Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Применение поворотной арматуры в энергетике»
Шрифт:
Главные и вспомогательные показатели надежности арматуры в составе механических устройств:
Главные показатели – это:
1. Срок службы до списания.
2. Гарантийный срок службы и вероятность безотказной работы в течение гарантийного срока,
3. Наработка на отказ, средняя наработка на отказ до первого отказа и за календарное время, как один из наглядных показателей надежности восстанавливаемых клапанов. В случае если время безотказной работы не зависит от момента, в который произошло восстановление клапана, то наработка на отказ совпадет со средним временем безотказной работы и средним временем между отказами. Это реально, когда предприятие работает по системе обменного фонда и восстановление клапанов производится до момента останова, т.е. персонал тратит время только на замену. Обменный клапан должен
4. Вероятность безотказной работы.
5. Среднее время восстановления.
6. Коэффициент готовности.
К выводимым из этих показателей являются такие расчетные показатели как интенсивность отказов, коэффициент технического использования, параметр потока отказов, коэффициент использования, вероятность отказа, средняя частота отказов с учетом ремонта, ресурс и назначенный ресурс.
К числу показателей, которые могут быть использованы при коммерческих расчетах, являются срок гарантии и срок службы. К примеру, к ним привязываются программы сервисного обслуживания сервисным центром компании Метсо Автоматизация.
ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ В СОСТАВЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Цена отказа регулирующего клапана, работающего в составе высокоточного измерительного комплекса, очень высока и сопровождается значительно большими потерями, чем отказ обычного клапана. Для клапанов, работающих в измерительных комплексах, также характерны внезапные и постепенные отказы. Отдельно стоят постепенные метрологические отказы и сбои.
Как показано в некоторых работах, повышение метрологической надежности средств измерений стоит примерно в 3 раза дороже, чем повышение точности, в 9 раз дороже, чем повышение их чувствительности или конструктивной эффективности и в 250 раз дороже, чем повышение быстродействия. Такова цена обеспечения надежности измерительного комплекса. Ниже рассмотрим на примере, как повышение точности и надежности измерений сказывается на качестве регулирования.
Пример. Предприятие имеет следующие показатели работы КИП и А и арматуры:
– Коммуникации, основанные на HART протоколе.
– Основная система управления – Metso DNA
– Основное обеспечение – Metso Automation, (регулирующие и отсечные клапаны, датчики концентрации и анализаторы), АВВ – датчики температуры, давления и расхода, Е+Н – расходомеры, VEGA – регуляторы давления, ROSEMOUNT (управление температурой и давлением от HART DTM).
Устранение малых вариаций отмечалось при отклонении от заданного перемещения на клапане подачи химикатов. Отклонение до 0,8% обычно не так важно, но в этом случае оно имело очень большой эффект на рН воды. После регулирования, установки цифрового позиционера с возможностью самодиагностики и увеличения надежности измерений отклонение перемещения от заданного было уменьшено до 0,3% и вариации рН были соответственно уменьшены. Сейчас значение тревожного сигнала при отклонении перемещения от заданного для этого клапана установлено на величине не более 0,3%.»
Этот пример ясно показывает, как эффект от повышения метрологической точности и надежности при эксплуатации влияет на стабильность качества, и, как современные системы повышения точности и надежности, включая диагностику и предсказание трендов, оказывают положительный эффект на качество процесса.
ВНЕЗАПНЫЕ ОТКАЗЫ
В измерительных и регулирующих комплексах внезапные отказы занимают небольшое место, и их доля оценивается от 10 до 15%. При этом исследование причин внезапных отказов аппаратуры, выпускаемой отечественными заводами, показывает, что примерно 40% общего количества отказов происходит из-за ошибок при проектировании и инжиниринге, около 20% приходится на ошибки при производстве, 30% из-за неправильной эксплуатации и около 5% на естественный износ и старение. В этих условиях наиболее опасными, и по вероятности появления, и по трудности обнаружения являются постепенные метрологические отказы. Внезапные отказы бывают, как правило, редкими и случайными, проявляются в явной потере работоспособности. Встроенные датчики надежности и программа диагностики в этом случае позволит обнаружить неисправность уже на этапе калибровки при пуске системы или по выходу одного из анализируемых параметров за пределы «Алмазной диаграммы» (программно-диагностический
ПОСТЕПЕННЫЕ ОТКАЗЫ
По данным Минприбора до 40-60% от общего количества рекламаций относятся к рекламациям по выходу основной погрешности за пределы зоны допускаемых значений. В составе измерительных комплексов надежная работа регулирующего клапана оценивается дополнительными показателями. К ним относятся показатели, связанные с метрологической надежностью, а именно способностью клапана выдерживать показатели в пределах минимальной заданной погрешности. Они относятся к классу постепенных отказов, которые, к слову сказать, весьма трудно вычленяются и плохо выявляются без специальных приборов. А роль их весьма высока. Именно они еще до наступления полного отказа негативно влияют на регулирующую способность клапана, снижая показатели его работы. Этот тип отказа плохо выявляется, приводя к существенным перерасходам материалов, еще до момента обнаружения.
По опыту работы с предприятиями можно сказать, что, в основном, внезапные отказы определяются сразу и отражаются в рекламациях, постепенные обычно связываются с запросами клапанов на замену. В постепенных отказах можно выделить метрологические отказы, когда клапан еще работоспособен, но значения регулирования выходят за пределы минимальных допусков.
Улучшить характеристики надежности по постепенным отказам можно:
– уменьшением нестабильности основной погрешности регулирования для принятого гарантийного срока в 1-н год;
– улучшением метрологической надежности за счет постоянной диагностики.
ПОСТЕПЕННЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ОТКАЗЫ
Специальным видом постепенных отказов в измерительных комплексах можно считать постепенные метрологические отказы. Они являются одним из основных видов отказов измерительных контуров. По данным исследований и расчетов надежности на долю таких отказов приходится от 70 до 90% отказов. Главным показателем качества измерений служит достоверность и стабильность метрологических характеристик во времени. Метрологические отказы происходят по причине постепенного увеличения минимально допускаемой погрешности со временем и выходом их из зоны допускаемых значений. Временная нестабильность погрешности приводит к выходу метрологических характеристик за допустимые пределы. При этом отказ открыто не проявляется, а обнаруживается только при диагностике и проверке. Главной проблемой оказывается предсказание точного времени, где вероятен метрологический отказ, т.е. выход контура регулирования за пределы основной погрешности.
Стабильность значений и отсутствие колебательности в регулировании должна обеспечиваться в первую очередь. Для этих целей для регулирующих клапанов фактор нагрузки не должен превышать 40% от возможной, он должен находиться основное рабочее время в зоне наиболее высокой регулирующей способности – открытие в диапазоне 50-70%. Для повышения точности должны устраняться все источники люфтов, трения и вводиться математически программируемая коррекция положения.
Учитывая важность изначальной метрологической готовности устройства к измерению, необходимо уже на этапе пуска в эксплуатацию заранее осуществить все виды калибровок и поверок. Делается это опытными специалистами при помощи специального оборудования. Это позволит снизить количество отказов на этапе пуска и гарантировать контролируемое изменение метрологических характеристик и их временную стабильность.
Методикой обеспечения работоспособности регулирующего клапана под требования метрологической надежности во избежание метрологических отказов является точный выбор клапана при помощи расчетных программ и специальная калибровка клапана по отклонению в стабильном состоянии и по динамическому отклонению. При этом точный расчет обеспечит правильный выбор клапана уже на этапе инжиниринга, а поддержание минимальных отклонений даст метрологическую надежность на этапе эксплуатации. Как уже понятно, эти отклонения должны быть меньше, чем отклонения, приводящие к выходу клапана из строя по постепенным отказам. Дополняя эти данные диагностическими данными по заеданию, положению золотника, рабочей нагрузке и нагрузке в стабильном состоянии, можно давать уверенные прогнозы по поддержанию временной стабильности регулирования и измерений и метрологической надежности контура измерения в целом.