Поддержание надежности оборудования при эксплуатации

             Низкая надежность оборудования, как правило, при­водит к увеличению эксплуатационных расходов и времени про­стоя. Кроме того, при недостаточной надежности внезапные от­казы сборочных единиц и деталей из-за нарушений установлен­ной технологии могут привести к тяжелым авариям, затраты на ликвидацию которых весьма велики. Однако повышение надежности связано с усложнением оборудования и повышением его стоимости, поэтому необходимо установить некоторую опти­мальную надежность, исходя из критерия минимальной стоимо­сти проектирования, изготовления и эксплуатации оборудования. Проектирование и изготовление высоконадежного оборудования требует дополнительных средств. Однако с увеличением надеж­ности уменьшается число отказов, время вынужденного простоя, необходимое количество запасных частей, что позволяет снизить эксплуатационные расходы. Таким образом, с увеличением на­дежности оборудования растет стоимость проектирования и из­готовления, но уменьшается стоимость эксплуатации. При этом существует некоторая (оптимальная) надежность, при которой суммарная стоимость проектирования, изготовления и эксплуа­тации минимальна. Такой оптимальный уровень надежности на­зывается нормой надежности.

В табл. 4.9 приведены классы надежности для бурового обо­рудования и оптимальные значения уровня безотказности, разра­ботанные на основании обобщения статистического материала об отказах оборудования буровых установок для бурения глубоких скважин на нефть и газ.

Требования повышения безотказной работы оборудования, связанные с обеспечением установленной оптимальной надежно­сти, настолько высоки, что удовлетворить этим требованиям, не прибегая к специальным мерам по повышению его надежности, часто не представляется возможным.

Надежность оборудования закладывается при проектирова­нии, реализуется при изготовлении, монтаже и наладке и расхо­дуется при эксплуатации.

Все методы обеспечения надежности оборудования принципи­ально могут быть сведены к следующим основным:

- резервированию;

- уменьшению интенсивности отказов элементов системы;

- сокращению времени непрерывной работы;

- уменьшению времени восстановления;

- выбору рациональной периодичности и объема контроля сис­темы.

Реализация указанных методов осуществляется при проекти­ровании, изготовлении и в процессе эксплуатации оборудования. От работы проектировщика в первую очередь зависит как будет работать оборудование

Таблица 4.9

Классы надежности бурового оборудования

Класс надеж­ности		Наименование не­-		Оптимальное
	Характеристика отказов	исправного обору­дования, сборочной	Последствия из-за отказа	значение вероятности безотказной
		единицы, детали		работы
I	Внезапные от­	Несущие элементы	Возможные чело­	P{L =
	казы основных	талевой системы,	веческие жертвы,	- 5000 м)}>
	деталей и частей,	тормозное устрой­	значительный ма­	> 0,99
	недопустимые в	ство буровой ле­	териальный ущерб
	процессе бурения	бедки, устройства для захвата и под­вешивания труб
II	Внезапные отка­	Оборудование,	Возможность ава­	P{L >
	зы основных де­	обеспечивающее	рий и прихватов	> 5000 м}>
	талей и частей,	циркуляцию про­	при бурении со	> 0,99
	обеспечивающих	мывочной жидкос­	значительным ма­
	выполнение ос­	ти, привод и подъ­	териальным ущер­
	новных техноло­	ем инструмента	бом
	гических опера­
	ций при проводке
	скважин
III	Отказы основных	Основная опора	Длительные про­	P{L >
	деталей и частей,	вертлюга, основная	стои и досрочная	> 5000 м}=
	приводящие к до­	и вспомогательная	смена (до отработ­	- 0,88
	срочной замене	опоры ротора, де­	ки установленного
	оборудования в	тали приводной	ресурса) оборудо­
	период бурения	части бурового на­соса и др.	вания в период бурения
IV	Отказы оборудо­	Детали гидравли­	Простои оборудо­	P{t >
	вания из-за вы­	ческой части бу­	вания, связанные	> 200 ч} =
	хода из строя	ровых насосов,	со сменой быстро­	- 0,80
	быстроизнаши­	грязевый сальник	изнашивающихся
	вающихся дета­	вертлюга	деталей в период
	лей и частей		бурения
V	Отказы вспомога­	Части гидроцик­	Непродолжитель­	P{t >
	тельного обору­	лонных установок,	ные простои обо­	>200 ч}
	дования и инст­	мешанок, смесите­	рудования с незна­	0,75
	румента	лей н др.	чительным мате­риальным ущербом

 

в тех или иных условиях эксплуатации. Из этого вовсе не следует, что процесс эксплуатации не влияет на надежность объекта. При эксплуатации обслуживающий персонал может существенным образом изменить надежность систем.

В процессе проектирования используются схемные и конст­рукционные методы обеспечения надежности систем. Схемные методы включают:

- анализ прототипов;

- создание схем с минимально необходимым числом элементов; применение - резервирования;

- разработку схем, не допускающих опасных последствий отка­зов их элементов;

- оптимизацию последовательности работы элементов схемы; предварительный расчет надежности проектируемой схемы. Уменьшение числа элементов при прочих равных условиях приводит к увеличению вероятности безотказной работы систе­мы, а также благоприятно сказывается на ее массе, габаритах и стоимости.

Однако при этом необходимо помнить, что сокращение числа элементов не должно увеличивать коэффициент нагрузки у ос­тавшихся элементов, в противном случае эффект может быть прямо противоположным.

Под оптимизацией последовательности работы элементов схемы понимается согласование тактов автоматической работы схем не только по времени, но и по достижении тем или иным параметром заданного значения.

При создании схем с ограниченным последействием отказов применяется включение в схемы специальных защитных и пре­дохранительных устройств, которые предотвращают аварийные последствия отказов.

Резервирование — один из наиболее эффективных методов по­вышения надежности объектов. При резервировании в конструк­ции заранее предусматривается замена неисправного элемента исправным.

Резервирование, как средство повышения надежности, наибо­лее целесообразно применять для повышения надежности обору­дования, предназначенного для непрерывной работы в течение короткого времени. Использование резервирования для повыше­ния надежности оборудования, предназначенного для длительной работы, часто связано с высоким резервированием или с приме­нением специальных способов резервирования. Повышение на­дежности оборудования путем его резервирования приводит к ухудшению таких характеристик как масса, габаритные размеры, стоимость, условия обслуживания (увеличение частоты проверок, числа запасных деталей и частей) и поэтому ограничивает ис­пользование этого метода при конструировании оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи.

В число конструкционных методов повышения надежности входят:

- упрощение кинематической схемы;

- обеспечение равнопрочности основных деталей и сборочных единиц;

- правильный выбор материалов;

- использование элементов с малыми значениями интенсивно­сти отказов при заданных условиях эксплуатации (выбор эле­ментной базы);

- обеспечение благоприятного режима работы элементов;

- рациональный выбор совокупности контрольных параметров;

- рациональный выбор допусков на изменение основных пара­метров элементов и системы в целом;

- защита элементов от вибраций и ударов;

- унификация элементов и системы в целом;

- разработка эксплуатационной документации с учетом опыта применения системы, подобной конструируемой;

- обеспечение эксплуатационной технологичности конструкции (применение встроенных контрольных устройств, автоматизация контроля и индикация отказов, удобство подходов для обслужи­вания и ремонта).

  На стадии конструирования необходимо выбрать такие разме­ры деталей и обеспечить такие условия их работы, при которых интенсивность разрушения будет минимальной. В этом случае необходимо определить соответствующие нагрузки и скорости относительного перемещения трущихся поверхностей, преду­смотреть наиболее совершенные устройства для смазки, выбрать оптимальные посадки в сопряжениях и т.п.

Для повышения долговечности машины конструктор обязан предусмотреть высокую ремонтопригодность ее основных частей, т.е. обеспечить простоту обслуживания и ремонта машины.

Одна из эффективных мер в этом направлении - максималь­ная унификация сборочных единиц и деталей, которая дает воз­можность изготовить машины из типовых сборочных единиц и агрегатов, благодаря чему можно быстро и просто заменить в них вышедшие из строя элементы на местах эксплуатации и ремон­тировать в централизованном порядке на хорошо оснащенных специализированных предприятиях. Перспективным направлени­ем в повышении долговечности машин является создание само­регулирующихся и самовосстанавливающихся сборочных единиц и систем. Сущность подобных решений заключается в обеспече­нии постоянства основных конструктивных параметров сопряже­ния в процессе работы посредством их автоматической регули­ровки и подналадки.

  Значительная доля отказов оборудования обусловлена произ­водственно-технологическими причинами. Анализ статистиче­ских данных позволяет сделать вывод о том, что производствен­ными причинами снижения надежности оборудования являются: несоответствующее качество полуфабрикатов, комплектующих элементов и агрегатов; нарушения технологии изготовления и сборки, отсутствие стабильности технологических процессов из- за отклонения параметров и недостаточной надежности оборудо­вания; недостатки системы контроля качества на всех этапах производства оборудования, его монтажа и наладки.

Основные способы обеспечения надежности оборудования на этапе его производства приведены на рис. 4.3.

Выполнение заданных требований по надежности на этапах

 

Рис. 4.3. Структура мероприятий по обеспечению надежности оборудования при его производстве.

 

проектирования и производства проверяется не только расчет­ными и аналитическими методами, но и большим объемом экспериментальных исследований и испытаний. С точки зрения обеспечения надежности оборудования главной задачей испыта­ний является проверка достаточности заложенных при проекти­ровании уровней надежности. При проведении экспериментов и испытаний проводится оценка правильности конструкционных решений и выявление слабых технологических решений, иден­тификация математических моделей с натурным объектом. Виды экспериментальных исследований и испытаний оборудования показаны на рис. 4.4.

     Перечисленные методы обеспечения надежности должны при­меняться в совокупности с учетом влияния каждого из них на работоспособность объекта.

 

Рис. 4.4. Содержание работ по комплексной программе обеспечения надежно­сти оборудования на этапе испытаний.

 

Методы обеспечения надежности оборудования, применяемые в эксплуатации, могут быть разбиты на две группы. В первую группу входят все Методы, которые используются на этапах про­ектирования и производства оборудования. На основе изучения опыта эксплуатации инженер-эксплуатационник имеет возмож­ность разработать ряд рекомендаций для конструкторов, направ­ленных на обеспечение требуемого качества оборудования (изме­нение схемы, замена элементов, изменение конструкции, мате­риалов и т.п.). Эти рекомендации согласовываются с конструкто­рами и вводятся специальными указаниями (доработками). Од­нако нельзя считать, что при эксплуатации устраняются только конструкционные и производственные ошибки, хотя доля таких ошибок еще велика.

Вторая группа мероприятий, обеспечивающих надежность при эксплуатации, относится к воздействию на оборудование обслу­живающего персонала. К этим мероприятиям относятся:

- повышение квалификации обслуживающего персонала;

 применение инструментальных методов контроля техническо­го состояния;

- разработка и внедрение способа прогнозирования отказов;

- своевременное и тщательное проведение ТО и Р в полном объеме;

- соблюдение правил хранения и эксплуатационной обкатки;

- соблюдение режимов работы;

- соблюдение рекомендаций заводов-изготовителей по приме­нению  топлива, масла и смазочных материалов.

Физическая долговечность подвижного сопряжения, являю­щаяся одним из основных показателей его надежности, опреде­ляется зависимостью

где  и  - зазор, соответственно максимально допустимый и начальный в сопряжении;  - скорость изменения зазора вследствие изнашивания.

Согласно этой зависимости заданная физическая долговеч­ность может быть обеспечена системой мероприятий, позволяю­щих поддерживать в требуемых пределах значения числителя и знаменателя. Мероприятия, направленные на поддержание вели­чины знаменателя, т.е. определенной, не выше нормальной, ин­тенсивности изнашивания, относятся к техническому обслужива­нию машины, а мероприятия, направленные на поддержание оп­ределенной, не ниже нормальной, величины числителя (т.е. пре­дела расширения посадок), - к ремонту машины. Действительно, если за неизмененную величину принять числитель, то сохране­ние tg а = const есть единственный путь обеспечения заданного ресурса. Основными здесь являются мероприятия технического обслуживания: надлежащая смазка механизмов и употребление эксплуатационных материалов требуемого качества, правильная регулировка, соблюдение правил пуска и управления, обеспече­ние соответствующими условиями хранения и др.

Типичные мероприятия в области ремонта машин способст­вуют сохранению величины числителя - разности между пре­дельно допустимым максимальным и начальным зазорами. К ним относятся: восстановление первоначальных размеров деталей и устранение искажений их геометрической формы, восстановле­ние первоначальной посадки и др.

Таким образом, назначенная физическая долговечность со­пряжения может быть обеспечена системой совместных меро­приятий технического обслуживания и ремонта машин. Графи­чески ее можно представить системой кривых, показанных на рис. 4.5.

Физическая долговечность обеспечивается, во-первых, надлежащей технической эксплуатацией сопряжения (техническим обслуживанием), позволяющей поддерживать ин­тенсивность изнашивания на уровне, который не превышает за­данных значений , ,  и, во-вторых, надлежащим ре­монтом, позволяющим после каждого межремонтного периода восстанавливать ослабленную посадку, т.е. снижать  до

Проанализировав выражение (4.8), можно наметить пути по­вышения физической долговечности, так как при = const и  имеем

Следовательно, чтобы увеличить физическую долговечность, необходимо снизить интенсивность изнашивания, а этого можно достичь указанными тремя группами мероприятий (конструктор­скими, технологическими и эксплуатационными).

Сокращение времени непрерывной работы оборудования фак­тически не является методом повышения его надежности. Одна­ко, уменьшая время работы оборудования, можно тем самым увеличить время его существования в исправном состоянии.

Рис. 4.5. График физической долговечности сопряжения.

 

Время восстановления оказывает существенное влияние на коэффициент готовности. Уменьшая время восстановления, мож­но увеличить готовность оборудования к действию в любой мо­мент времени, уменьшить простои и повысить эффективность его действия.

Выигрыш по коэффициенту готовности будет определяться выражением

где  и - среднее время безотказной работы оборудования

соответственно до повышения надежности и после; среднее время восстановления соответственно до повышения на­дежности и после.

Из этого выражения следует, что мероприятия по повышению надежности целесообразны при условии

Время, требуемое на ремонт оборудования, уменьшают с по­мощью рационального конструирования оборудования и исполь­зования передовых методов эксплуатации.

Оценить эффективность того или иного метода повышения надежности можно на основании сравнения количественных ха­рактеристик надежности.

Вероятность безотказной работы оборудования, интенсивность отказов которого уменьшена в k раз, при  const будет

 

где  - интенсивность отказов оборудования до ее понижения.

Выигрыш надежности по вероятности отказов и среднему времени безотказной работы в этом случае определяется выра­жением

(4.9)

Из (4.9) видно, что при  выигрыш надежности по ве­роятности отказов равен 1/ k. С ростом  он убывает и в области больших  стремится к единице. Выигрыш надежности по сред­нему времени безотказной работы растет пропорционально ко­эффициенту k.

Существует мнение, что надежность объекта в процессе экс­плуатации можно лишь поддерживать на определенном уровне, который заложен при проектировании и изготовлении. Превзой­ти же этот уровень невозможно.

Действительно, объекты, находящиеся в эксплуатации, обла­дают так называемой «встроенной» надежностью с параметром Т_ср. Под «встроенной» надежностью понимается рассчитанное конструктором значение средней наработки до отказа Т_ср. Это

значение определяется исходя из интенсивности отказов ком­плектующих элементов , которые получены для условий рабо­ты, оговоренных нормами или заказчиком в техническом задании (ТЗ), и необходимости выполнения предписанных инструкций по эксплуатации.

Параметр встроенной надежности можно определить из вы­ражения

где  - общее число отказов за период работы t;

   - ожидае­мое расчетное число постепенных отказов;

 - среднее число внезапных отказов.

В процессе эксплуатации систем имеется возможность актив­но воздействовать на параметр , который может изменяться в зависимости от эффективности обслуживания объектов.

Можно показать, что вероятность выявления дефектного эле­мента в процессе обслуживания и предотвращения постепенного отказа в интервале времени t равна

где   - среднее время, затрачиваемое на обнаружение дефектно­го элемента. Оно зависит от числа обслуживаемых элементов и производительности аппарата прогнозирования, а также от ква­лификации и опыта обслуживающего персонала.

Следовательно, величина  определяется процессом экс­плуатации объекта. Так что число постепенных отказов может быть уменьшено до значения

В случае, когда реальные условия эксплуатации мало отлича­ются от расчетных (или оговоренных разработчиком) условий, усилиями обслуживающего персонала воздействие факторов внешней среды может быть ослаблено и, следовательно, интен­сивность отказов элементов  в условиях эксплуатации будет меньше расчетной . Тогда число внезапных отказов умень­шится:

Таким образом, в процессе эксплуатации общее число отказов может быть уменьшено и

 

В этом заключается сущность активного воздействия эксплуа­тационных мероприятий при обеспечении заданной надежности. Работы, выполняемые в соответствии с комплексной программой обеспечения надежности оборудования на этапе эксплуатации, направлены на поддержание заданного уровня надежности. Ос­новные принципы поддержания уровня надежности, которые за­ложены при проектировании, производстве, монтаже и наладке оборудования, реализуются в программе ТО и Р.

Таким образом, высокий уровень надежности, предусматри­ваемой программой ТО и Р при эксплуатации оборудования, обеспечивается неукоснительным соблюдением требований НТД путем сохранения всех параметров систем на протяжении уста­новленных ресурсов и сроков службы. С этой целью в процессе эксплуатации реализуется комплекс задач по оценке и анализу уровня надежности оборудования, включающий:

- статистический и инженерный анализ надежности оборудова­ния, находящегося в эксплуатации;

- оценку соответствия надежности оборудования техническим условиям (ТУ);

- изучение влияния условий и особенностей эксплуатации обо­рудования на показатели его надежности;

- разработку и осуществление мероприятий по уменьшению от­рицательного воздействия условий и режимов эксплуатации на надежность оборудования;

- предъявление заводам рекламаций на низкое качество про­дукции;

- подготовку обоснований для увеличения ресурсов оборудова­ния и совершенствования эксплуатационной и нормативно - технической документации.

Управление надежностью - это целенаправленная деятель­ность по обоснованию, планированию, обеспечению, поддержа­нию и повышению характеристик безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости объектов.

Целью управления надежностью является обеспечение задан­ного уровня безопасности и экономической эффективности обо­рудования.

Основными задачами управления надежностью являются:

- сбор, анализ и обобщение статистических данных о надежно­сти оборудования;

- осуществление обмена информацией о надежности согласно установленному в нефтегазодобывающем обществе порядку;

- проведение расчетов оценки уровня надежности объектов (оп­ределение количественных значений показателей надежности оборудования);

- оценка эффективности проведенных мероприятий по повы­шению надежности оборудования и квалификации персонала;

- организация и разработка перспективных планов мероприятий по повышению надежности оборудования и квалификации пер­сонала.

Решение перечисленных выше и других задач управления на­дежностью осуществляется в результате работы системы управ­ления, где объект управления - надежность оборудования, управляющий орган - службы главного инженера ТПП нефтега­зодобывающего общества, цеха, отделы, лаборатории, смены.

Центральным звеном системы управления надежностью обо­рудования является служба (подразделение) надежности (отдел, лаборатория, группа).

На подразделение надежности возлагается:

1) изучение и применение соответствующего информационного, математического, программного и технического обеспечения всех необходимых расчетов надежности для оценки текущего уровня безопасности оборудования, определения фактических значений показателей надежности оборудования, оценки ресурса оборудования, планирования замены оборудования;

2) обучение специалистов цехов, отделов и лабораторий по сбору, обработке и анализу данных по надежности в единой информационной среде нефтегазодобывающего общества и по­мощь им;

3) постоянное совершенствование системы сбора и обработки данных по надежности оборудования на основе современных программных комплексов и развитых средств ЭВТ.

Основные элементы программы управления надежностью на этапе эксплуатации приведены на рис. 4.6.

 

Рис. 4.6. Основные мероприятия по программе управления надежностью на этапе эксплуатации оборудования.

 

Предыдущая12345678910111213Следующая

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: