направлен на повыше­ние надежности эксплуатации работы магист­ральных трубопроводов. 4.