КУРС ПРОГРАММЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ АРМАТУРНОГО ХОЗЯЙСТВА

2.5. Программа перерасчетов арматуры на новые условия производства

Программа применяется с целью установки современных клапанов и характерна для крупных модернизациях с большим объемом проектных и монтажных работ.

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

За время, в течение которого эксплуатируется комбинат, производится множество усовершенствований, модернизаций, локальных установок клапанов и арматуры, отличающихся от заданных в проекте. Часто меняется композиция, граммаж бумаги, начинают производиться новые виды бумаг. Для бумагоделательного производства частые переключения в смену, небольшие партии бумаг от чековой до практически картонов также являются очевидной проблемой для клапанов, рассчитанных на определенный вид выпускаемой бумаги.

В тоже время, как правило, модернизируется только оборудование, а арматура остается неизменной и заказы арматуры на замену производятся по старым или устаревшим спецификациям, не отражающим современных технических решений, закладываемых мировыми производителями в новые образцы арматуры. Проектными и монтажными организациями при различных модернизациях, приобретении нового оборудования, превышении проектной мощности, как правило, не уделяется вопросам доведения до новых показателей вспомогательного оборудования, включая клапаны и арматуру.

По этим вопросам необходимо рассмотреть вопросы организации взаимодействия между проектными организациями и компанией- производителем арматуры. К таким вопросам относятся отсутствие перерасчетов клапанов и арматуры при проведении модернизаций технологических потоков. Так, при выводе мощностей из потока и снижении производительности, клапаны оказываются значительно большего размера, чем требуется для оптимального регулирования. При этом они теряют способность к качественному регулированию в оптимальном диапазоне открытия. При вводе новых мощностей клапаны могут работать за пределами рекомендуемого максимального диапазона открытия, при этом способность к регулированию теряется.

ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕРАСЧЕТОВ

Переход на новое модернизированное оборудование и технологические линии часто входит в противоречие с имеющимися установленными клапанами и арматурой. В проводимых проектными организациями расчетах указывается, как правило, только основное оборудование, насосы, емкости и др., без учета необходимости согласования с работой клапанов.

Проектными организациями пока не разрабатываются технические обоснования перевода на интеллектуальную арматуру. Для этого необходима разработка плана мероприятий по созданию инфраструктуры подачи воздуха как основы подготовки такого перевода совместно с проектно-монтажными организациями по следующим позициям:

– разработка обоснования для компрессорной станции специально под цели КИП и А;

– включение фильтров – осушителей в схему;

– доведение качества воздуха до требуемых параметров;

– разработка новых мест установки клапанов для улучшения регулирования процессов.

ТРЕБОВАНИЕ УНИФИКАЦИИ

Неоднократные модернизации, ремонты, аварийные замены клапанов, естественный и моральный износ клапанов, их устаревание в связи с появлением новых разработок завода-изготовителя выявляют слабые места и в арматурном хозяйстве. Докупается оборудование разных производителей, где клапаны ориентированы на потребности поставщика и договорные отношения фирмы-изготовителя оборудования и поставщика клапанов, а не на потребности комбината – заказчика. Используются старые технические решения, например, закладывается использование только шиберных задвижек там, где более эффективно использовать более современные поворотные затворы и шаровые краны. В ряде случаев используются угловые вентили, хотя здесь уже показана эффективность замены их на шаровые краны. Используются старые решения на базе шаровых клапанов, которые не учитывают возможности установки вместо них сегментных клапанов и др.

Унификация клапанного хозяйства упрощает вопросы проектной подготовки, технического сопровождения, внесения изменений в проекты поставок оборудования от различных производителей. При использовании клапанов разных производителей есть трудности в создании клапанных узлов, например, регулирующий клапан – расходомер, клапан с бустер-элементом, клапан с эко-фильтром, клапан с дополнительным контроллером контроля за состоянием протечек. Не всегда работоспособной оказывается триада "клапан-привод-позиционер", поскольку все они могут иметь разные характеристики и плохо сочетаться друг с другом.

Решение задачи унификации клапанов в таком разрезе позволит резко повысить вероятность прогноза неисправности и, соответственно, своевременного ремонта или замены оборудования.

ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ПРОГРАММЫ СОТРУДНИЧЕСТВА

1.      Перерасчет клапанов других производителей на клапаны и арматуру НЕЛЕС, как наиболее используемые в ЦБП.

1.1.      Перерасчеты клапанов по спецификациям других инжиниринговых компаний, выбранных комбинатом в качестве поставщика. Их перерасчет и на вспомогательных хозяйствах позволит получить значительно более высокие показатели унификации и взаимозаменяемости клапанов.

1.2.       Перерасчеты клапанов при снижении проектной мощности и снижении производительности.

2. Перерасчеты клапанов при изменении исходного состава сырья, при переходе на другой граммаж бумаги, перерасчет клапанов при переходе на другие виды бумаг. Выполнение расчетов экономии удельных расходов щепы, щелоков, повышения выхода целлюлозы, химикатов, наполнителей, проклеивающих веществ, пара, воды, и др. при переходе на клапаны с тонким регулированием.

3.      Перерасчеты клапанов для улучшения качества и технологии. Эффективно при частых сменах технологических режимов и нестабильности качества, при повышении давления пара и температуры, среднего содержания взвешенных частиц.

3.1.      Перерасчеты клапанов на наиболее ответственных участках процессов и трубопроводов (наличие или вероятность процессов вскипания, гипсации, кавитации и др.).

3.2.      Перерасчеты клапанов после получения диаграмм процесса для прогнозирования эффективности применения тех или иных клапанов с целью снижения колебательности процесса.

3.3.      Перерасчеты клапанов в сопряженных технологических потоках при установке оборудования на других участках и сильно влияющих на изменение материального или теплового баланса по потоку.

3.4.      Анализ потерь тепла и пара на разогрев арматуры и возможность установки клапанов и арматуры с обогревом (до 3- 5% потерь может приходиться на потери в арматуре).

3.5.      Применение более современных технических решений по пароконденсатным системам на основе повышения стабильности регулирования, за счет стабильности подачи пара, отвода конденсата, точного поддержания дифференциала давления. Например, одной из задач является снижение колебаний давления пара с 10-15 кРа до 2 кРа, при этом прогнозируемое снижение неравномерности влажности в машинном направлении по бумажному полотну может достигать до 60%.

4. Перерасчеты клапанов при изменении систем гидротранспорта. Перерасчеты клапанов при обосновании перехода на нержавеющие трубы. Замена трубопроводов из черных сталей на нержавеющие с одновременным повышением компактности и установкой современных клапанов. Перерасчеты клапанов при подключении новых трубопроводов к действующим.

5.      Перерасчеты клапанов при начале использования смарт арматуры и интеллектуализации клапанов.

5.1.      Перерасчет и обоснование перехода с аналоговых позиционеров на интеллектуальные на конкретных технологических процессах. Например, комплексный перерасчет клапанов на всей технологической линии с обоснованием перехода на интеллектуальные клапаны.

5.2.      Обоснование перевода ручной арматуры на арматуру с управлением от привода и интеллектуализация при установке позиционеров.

5.3.      Перерасчеты клапанов на интеллектуальные при вводе в работу автоматизированных систем управления, в т.ч. и локальных.

5.4.      Комплексные технико-экономические расчеты эффективности установки интеллектуальных клапанов, например, NELES Cv или интеллектуальных позиционеров как в целом, так и по потокам. Например, с учетом практических данных по среднему отклонению процесса, отражаемых в виде диаграмм процесса можно показать, как снижение колебательности процесса с 4-5% до 1-1.5% при замене шаровых клапанов на сегментные и сегментные NELES Cv, т.е. снижение колебательности процесса до 80% позволит сократить расходы на потребление химикатов, пара, и др. в комплексе по установкам и по процессу.

5.5.       Замена шиберных задвижек на поворотные заслонки в частности на вакуумных системах. В настоящее время на ряде предприятий используются шиберные задвижки, иногда просто снятые с массного потока. Это приводит к потере как минимум 20% вакуума.

6. Разработка клапанных узлов для узких мест производства

Перерасчеты клапанов с целью разработки клапанного узла – установки бустера, местного фильтра и др.

7. Новые проектные решения с целью компактного размещения производства

Например, это арматура для компактной установки трубопроводных разводок в ограниченном пространстве. Цель в т.ч. достигается и применением компактной арматуры с компактными приводами, меньшего веса, укладывающихся в зоны обслуживания клапанов. Технико-экономический эффект при этом достигается за счет снижения общей протяженности трубопроводов и нагрузки на насосы, общего веса трубопроводов, возможности в момент допроектирования создавать зоны обслуживания и установки клапанов, снижения тепловых потерь на трубопроводах, упрощения схем разводок и поиска неисправностей и в целом, возможности группового обслуживания трубопроводов. Пересмотр трубных обвязок часто позволяет снизить затраты на монтажные работы и работы по обслуживанию до 40%. Использование готовых узлов, элементов и секций, централизованно изготовленных в трубозаготовительных цехах, позволяет в значительной степени упростить технологию и организацию монтажа, особенно внутрицеховых и обвязочных трубопроводов. Это в 5-6 раз снижает объемы работ, выполняемые на монтажной площадке. Сроки монтажа могут упасть в 3-4 раза.

8.      Применение в проектах комплексных современных решений, Так, по примеру проектно-инжиниринговой компании Якко-Пери, при использовании специальных программ для компактного размещения трубопроводов, эффект достигается при снижении веса клапанов и арматуры, например, при замене наиболее габаритных шиберных и клиновых задвижек, применении более перспективных решений при проектировании привода, применении специальных позиционеров. Это позволяет снизить вес арматуры к весу труб с 15% до 7-10% и ниже. Существующие характеристики характеристик веса арматуры и других сопряженных элементов к весу труб приведены в табл.2.5.1.

Табл. 2.5.1. Показатели комплектации трубопроводов

СХЕМА РАБОТЫ ПО ПЕРЕСЧЕТУ КЛАПАНОВ ДЛЯ КРУПНЫХ ЦБК

Схема работы по перерасчету разрабатывается с учетом доминирующей арматуры на предприятии. Учитывая, что на многих комбинатах установлено множество клапанов МЕТСО (Neles, Jamesburry) обычно проводят их технический аудит и перерасчет ее параметров в соответствии с сегодняшним состоянием дел и планами по развитию предприятий. Для этих целей предлагается следующий план работы:

1.      на первом этапе компания- аудитор совместно со специалистами предприятия (технологи, КИП и механики) проводят перерасчет клапанов на каждом из участков, с целью приведения их в соответствие с сегодняшними характеристиками по специальным программам и предоставляют варианты установки клапанов взамен установленных.

2.      На втором этапе по результатам аудита и перерасчета совместно с производителем арматуры готовятся предложения по наиболее критическим клапанам взамен установленных, которые помогут снять слабые места и усилить возможности регулирования процессов.

3.      По разработанной заказной спецификации компания- производитель (поставщик) поставляет новые клапаны, выпускаемые по последним спецификациям взамен устаревших. Старые клапаны передаются на продажу по программе создания обменного фонда клапанов и арматуры. При этом возможно существенное уменьшение стоимости клапана.

На последнем пункет стоит остановиться особбо, поскольку он существенно влияет на стоимость и одновременно можно показать, как можно повысить эффективность использования арматуры при использовании услуг специализированных на арматуре сервисных центров. Для этого рассмотрим пример компании Метсо автоматизация.

БЛОК-ВСТАВКА

ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСЛУГ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО СЕРВИС ЦЕНТРА КОМПАНИИ МЕТСО АВТОМАТИЗАЦИЯ ДЛЯ ПРОЕКТНО-МОНТАЖНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ

Общий вес деталей и арматуры в технологических внутрицеховых трубопроводах достигает до 28% от веса труб. При снижении общего веса арматуры за счет замены наиболее тяжеловесных шиберных или клиновых задвижек на поворотные заслонки, в ряде случаев монтажные операции упрощаются и такелажные работы могут быть заменены средствами простой механизации.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ СЕРВИСНОГО ЦЕНТРА ДЛЯ ПРОЕКТНО – МОНТАЖНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ

1.      Подготовка клапанного узла в мастерских монтажной организации с участием сервис инженера сервисцентра, включая эко-фильтр, бустер, масло-водоотделитель, привод, контрольно-измерительные приборы и др. для монтажа на месте не отдельных узлов, а целого комплекта.

2.      Монтаж арматуры внутрицеховых трубопроводов с участием сервис инженера. Из общего веса внутрицеховых трубопроводов примерно 63% приходится на участки, имеющие сложную конфигурацию, 37% на прямолинейные участки. Из них линии и участки трубопроводов сложной конфигурации с условным проходом более 50 мм, как правило, монтируются из узлов, которые могут быть заранее изготовлены монтажными участками в трубозаготовительных цехах с установкой арматуры и тестированием всего узла. Трубопроводы диаметром менее 50мм монтируют на месте, их вес в общем объеме, как правило, меньше 5%. Однако, по объему работ они занимают до 24%. В этом случае участие специалистов сервис центра в шефмонтаже клапанов и арматуры должно происходить и на монтажной площадке. Показатели трудоемкости основных операций монтажа приведены в табл.2.5.2.

Табл. 2.5.2. Показатели удельной трудоемкости основных операций монтажа внутрицеховых трубопроводов

3. С целью повышения эффективности установки арматуры и клапанов, их быстрой настройки, предлагается изначально в спецификации указывать необходимость шефмонтажа специалистами, что повысит процент сдачи укрупненной сборки с первого раза. Так, при сравнении трудоемкости монтажа 1 м обвязочного трубопровода двумя способами можно сказать, что при монтаже 1 м трубопровода с условным проходом 50-500мм «по месту» трудоемкость составляет 2,15 чел-ч или 103 чел-ч в пересчете на 1т трубопровода. При монтаже трубопровода узлами трудоемкость составляет 1,50 чел-ч, или в перерасчете на 1 т трубопровода 75 чел-ч с учетом трудозатрат на изготовление узлов в цехе. Трудоемкость собственно монтажа 1м трубопровода готовыми узлами составляет 0,76 чел-ч. Норма выработки повышается более чем в 1,4 раза при проведении монтажа своими силами на монтажной площадке и в 2,8 раз при привлечении специалистов сервисного центра. Если участвует шеф инженер, то ускорение достигается за счет лучшего контроля и приемки узла с первого предъявления.

4.      Увеличение производительности труда при монтаже арматуры трубопроводов достигается максимальной индустриализацией монтажных работ за счет заводского изготовления деталей трубопроводов, централизованного изготовления клапанных узлов и секций и монтажа укрупненными блоками в составе готовых обвязочных узлов для непосредственного подсоединения к аппаратам и оборудованию. Например, монтаж внутрицеховых трубопроводов готовыми узлами повышает производительность труда на 35% по сравнению с монтажом по месту и снижает себестоимость монтажа на 10%.

2.6. Программа "Повышение эксплуатационной надежности и расширения гарантий"

«Надежность закладывается при проектировании, обеспечивается при изготовлении и подерживается при эксплуатации»

Эта фраза подскажет нам, что надежность не является каким-то отдельным показателем, но представляет собой сумму надежности по многим индикаторам. Чтобы обосновать эту программу мы должны рассмотреть ряд вопросов, которые в значительной степени прояснят, что такое надежность для непрерывных процессов целлюлозно-бумажного производства. Мы рассмотрим следующие вопросы:

– Умеем ли мы считать надежность?

– Требования надежности. Как их обнаружить? Будут ли это опросы потребителей? Какова связь надежности работы клапанов с надежностью узлов бумажной машины, системы АСУТП, измерительных систем? Как учитывать внезапные и постепенные отказы арматуры?

– Какие методики применяют для определения надежности. Методика предварительного статистического анализа и полевого аудита. Примерная форма определения параметров надежности.

– Почему особенно важна надежность клапанов и арматуры в составе измерительных комплексов?

– Внезапные отказы. Постепенные отказы. Постепенный метрологический отказ и сбои.

– Каково влияние режимов работы на работоспособность клапана. Влияние коррозии. Влияние эрозии и кавитации. Влияние пульсации и вибрации на клапаны массопроводов и системы парораспределения.

– Как повысить надежность клапанов? Конструктивные и эксплуатационные способы, применяемые арматурными компаниями. Повышение надежности клапанов в составе измерительных комплексов и контуров регулирования.

– Экономические аспекты надежности.

– Программа расширения сроков гарантии на основе повышения надежности клапанов.

УМЕЕМ ЛИ МЫ СЧИТАТЬ НАДЕЖНОСТЬ РЕГУЛИРОВАНИЯ?

Хотя клапаны используются повсеместно, однако, для такой технологической среды как бумажная и целлюлозная масса и других сред, используемых в ЦБП, подобные расчеты надежности в проектные решения практически не закладываются. Иногда производители регулирующей арматуры приводят данные по потокам отказов или наработке на отказ в своих каталогах, но не для отрасли ЦБП. В то же время клапан, установленный на бумажной массе и работающий в условиях агрессивной среды целлюлозно-бумажного производства, может иметь в 6 раз большую вероятность отказа по сравнению с нормальными условиями, для которых приведены данные по отказам в каталогах арматуры. Наверное, именно поэтому, только длительная эксплуатация и статистика может служить надежным критерием оценки применяемых клапанов и, наверное, поэтому в справочниках по автоматизации ЦБП из данных по зарубежным производителям приведены данные только по надежным клапанам Neles.

В предлагаемых материалах мы хотели бы обсудить, что такое надежность регулирующих клапанов и запорной арматуры применительно к ЦБП, как повысить надежность и расширить сроки гарантий по применяемым клапанам, а также предложить оригинальную методику предварительной оценки надежности и диагностики. В качестве примеров приводится опыт компании Метсо Автоматизация.

НЕМНОГО О ТЕРМИНАХ

Основным показателем качества клапанов в ЦБП 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 ГОСТ 27.002-2015 Надежность в технике (ССНТ).

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. Интенсивность отказов 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 (см. рис.2.6.1.), 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. 2.6.1. 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.

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 в процессе технологических циклов системы, монтажных перекосов и вибрации трубопроводов, усилий, возникающих при функционировании арматуры, внутренних концентраторов напряжений, технологического термоциклирования и др. Это и специфичность совместного действия механических и термических факторов – коррозии и механических напряжений. Возможность появления критических режимов процессов протекания рабочих сред вследствие изменения технологических режимов системы, приводящих к повышенной турбулизации, кавитации, эрозии в местных гидравлических сопротивлениях проточной части арматуры.