Совершенствование системы технического обслуживания оборудования компрессорной станции

Совершенствование системы технического обслуживания оборудования компрессорной станции

Светлана Каменских

© Светлана Каменских, 2024

ISBN 978-5-0064-5179-7

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Введение

Актуальность темы исследования обусловлена тем, что надежная и эффективная работа компрессорных станций является одним из ключевых факторов обеспечения бесперебойной транспортировки природного газа по магистральным газопроводам. Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта (ТОиР) оборудования компрессорных станций позволяет повысить эксплуатационную надежность, снизить риски возникновения аварийных ситуаций, оптимизировать затраты на ТОиР.

Теоретическая значимость работы заключается в развитии научно-методических основ организации системы ТОиР оборудования компрессорных станций, разработке новых подходов к планированию и контролю выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту, совершенствовании методов оценки эффективности ТОиР.

Практическая значимость исследования состоит в том, что его результаты могут быть использованы для повышения эффективности функционирования системы ТОиР оборудования компрессорных станций ООО «Газпром трансгаз Сургут», снижения эксплуатационных затрат, повышения надежности работы оборудования и обеспечения безопасности производственных процессов. Предложенные в работе мероприятия по совершенствованию системы ТОиР имеют существенное значение для повышения эффективности и безопасности транспортировки газа, что является актуальной задачей для дочерних обществ ПАО «Газпром».

Целью работы является разработка комплекса мероприятий по совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта оборудования компрессорной станции ООО «Газпром трансгаз Сургут» Вынгапуровского ЛПУМГ для повышения эксплуатационной надежности и эффективности работы оборудования.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Провести анализ существующей системы ТОиР оборудования компрессорной станции, выявить основные проблемы и направления совершенствования.

2. Разработать мероприятия по повышению качества подготовки персонала, осуществляющего ТОиР оборудования КС.

3. Усовершенствовать систему планирования ТОиР на основе риск-ориентированного подхода и анализа коэффициента технического использования оборудования.

4. Предложить методы повышения эффективности контроля технического состояния оборудования и устранения отказов.

5. Оценить эффективность предложенных мероприятий по совершенствованию системы ТОиР.

Объектом исследования является компрессорная станция «Вынгапуровская» ООО «Газпром трансгаз Сургут».

Предметом исследования выступает система технического обслуживания и ремонта оборудования компрессорной станции.

Гипотеза исследования заключается в том, что реализация предложенных мероприятий по совершенствованию системы ТОиР, основанных на внедрении современных методов управления надежностью, риск-ориентированного подхода к планированию работ, повышении качества подготовки персонала, позволит существенно повысить эффективность функционирования компрессорной станции, снизить риски отказов оборудования и аварийных ситуаций.

В работе использованы такие общенаучные и специальные методы исследования, как анализ научно-технической литературы и нормативной документации по теме работы, изучение и обобщение опыта эксплуатации оборудования КС, системный анализ производственных процессов, методы технико-экономических расчетов, статистические методы анализа данных по отказам оборудования и оценке эффективности системы ТОиР.

Информационную базу исследования составили научные публикации отечественных и зарубежных авторов по вопросам эксплуатации, технического обслуживания и ремонта оборудования компрессорных станций, материалы научно-технических конференций, нормативно-техническая документация ПАО «Газпром», производственно-техническая документация ООО «Газпром трансгаз Сургут», статистические данные по работе оборудования КС «Вынгапуровская».

Работа состоит из введения, 8 глав, заключения, списка использованных источников. В первой главе приводится общая характеристика компрессорной станции. Вторая глава посвящена вопросам подготовки персонала КС. В третьей главе рассматриваются основные составляющие системы ТОиР оборудования КС. Четвертая глава посвящена анализу отказов оборудования и методам их устранения. В пятой главе предложен усовершенствованный подход к планированию ТОиР. В шестой главе проводится анализ эффективности системы ТОиР. Седьмая глава посвящена применению современных технологий для анализа эффективности ТОиР. В восьмой главе оценивается эффективность предложенных мероприятий по совершенствованию системы ТОиР КС «Вынгапуровская».

1. Общая характеристика предприятия

1.1. Основные процессы на компрессорной станции

Компрессорная станция (КС) является одним из ключевых элементов газотранспортной системы, обеспечивающим надежную и бесперебойную транспортировку природного газа на дальние расстояния. Как отмечает А. Н. Козаченко, «компрессорные станции магистральных газопроводов предназначены для компримирования перекачиваемого газа с целью обеспечения его транспортировки на значительные расстояния с заданной производительностью».1

На компрессорной станции «Вынгапуровская» ООО «Газпром трансгаз Сургут» реализуется комплекс технологических процессов, связанных с подготовкой и компримированием природного газа. Основными процессами на КС являются:

1. Очистка газа от механических примесей и капельной жидкости. Этот процесс осуществляется с помощью специальных установок очистки, включающих циклонные пылеуловители, фильтры-сепараторы и другое оборудование. Очистка газа необходима для защиты технологического оборудования КС от эрозионного и коррозионного износа, обеспечения стабильной работы газоперекачивающих агрегатов (ГПА).

2. Компримирование газа. Основное назначение КС заключается в повышении давления транспортируемого газа для обеспечения его дальнейшего перемещения по магистральному газопроводу. Компримирование осуществляется с помощью ГПА, которые приводятся в действие газотурбинными установками или электроприводами. В процессе компримирования газа происходит повышение его температуры, что требует применения специальных мер по охлаждению.

3. Охлаждение газа. Для снижения температуры газа после компримирования используются аппараты воздушного охлаждения (АВО). АВО предс0тавляют собой теплообменники, в которых горячий газ охлаждается за счет теплообмена с атмосферным воздухом, нагнетаемым вентиляторами. Охлаждение газа необходимо для предотвращения теплового старения изоляционных покрытий трубопроводов и снижения энергозатрат на транспортировку.

4. Замер количества и качества газа. Для учета объемов транспортируемого газа и контроля его качественных показателей на КС используются различные системы измерений. Они включают в себя узлы коммерческого учета газа, потоковые хроматографы, анализаторы точки росы и другие приборы. Полученные данные используются для оперативного управления режимами работы КС, формирования отчетной документации, выявления и локализации утечек газа.

Реализация указанных процессов обеспечивается комплексом основного и вспомогательного технологического оборудования КС. Надежность и эффективность работы этого оборудования во многом зависит от качества проведения технического обслуживания и ремонта. Как справедливо указывают Э. А. Микаэлян и др., «обеспечение надежной и эффективной эксплуатации оборудования КС невозможно без решения комплекса задач по организации и проведению технического обслуживания и ремонта».2

Для управления режимами работы КС и контроля параметров технологических процессов используются автоматизированные системы управления (АСУ). АСУ КС строятся на базе современных программно-технических комплексов и обеспечивают оперативное управление работой оборудования, регулирование давления и расхода газа, контроль технологических параметров, аварийную защиту и сигнализацию. Применение АСУ позволяет повысить надежность и эффективность эксплуатации КС, снизить риски возникновения нештатных ситуаций.

Таким образом, на компрессорной станции «Вынгапуровская» реализуется комплекс взаимосвязанных процессов, направленных на подготовку, компримирование, охлаждение и учет транспортируемого природного газа. Эффективное управление этими процессами и поддержание работоспособности соответствующего технологического оборудования является необходимым условием обеспечения надежного и бесперебойного газоснабжения потребителей. Ключевая роль в решении этой задачи принадлежит системе технического обслуживания и ремонта оборудования КС, совершенствованию которой посвящена настоящая работа.

1.2. Основное оборудование компрессорной станции

Компрессорная станция «Вынгапуровская» оснащена современным технологическим оборудованием, обеспечивающим надежную и эффективную транспортировку природного газа. Основу производственных мощностей КС составляют газоперекачивающие агрегаты (ГПА), предназначенные для компримирования газа. Как отмечает Р. А. Кертис, «газоперекачивающие агрегаты являются сердцем компрессорной станции, от их надежности и эффективности зависит работа всей газотранспортной системы».3

На КС «Вынгапуровская» установлены газотурбинные ГПА типа ГПА-Ц-16 и ГПА-Ц-25, оснащенные центробежными нагнетателями. ГПА-Ц-16 имеет номинальную производительность 16 млн. м3/сутки и мощность газотурбинного двигателя 16 МВт. ГПА-Ц-25 обладает производительностью 25 млн. м3/сутки и мощностью 25 МВт. Применение этих высокоэффективных агрегатов позволяет обеспечить необходимый уровень компримирования газа при оптимальных энергозатратах.

Для очистки газа от механических примесей и капельной жидкости на КС используются циклонные пылеуловители и фильтры-сепараторы. Циклонные пылеуловители обеспечивают первичную очистку газа за счет центробежных сил, отделяющих твердые частицы. Фильтры-сепараторы осуществляют тонкую очистку газа путем улавливания мелкодисперсных частиц и капельной жидкости на фильтрующих элементах. Э. Р. Блинов подчеркивает, что «своевременная замена и регенерация фильтрующих элементов является важным условием обеспечения качественной очистки газа и защиты оборудования КС».4

Охлаждение газа после компримирования производится в аппаратах воздушного охлаждения (АВО). На КС «Вынгапуровская» применяются АВО горизонтального типа с вентиляторами. Горячий газ проходит по трубному пучку теплообменной секции, омываемой снаружи потоком холодного воздуха, создаваемым вентиляторами.5 Эффективность охлаждения газа в АВО зависит от многих факторов, таких как температура окружающего воздуха, чистота поверхностей теплообмена, исправность вентиляторов и приводов.

Важным элементом технологического оборудования КС является трубопроводная арматура, предназначенная для управления потоками газа. На компрессорной станции используются различные типы арматуры: запорная (краны, задвижки), регулирующая (клапаны, регуляторы давления), предохранительная (предохранительные клапаны). От надежности работы арматуры зависит возможность оперативного управления режимами транспорта газа, проведения ремонтных работ, локализации аварийных ситуаций. А. В. Рудаченко и Н. В. Чухарева отмечают, что «обеспечение надежности трубопроводной арматуры требует применения современных методов диагностики, таких как виброакустический контроль, ультразвуковая толщинометрия, магнитопорошковая дефектоскопия».

Автоматизированные системы управления (АСУ) КС построены на базе программируемых логических контроллеров, компьютерных систем диспетчерского контроля и управления, информационно-измерительных комплексов. АСУ обеспечивают контроль параметров работы оборудования, управление технологическими процессами, аварийную защиту и сигнализацию, архивирование данных. Современные АСУ КС имеют развитые системы отображения информации, включая мнемосхемы, тренды, журналы событий, что повышает информированность оперативного персонала и качество управления.

Системы электроснабжения КС включают в себя линии электропередачи, трансформаторные подстанции, распределительные устройства, системы бесперебойного питания, аварийные дизель-генераторы. Электроснабжение ГПА осуществляется по схеме с двумя независимыми взаиморезервируемыми источниками питания, что обеспечивает высокий уровень надежности. Для питания АСУ, систем связи, противоаварийной защиты применяются источники бесперебойного питания, поддерживающие работоспособность оборудования при нарушениях внешнего электроснабжения.

В состав оборудования КС входят также системы вентиляции, кондиционирования, отопления машинных залов и других производственных помещений, системы пожаротушения, оборудование и инструменты для проведения ремонтных работ. Поддержание этих систем в исправном состоянии является необходимым условием обеспечения безопасной и надежной эксплуатации КС.

Таким образом, компрессорная станция «Вынгапуровская» оснащена комплексом современного технологического оборудования, в который входят:

– Газоперекачивающие агрегаты ГПА-Ц-16 и ГПА-Ц-25, предназначенные для компримирования газа.

– Установки очистки, включающие циклонные пылеуловители и фильтры-сепараторы.

– Аппараты воздушного охлаждения газа горизонтального типа.

– Разнообразная трубопроводная арматура (краны, задвижки, клапаны и др.).

– Автоматизированные системы управления на базе современных программно-технических средств.

– Системы электроснабжения с двумя независимыми взаиморезервируемыми источниками питания.

– Вспомогательные системы вентиляции, кондиционирования, отопления, пожаротушения.

Эффективное техническое обслуживание и ремонт указанного оборудования, своевременное выявление и устранение неисправностей и отказов являются ключевыми факторами обеспечения надежной и безаварийной работы компрессорной станции, снижения производственных рисков. О. А. Степанов справедливо указывает, что «совершенствование системы управления техническим состоянием оборудования КС должно быть направлено на предупреждение отказов, оптимизацию сроков и объемов ремонтных работ, внедрение современных методов технической диагностики».6 Решению этих актуальных задач и посвящена настоящая работа.

1.3. Основные виды работ на компрессорной станции

Обеспечение надежной и эффективной эксплуатации компрессорной станции «Вынгапуровская» требует выполнения широкого спектра работ по техническому обслуживанию, ремонту, диагностике технологического оборудования. Как справедливо отмечают А. В. Герасимов и др., «организация качественного технического обслуживания и ремонта оборудования КС является ключевым фактором обеспечения безаварийной работы газотранспортной системы и снижения производственных затрат».7

Одним из основных видов работ на КС является техническое обслуживание (ТО) оборудования, которое проводится с целью поддержания его работоспособности, предупреждения отказов и продления ресурса. ТО включает в себя операции по контролю технического состояния, очистке, смазке, регулировке и замене отдельных деталей и узлов. Периодичность и объем работ по ТО определяются руководствами по эксплуатации оборудования, а также результатами диагностических обследований. По данным ПАО «Газпром», в 2021 году на объектах газотранспортной системы было проведено более 1,2 млн. операций по техническому обслуживанию различного оборудования.8

Важнейшей составляющей ТО газоперекачивающих агрегатов является контроль технического состояния основных узлов: осевого компрессора, камеры сгорания, турбины, подшипников, системы смазки и др. Для этого применяются методы вибрационной диагностики, термометрии, трибодиагностики. Внедрение систем онлайн-мониторинга, использующих постоянно контролируемые параметры работы ГПА, позволяет выявлять развивающиеся дефекты на ранних стадиях и прогнозировать остаточный ресурс агрегатов.9 Специалисты ООО «Газпром трансгаз Сургут» успешно применяют онлайн-системы мониторинга технического состояния «КОМПАКС-РДК» на ГПА-Ц-16 и «Вибробит-300» на ГПА-Ц-25.10

Для поддержания в работоспособном состоянии аппаратов воздушного охлаждения газа проводятся работы по очистке оребренных трубных пучков от загрязнений, проверке затяжки крепежных элементов, контролю состояния подшипников вентиляторов и приводов. В процессе эксплуатации АВО происходит загрязнение поверхностей теплообмена, что приводит к снижению эффективности охлаждения газа. Для борьбы с этим явлением применяют как ручную очистку, так и механизированные способы, например, гидропневматическую обработку с помощью установки «Факел-100».11

Техническое обслуживание трубопроводной арматуры предусматривает проверку герметичности запорных элементов, контроль состояния уплотнений, очистку и смазку подвижных частей. Особое внимание уделяется диагностике приводных механизмов кранов и задвижек (пневмо- и электроприводов), от которых зависит скорость и надежность срабатывания арматуры. Применение метода акустической эмиссии позволяет выявлять утечки газа через неплотности в закрытой арматуре без необходимости ее демонтажа.12

Помимо ТО, на КС выполняются различные виды ремонтов оборудования: текущий, средний и капитальный. Текущий ремонт проводится с целью устранения мелких дефектов и повреждений, обеспечения нормальной работы оборудования до очередного планового ремонта. Средний ремонт предполагает частичную разборку агрегатов, замену изношенных деталей, восстановление базовых поверхностей. Капитальный ремонт связан с полной разборкой, дефектацией и заменой основных узлов и деталей, проведением регулировочных и испытательных работ.13 Периодичность ремонтов определяется на основе оценки фактического технического состояния оборудования, анализа отказов и требований нормативно-технической документации.14

Ремонт газотурбинных ГПА включает в себя замену рабочих и направляющих лопаток компрессора и турбины, восстановление лопаточного аппарата методами наплавки и напыления, замену или ремонт камеры сгорания, форсунок, термопар, подшипников и др.15 Большой резерв повышения ремонтопригодности ГПА связан с внедрением модульно-блочных конструкций, обеспечивающих быструю замену отказавших элементов.16

Перспективным направлением совершенствования ремонтного обслуживания КС является внедрение концепции обслуживания оборудования по фактическому техническому состоянию (ОФС). Стратегия ОФС предполагает назначение ремонтов на основе комплексного анализа диагностических параметров, отражающих реальное состояние агрегатов. Это позволяет существенно сократить число неплановых остановов оборудования, оптимизировать затраты на ремонтные работы.17 По оценкам экспертов, применение ОФС на объектах газотранспортной системы России дает возможность увеличить межремонтный ресурс агрегатов на 20—30% и обеспечить экономию до 15% от затрат на ТОиР.18

Важнейшей задачей персонала компрессорной станции является контроль работы оборудования, оперативное выявление и устранение нештатных ситуаций. Дежурный персонал КС круглосуточно контролирует основные параметры технологического процесса: давление и температуру газа, частоту вращения роторов ГПА, уровни вибрации, загазованность в отсеках и т. д. В случае обнаружения отклонений от нормальных значений принимаются меры по их устранению, производится вывод оборудования в ремонт. Внедрение автоматизированных систем управления, оснащенных экспертными модулями, значительно повышает качество управления режимами работы КС и сокращает риски ошибочных действий персонала.19

В рамках работ по техническому обслуживанию и ремонту на КС также осуществляется:

– Калибровка и поверка контрольно-измерительных приборов и автоматики.

– Техническое освидетельствование и диагностика сосудов, работающих под давлением.

– Наладка и испытание электрооборудования, систем релейной защиты и автоматики.

– Обслуживание и ремонт вспомогательного оборудования (котельных, компрессоров, насосов и др.).

– Содержание в исправном состоянии инструмента, приспособлений, грузоподъемных механизмов.

В условиях интенсификации режимов транспорта газа особое значение приобретает диагностическое обслуживание оборудования КС. Внедрение современных методов неразрушающего контроля, таких как ультразвуковая толщинометрия, вихретоковая и магнитопорошковая дефектоскопия, позволяет выявлять скрытые дефекты металла на ранних стадиях развития. Применение методов технического диагностирования обеспечивает своевременное обнаружение и предупреждение отказов, переход к ремонтам по фактическому состоянию, продление ресурса безопасной эксплуатации оборудования.

Таким образом, на компрессорной станции «Вынгапуровская» выполняется комплекс работ по техническому обслуживанию, ремонту, контролю и диагностике технологического оборудования. Основными видами работ являются:

1. Техническое обслуживание, включающее операции по контролю технического состояния, очистке, смазке, замене расходных деталей. Особое внимание уделяется ТО газоперекачивающих агрегатов и аппаратов воздушного охлаждения газа.

2. Ремонтные работы (текущие, средние и капитальные ремонты), связанные с восстановлением исправного состояния оборудования, заменой изношенных узлов и деталей.

3. Контроль работы оборудования в процессе эксплуатации, оперативное выявление и устранение нештатных ситуаций.

4. Диагностическое обслуживание с применением методов неразрушающего контроля, обеспечивающее оценку фактического состояния оборудования и предупреждение отказов.

Качественное выполнение указанных работ является необходимым условием обеспечения надежности, безопасности и эффективности эксплуатации компрессорной станции. Внедрение современных методов технической диагностики, стратегии обслуживания по фактическому состоянию, модульно-блочных конструкций оборудования открывает значительные резервы совершенствования системы ТОиР. Реализация этих резервов позволит повысить КПД работы газоперекачивающих агрегатов, увеличить межремонтный ресурс, сократить затраты на ремонтно-техническое обслуживание КС «Вынгапуровская».

1.4. Система производственной безопасности опасных производственных объектов

Компрессорная станция «Вынгапуровская» ООО «Газпром трансгаз Сургут» относится к опасным производственным объектам (ОПО) в соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.1997 №116-ФЗ.20 Эксплуатация ОПО связана с риском возникновения аварий, инцидентов, несчастных случаев, которые могут привести к человеческим жертвам, нанести ущерб окружающей среде, имуществу предприятия и третьих лиц. Как справедливо отмечает М. Г. Сухарев, «обеспечение безопасной эксплуатации опасных производственных объектов газотранспортной системы является приоритетной задачей ПАО „Газпром“ и требует реализации комплекса организационных и технических мероприятий».21

Для обеспечения безопасности персонала, оборудования и окружающей среды на КС «Вынгапуровская» функционирует многоуровневая система производственной безопасности. Основными элементами этой системы являются:

1. Идентификация и анализ опасных производственных факторов, оценка рисков возникновения аварий и инцидентов. Специалисты по охране труда и промышленной безопасности регулярно проводят анализ источников потенциальной опасности на объектах КС, разрабатывают карты идентификации опасностей и оценки рисков. По данным ПАО «Газпром», в 2021 году на объектах газотранспортной системы было выявлено и устранено более 620 тыс. рисков в области производственной безопасности.22

2. Разработка и реализация мероприятий по снижению рисков и обеспечению готовности к локализации и ликвидации последствий аварий. На основе результатов анализа рисков для каждого ОПО разрабатывается План мероприятий по локализации и ликвидации последствий аварий (ПМЛА). ПМЛА содержит сценарии возможных аварий, порядок действий персонала, список сил и средств для ликвидации аварийных ситуаций. Для отработки действий по ПМЛА на КС регулярно проводятся учебно-тренировочные занятия с участием специалистов Газпром газобезопасность и МЧС России.

3. Производственный контроль за соблюдением требований промышленной безопасности. На КС организована многоступенчатая система производственного контроля, включающая ежесменные осмотры оборудования и рабочих мест, целевые и комплексные проверки состояния ОПО. Производственный контроль осуществляется силами специалистов КС, а также с привлечением экспертных организаций, имеющих лицензию Ростехнадзора на проведение экспертизы промышленной безопасности. По результатам производственного контроля разрабатываются мероприятия по устранению выявленных нарушений и предупреждению аварий.