close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Оптимизация стратегий планово-предупредительных ремонтов магистральных насосных агрегатов

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
РОСЛЯКОВ ДМИТРИЙ АНДРЕЕВИЧ
ОПТИМИЗАЦИЯ СТРАТЕГИЙ ПЛАНОВОПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНЫХ РЕМОНТОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ
НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ
Специальность 25.00.19 – «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз
и хранилищ» (технические науки)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва - 2018
2
Работа выполнена в ФГБОУ ВО «Российский государственный университет
нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени
И.М. Губкина»
Научный руководитель:
Максименко Александр Федорович,
доктор технических наук, доцент
Официальные оппоненты:
Китаев Сергей Владимирович,
доктор технических наук, доцент,
Федеральное
государственное
бюджетное образовательное учреждение
высшего
образования
«Уфимский
государственный нефтяной технический
университет»,
профессор
кафедры
«Транспорт и хранение нефти и газа»
Волков Олег Евгеньевич,
кандидат технических наук, 25-й
Государственный
научноисследовательский
институт
химмотологии Министерства обороны
Российской
Федерации,
старший
научный сотрудник отдела складов
горючего
Ведущая организация:
Федеральное
государственное
бюджетное образовательное учреждение
высшего
образования
«Самарский
государственный
технический
университет», г. Самара
Защита состоится «27» сентября 2018 г. в 15 часов 00 мин. в ауд. 502 на
заседании диссертационного совета Д212.200.06 при ФГБОУ ВО «Российском
государственном университете нефти и газа (национальный исследовательский
университет) имени И.М. Губкина» по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский
проспект, д. 65, корпус 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «РГУ нефти
и газа (НИУ) имени И.М. Губкина» и на сайте http://www.gubkin.ru.
Объявление о защите диссертации и автореферат размещены на
официальном сайте ФГБОУ ВО «РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина»
http://www.gubkin.ru и направлены на размещение в сети Интернет Министерства
образования и науки Российской Федерации по адресу http://www.vak3.ed.gov.ru.
Автореферат разослан «____» ___________ 2018 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
ПОЛЯКОВ ВАДИМ АЛЕКСЕЕВИЧ
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. В связи с нестабильностью мировых
цен на энергоносители на предприятиях топливно-энергетического комплекса
остро стоит проблема сокращения эксплуатационных затрат с сохранением
необходимого уровня надежности. Вследствие чего согласно поручению
правительства Российской Федерации реализуются программы по повышению
эффективности
предприятий
трубопроводной
системы
транспорта
нефтепродуктов (ТС ТНП).
Опыт эксплуатации показывает, что затраты на техническое обслуживание,
ремонт оборудования и на потребление электрической энергии на предприятиях
ТС ТНП составляют не менее 29,4 и 5,9 % соответственно от всех операционных
затрат. Таким образом, одним из приоритетных направлений оптимизации
деятельности предприятий ТС ТНП может являться снижение расходов по
указанным статьям.
Из анализа информации, полученной с автоматизированных систем
технического учета электроэнергии, следует, что основными потребителями
электрической энергии на перекачивающих станциях являются магистральные
насосные агрегаты (МНА), которые в процессе эксплуатации деградируют, то
есть снижают свои технико-экономические показатели. При этом техникоэкономические показатели, включающие в себя и эксплуатационные показатели
надежности МНА, во многом определяются параметрами стратегии плановопредупредительных ремонтов (ППР).
Настоящая диссертационная работа посвящается вопросам оптимизации
(непрерывного совершенствования) стратегии ППР МНА по результатам
мониторинга эксплуатации МНА. Такая оптимизация предполагает повышение
эффективности эксплуатации МНА с сохранением необходимого уровня
надёжности, учитывая процесс их естественной деградации. В соответствии с
ГОСТом 27.002-2015 под деградацией понимаются естественные процессы
4
старения,
износа,
коррозии
и
усталости
МНА
при
соблюдении
всех
установленных правил и норм проектирования, изготовления и эксплуатации.
Степень разработанности темы исследования. Теоретической основой
исследования являются работы в области теории эффективности эксплуатации
центробежных насосов следующих ученых: А.Г. Гумеров, А.М. Акбердин,
С.Г. Бажайкин, Б.К. Кумар, в области теории надежности и технического
обслуживания оборудования таких авторов, как Ф. Байхельт, П. Франкен и
А.В. Антонов.
Цель исследования – разработка методики оптимизации стратегий ППР
МНА с учетом процесса их естественной деградации, применение которой
позволит повысить эффективность эксплуатации и сохранить необходимый
уровень надежности.
Задачи исследования:

формирование
целевой
функции,
отражающей
эффективность
эксплуатации МНА в зависимости от стратегии ППР, и определение задачи
оптимизации базовой (ныне применяемой) стратегии ППР;

разработка алгоритма решения поставленной задачи оптимизации;

с учетом процесса деградации разработка методики, позволяющей на
основе эксплуатационной информации, проводить оптимизацию стратегии ППР.
Научная новизна:

предложена
математическая
модель
расчета
основного
эксплуатационного показателя надежности МНА, среднего коэффициента
готовности, с учетом процесса их деградации на интервале назначенного ресурса;

разработан метод расчета значения целевой функции по данным
эксплуатации МНА на интервале назначенного ресурса с учетом процесса их
деградации;

разработана методика решения оптимизационной задачи.
Теоретическая и практическая значимость диссертационной работы
заключается в следующем:
5

разработанная методика оптимизации стратегий ППР МНА позволяет
повысить эффективность эксплуатации насосного оборудования ТС ТНП;

метод расчета основного эксплуатационного показателя надежности–
среднего коэффициента готовности позволяет по данным эксплуатации проводить
оценку фактического уровня надежности МНА предприятий ТС ТНП в
соответствии с требованиями федеральных нормативных документов;

по результатам, полученным в настоящей работе, актуализирован
нормативный документ ПАО «Транснефть».
Методология
и
методы
исследования.
Основными
методами
исследования являлись методы математической статистики, теории надежности,
аналитической
геометрии
и
гидромеханики.
Для
проведения
работ
по
определению фактических коэффициентов полезного действия (КПД) МНА
проведена актуализация методики определения КПД.
Положения, выносимые на защиту:

математическая модель процесса оптимизации стратегий ППР МНА;

метод определения целевой функции в задаче оптимизации на основе
фактических данных эксплуатации;

методика оптимизации стратегий ППР МНА.
Степень
достоверности и апробация результатов.
Достоверность
полученных результатов определяется достаточным количеством статистической
информации, постановкой цели и задач, использованием в работе современных
методов исследований, применением адекватных методов статистического
анализа.
Используемые в диссертации термины и определения, обозначения и
единицы измерения соответствуют действующим отраслевым нормативнотехническим документам и ГОСТам.
Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих
научно-технических конференциях:
6
1.
МГТУ
III-яя Научно-техническая конференция «Гидравлика», 22.11.2016,
им.
Н.
Э.
Баумана
кафедра
«Гидромеханика,
гидромашины
и
гидропневмоавтоматика», г. Москва;
2.
XI-ая Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные
проблемы развития нефтегазового комплекса России», 8-10.02.2016, г. Москва;
3.
IV-ая Международная конференция «Нефть и Газ – АТР 2015.
Ресурсы, транспорт, сотрудничество», 25-29.05.2015, г. Владивосток.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 7 печатных
работ, из них 4 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК при
Министерстве образования и науки Российской Федерации.
Структура и объем диссертации. Диссертация
состоит
из
введения,
четырех глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка
литературы и 7 приложений. Работа изложена на 172 страницах машинописного
текста, содержит 43 рисунка и 31 таблицу.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении излагаются актуальность, научная новизна и практическая
значимость работы.
Первая глава посвящена исследованию процесса эксплуатации насосного
оборудования предприятий ТС ТНП в рамках которого проведена классификация
парка
МНА,
состоящих
из
магистрального
насоса
(МН)
и
привода,
электродвигателя (ЭД), выполнен анализ фактического технического состояния
МНА, дана характеристика периодических стратегий ППР по обслуживанию и
ремонту МН и ЭД и представлена классификация отказов МН и ЭД по причине,
способу устранения и виду проводимых ремонтов.
Исследованиями в области назначения стратегий ППР деградирующего
оборудования, в том числе центробежных насосов, занимались следующие
ученые:
Яременко
О.В.,
Антонов
А.В.,
Чумаков
И.А.,
Чепурко
В.А.,
Никулин М.С, Гараева В.А., Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Колпаков А.Г. В работах
7
представлены различные методы расчета, которые основаны на интерпретации
паспортных показателей надежности деталей и узлов МН и ЭД. Основной
недостаток методов заключается в том, что они не затрагивают вопросы
оптимизации (непрерывного совершенствования) стратегий ППР по результатам
мониторинга фактических рабочих характеристик.
Вопросы оптимизации стратегий ППР насосного оборудования до
настоящего времени мало изучены по причине отсутствия нормативной базы,
регламентирующей процессы непрерывного совершенствования технического
обслуживания и ремонта. Введение в действие ГОСТа Р 27.606-2013 «Надежность
в
технике.
Управление
надежностью.
Техническое
обслуживание,
ориентированное на безотказность» регламентирует процессы оптимизации
стратегий ППР.
Анализ существующих подходов к организации эксплуатации МНА
показал, что основные применяемые стратегии обслуживания и ремонта
основываются на контроле ресурса (наработки) или состояния (значений
показателей эксплуатации) МНА. Приведены причины, по которым предприятия
ТС ТНП проводят эксплуатацию насосных агрегатов по ресурсу.
В настоящее время для поддержания надлежащего уровня техникоэкономических показателей МН и, следовательно, для нивелирования процессов
деградации используется периодическая стратегия ППР, включающая в себя
следующие виды работ: техническое обслуживание (ТО), текущий (ТР), средний
(СР) и капитальный ремонты (КР). Стратегия ППР ЭД согласуется по срокам
проведения ППР со стратегией МН, однако предусматривает только работы по
ТО, ТР и КР. Таким образом, периодическую стратегию ППР МНА можно
представить в виде: 
(0)
(0)
(0)
(0)
= (МН , ЭД ), где МН
(0)
и ЭД - соответственно
периодические базовые стратегии ППР МН и ЭД, содержание которых изложено
в руководстве по эксплуатации.
Периодические (базовые) стратегии ППР МНА разработаны на основе
результатов, полученных из теории альтернирующих процессов, основным
постулатом которой является предположение о том, что после проведения
8
каждого вида ремонтов, входящих в стратегию ППР, происходит полное
восстановление надёжностных и энергетических характеристик обслуживаемого
оборудования.
Исходными
данными
для
расчетов
являются
паспортные
показатели надежности деталей и узлов МН и ЭД, которые не являются
фактическими (не учитывают условия и режимы эксплуатации). Таким образом,
при расчете параметров периодических стратегий ППР МНА не учитывается
процесс деградации, который изменяет рабочие характеристики МНА и в итоге
приводит к повышению затрат на эксплуатацию и снижению надежности.
Для достижения основной цели работы, проведения оптимизации стратегии
ППР
МНА
на
основании
мониторинга
эксплуатационной
информации,
формируется оптимизационная задача.
Пусть () - эксплуатационные затраты с учетом процесса естественной
деградации, связанные с функционированием МНА при некоторой стратегии ППР
 (эти затраты являются суммой затрат на потребляемую электроэнергию и
выполнение ППР), ( (0) ) - множество стратегий ППР, построенных на основе
базовой стратегии  (0) . При этом для любой стратегии  из множества ( (0) )
выполняется условие г () ≥ г,н , где г () – средний коэффициент готовности
МНА (согласно ГОСТу 27.002-2015) при стратегии , г,н = 0,98 – нормативное
значение среднего коэффициента готовности. Тогда оптимизационная задача
формулируется следующим образом: найти такую стратегию  () из множества
( (0) ), для которой выполняется соотношение:
( () ) =
Критерием
оптимальности
 ().
(1)
 ∈ ( (0) )
(оптимизации)
будет
являться
минимум
эксплуатационных затрат при обслуживании МНА согласно стратегии  () .
В первой главе также приводятся особенности процесса сбора и обработки
информации об отказах, вынужденных остановах (переходах) и основных
фактических значениях рабочих показателей основного насосного оборудования
предприятий ТС ТНП и рассматриваются проблемы консолидации этой
9
информации в едином информационном пространстве с целью проведения,
необходимого для решения оптимизационной задачи, анализа.
Во второй главе изложен метод определения критерия оптимальности
( (0) )
оптимизационной
задачи
(1),
который
содержит
четыре
этапа
вычислительных работ:
1 этап - определение критерия оптимальности в части реализации стратегии
ППР;
2 этап - сбор и обработка статистической информации;
3 этап - определение фактических средневзвешенных значений напора и
КПД на каждом интервале СР при работе МН на прогнозных режимах работы;
4 этап - расчет затрат на потребление электрической энергии.
Критерий оптимальности определяется суммой затрат на потребление
электрической энергии и проведение работ в рамках стратегии ППР:
( (0) ) =  ( (0) ) + ППР ( (0) ),
(2)
где  ( (0) ) - затраты на потребление МНА электрической энергии в текущих
ценах при обслуживании согласно базовой стратегии ППР  (0) , тыс. руб.;
ППР ( (0) ) - затраты на проведение работ по обслуживанию и ремонту МНА при
реализации базовой стратегии ППР  (0) , тыс. руб.
Затраты на проведение работ по обслуживанию и ремонту МНА в рамках
базовой стратегии ППР  (0) определяются выражением:
ППР =  , ∙ , + , ∙ , + , ∙ , +  ЭД,ТО ∙ ЭД,ТО +ЭД,ТР ∙ ЭД,ТР , (3)
где ,(,) - количество ТО, ТР, СР МН, за весь срок службы агрегата, шт.;
ЭД,ТО(ТР) - количество ТО, ТР ЭД, за весь срок службы агрегата, шт.;
 ,(,) - затраты на проведение работ по ТО, ТР, СР МН, тыс. руб.;
 ЭД,ТО(ТР) - затраты на проведение работ по ТО, ТР ЭД, тыс. руб.
Анализ эксплуатационной информации, полученной c автоматизированных
систем технического учета электроэнергии, показал различные значения
количества потребленной электрической энергии однотипными МНА при работе
в идентичных режимах, причем количество потребленной электрической энергии
10
увеличивалось с ростом наработки. Проведенные исследования причин роста
энергопотребления выявили связь с процессом деградации, а именно постепенным увеличением потерь, возникающих по мере накопления дефектов и
неисправностей МНА, что ведет к изменению рабочих характеристик (напор и
КПД).
Восстановление
технико-экономических
показателей
работы
осуществляется посредством выполнения СР и КР в рамках периодической
стратегии  (0) ППР МН и его привода.
В
процессе
эксплуатации
МНА
необходимо
обеспечить
сбор
статистической информации, представляющей собой значения напоров и КПД
МН в начале и конце интервалов между смежными СР при работе на различных
режимах ( ), где  - номер режима работы трубопровода, что позволит
определить средневзвешенные значения напора и КПД.
Технико-экономические показатели МНА на каждом интервале СР (напор и
КПД), определённые по статистическим данным, имеют вид случайных линейных
функций:
() () =  () +  () ∙ ,
(
)

() = 

( )
+
( )
∙ ,
(4)
(5)
где  – текущий номер интервала СР, 0 ≤ х <  ,  – интервал СР, т.е.
интервал между смежными СР;
() ,  () ,  () ,  () – случайные величины, распределенные по усеченному
нормальному распределению.
Если обозначить через (∙) математическое ожидание случайной величины
(∙), то из выражений (4) и (5) следуют соотношения:
(
 () () = (() ) + ( () ) ∙  ,
(6)
 () () = (  () ) + ( () ) ∙ ,
(7)
)

()),  () () =  (() ()).
где  () () =  (
При этом функции  () () и  () () являются монотонно убывающими
функциями.
11
Согласно эксплуатационным данным установлено, что базовое значение
КПД ЭД на каждом интервале ТР в интервале [0,7 ∙ МН,ЭД ; 1,2 ∙ МН,ЭД ], где
МН,ЭД – номинальное значение подачи МН, практически не меняется и,
следовательно,
(
для
любого
номера
ТР
 
справедливо
равенство:
)
ЭД = ЭД = 0,965. При этом динамика изменения КПД МНА на интервале СР
определяется соотношением:
 () () = ЭД ∙  () ().
(8)
На каждом цикле СР вычисляются величины средних значений напора

( )
и КПД 

( )
( )
( )

:


=
∫0  ()

=
=

=  () +



∫0  ()
∫0 ( ( ) + ( ) ∙)
=
∫0 (( ) +( ) ∙)

= () +
 ( ) ∙
2
( ) ∙
2
,
(9)
.
(10)
Среднее значение КПД МНА за весь период эксплуатации определяется по
формуле:
( ) ∙
)
2

=
ЭД ∙∑ =1(( ) +
С
,

(11)
где  - суммарное число интервалов СР на интервале назначенного ресурса.
Количество потребленной электрической энергии (кВт·ч) на межремонтном
интервале СР вычисляется по формуле:
( )
 
=
∙∙ ∙̅
3,6∙106 ∙ЭД
∙
( )
 
(


)
,
(12)
где ρ – плотность перекачиваемого нефтепродукта, кг/м3;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
̅ – средневзвешенное значение подачи МН при его работе на режимах  , м3/ч.
Средневзвешенное значение подачи находится по формуле:

̅ =
∑ =1  ∙


∑ =1 

где  – подача насоса на режиме  , м3/ч;
,
(13)
12
где  - время работы МНА на  -ом режиме, ч.
Затраты на потребление МНА электрической энергии на каждом интервале
СР и за весь срок службы с учетом влияния процесса деградации соответственно
вычисляются по формулам:
(
)
( )

,
=  ∙ 

,
(
(14)
)


, = ∑С
=1 , ,
где  – стоимость 1 кВт·ч,
руб.
(15)
.
кВт∙ч
В третьей главе рассмотрены параметрические методы оценки показателей
надежности по случайно-цензурированным выборкам времен отказов МН,
предлагается математическая модель расчета основного эксплуатационного
показателя надежности МНА – среднего коэффициента готовности при
эксплуатации согласно базовой стратегии  (0) .
В качестве закона распределения времени до отказа МН и ЭД предлагается
и обосновывается двухпараметрическое распределение Вейбулла, которое имеет
вид:

() = 1 −  −· ,
(16)
где  ≥ 0, c, α - коэффициенты (параметры распределения).
При этом функцией интенсивности отказов, соответствующей функции (16),
является (при α>1) монотонно возрастающая функция:
() =  ∙  ∙  −1 .
(17)
Далее на основании примера статистики отказов и вынужденных остановов
(переходов), используя оценку Каплана-Мейера, определяются коэффициенты α и
с
распределения
Вейбулла,
( )
интенсивности 
функции
надежности
() ()
и
средние
отказов МН и ЭД на каждом интервале ТР, где   =
1 …   ,   – суммарное число интервалов ТР, задаваемое стратегией ППР.
Для определения вероятностей нахождения МНА в работоспособном
состоянии выписаны дифференциальные уравнения, которым удовлетворяет
функция готовности (), являющаяся вероятностью нахождения МНА в рабочем
13
состоянии в любой момент времени , где  ≤ П . При этом время  является
календарным временем за вычетом времени, проведенного МНА в резерве.
Стратегия ППР МНА предусматривает, что насосный агрегат проводит в резерве
половину (50%) календарного времени Т0 до его списания. Так как в настоящее
время Т0, составляет не менее 40 лет, то время τ принадлежит интервалу
 = [0, П ], где П – предельная наработка, равная не менее 120000 ч или 20 лет.
Если
момент
времени
( ) = [(  − 1) ∙  ;   ∙  ],
τ
принадлежит
то
МНА
некоторому
в
интервалу
момент
ТР
времени
 =  − (  − 1) ∙  , где 0 ≤  <  ,  − интервал ТР, где   = 1, … ,   ,
может находиться в одном из следующих четырех состояний:

первое
состояние
(1 )
или
рабочее
состояние,
которое
характеризуется тем, что на интервале времени [0, х) не было аварийных отказов
МНА;

второе
состояние
(2 )
или
рабочее
состояние,
которое
характеризуется тем, что на интервале времени [0, х) были аварийные отказы
МНА, при этом интенсивность отказа МНА на интервале () равна (ТР) ;

третье состояние (3 ) или неработоспособное состояние, связанно с
проведением аварийного ремонта МНА (АР). При этом интенсивность
восстановления при проведении АР обозначается через 3 (АР заключается как
правило в проведении СР);

четвертое состояние (4 ) или неработоспособное состояние, связанно
с проведением соответствующего ППР МНА. При этом интенсивность
восстановления при проведении ППР обозначается через 4 и равняется   или
 в зависимости от вида проводимого ремонта.
Далее определяется случайный процесс () = { ( ) (),   = 1, … ,   }
эксплуатации МНА по введенным состояниям, где  ( ) () – однородный
марковский процесс, описывающий эксплуатацию МНА в интервале времени
() , т.е. ϵ[(  − 1) ∙  ,   ∙  ). При этом для любого   = 1, … ,   граф
переходов процесса  ( ) () имеет вид, представленный на рисунке 1.
14
Рисунок 1 –Граф перехода МНА между введенными состояниями на интервале ТР
Система дифференциальных уравнений для нахождения вероятностей
(
)
[ ( ) () =  ] =  (), где  = (  − 1) ∙  + , 0 ≤  <  ,  - номер
состояния,  =1,…,4, соответствующая представленному графу, имеет следующий
вид:
(
)
1  ()

( )
2  ()

)
(
)
( )
= − () ∙ 2  () + 3 ∙ 3  ()

( )
3  ()
(
( )
= − () ∙ 1  () + 4 ∙ 4  ()
= () ∙
( )
1  () +
(
)
4  ()
{

() ∙
( )
2  ()
− 3 ∙
.
(18)
( )
3  ()
( )
= − 4 ∙ 4  ()
Система уравнений (18) решается с помощью преобразований Лапласа при
(
)
(
)
(
)
(
)
наличии вектора-строки начальных условий () = (1  , 2  , 3  , 4  ),
где компоненты вектора () вычисляются по следующим рекуррентным
формулам:
(
)
(
1  = 2 
−1)
( ), 2( ) = 0, 3( ) = 3(−1) ( ), 4() = 1(−1) ( ),
(1)
(1)
(1)
(1)
где   = 2 …   , и 1 = 1, 2 = 3 = 4 = 0 при   = 1.
Для любого

из интервала
 = (  − 1) ∙  + , где 0 <  <  ,
() , где
функция
(19)
  = 1 …   , т.е.
готовности
()
если
МНА
определяется равенством:
(
)
(
)
() = ((  − 1) ∙  + ) = 1  () + 2  ().
(20)
Средний коэффициент готовности г определяется выражением:
г =
 ∙

( )
( )
∑ =1 ∫  −1)∙
(1  ()+2  ())
(



 ∙
.
(21)
15
В четвертой главе приводится методика проведения оптимизации базовой
стратегии ППР. Методика состоит из последовательной реализации следующих
действий:
Формируется
1.
множество ( (0) ) = {
конечное
стратегий ППР, в котором стратегии 
стратегии 
(0)
(1)
(0)
,
(1)
, … ,  (2·) }
, … ,  (2·) построены на основе базовой
, то есть изменением длительности и числа ТР и СР, где  – число
шагов квантования на уменьшение или увеличение межремонтных интервалов
(периодов ТР и СР);
2.
Для каждой стратегии  () , где  = 0,1, … , 2 ·  на каждом
интервале ТР и СР указываются правила определения рабочих характеристик
(средние значения напора и КПД), а также характеристик надежности (средние
интенсивности возникновения отказов).
3.
На основе полученных характеристик согласно правил, изложенных в
главе 4 диссертации, вычисляются значения целевой функции ( () ), при
каждой
стратегии
 () .
При
этом
формируется
числовой
массив
 = {( () ),  = 0,1, … , 2 ·  }.
4.
На основе массива  решается оптимизационная задача (1),
сформулированная в главе 1 диссертации, то есть отыскивается такая стратегия
 () из множества ( (0) ), для которой выполняются соотношения:
( () ) =

 =0,…,2∙
( () ) , г ( () ) ≥ г,н .
(22)
Далее в качестве примера приводится решение оптимизационной задачи (1)
для магистральных насосных агрегатов АНМ1250х260 и АНМ1250х400,
являющихся основными перекачивающими агрегатами на предприятиях ТС ТНП.
При
этом
множество
( (0) )={
(0)
,
(1)
,…,
(4)
}
возможных
стратегий
формируется на основании базовой стратегии  (0) (при  =2), применяемой в
настоящее время для обслуживания указанных МНА. В таблице 1 приведены
значения параметров стратегий
АНМ1250х260.

(0)
,

(1)
, 
(2)
, 
(3)
, 
(4)
ППР МНА
16
Таблица 1 – Значения параметров стратегий ППР МНА АНМ1250х260 

(2)
,
(3)
,
(0)
,
(1)
,
(4)
Параметры стратегии ППР

(4)
Стратегия ППР МНА
(3)
(0)
(1)




(2)
Значение  , ч
8000
10000
12000
14000
16000
Значение  , ч
4000
5000
6000
7000
8000
160
160
160
160
160
14
12
10
10
8
Число технических обслуживаний
МН , , шт.
Число текущих ремонтов МН
, , шт.
Число средних ремонтов , ,
шт.
Число технических обслуживаний
ЭД ЭД,ТО , шт.
14
10
8
7
6
160
160
160
160
160
Число текущих ремонтов ЭД ЭД,ТР ,
шт.
28
22
18
17
14
Число капитальных ремонтов МН и
ЭД  , шт.
1
1
1
1
1
Далее по методам, приведенным в главах 2 и 3, на основании прогнозного
значения тарифа на потребление электрической энергии и затрат на выполнение
работ, в рамках стратегии ППР проведен расчет эксплуатационных затрат и
среднего коэффициента готовности при эксплуатации согласно базовой стратегии

(0)
и по методике, приведенной в главе 4 для стратегий 
(1)
, 
(2)
, 
(3)
, 
(4)
.
Результаты расчетов приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Значение показателей эксплуатации МНА АНМ 1250х260 при
реализации различных стратегий ППР
Эксплуатационные показатели
Среднее значение КПД МН
( ), %

(4)
80,10
Стратегия ППР МНА
(3)
(0)
(1)



79,97
79,88
79,76

(2)
79,61
17
Продолжение таблицы 2
Эксплуатационные показатели
Среднее значение КПД МНА
(), %
Затраты
на
потребление
электрической энергии (, ),
тыс. руб.
Затраты на проведение работ в
соответствии со стратегией
ППР (ППР ), тыс. руб.
Эксплуатационные
затраты
(критерий оптимальности) (C),
тыс. руб.
Средний
коэффициент
готовности, (г )

Стратегия ППР МНА
(3)
(0)
(1)



(4)
76,97

(2)
77,30
77,17
77,09
76,83
432343
432596
432777
432900 433650
13542
11642
10576
10159
445885
444238
443353
443059 443160
0,9902
0,9923
0,9935
0,9943
9510
0,9949
Графики зависимости критерия оптимальности (С) оптимизационной задачи
и среднего коэффициента готовности (г ) от значения интервалов СР, которые
соответствуют стратегиям 
(0)
,
(1)
,
(2)
,
(3)
,
(4)
в соответствии с таблицей 1 для
МНА АНМ 1250х260, представлены на рисунке 2.
Рисунок 2 – Зависимости критерия оптимальности и среднего коэффициента
готовности для МНА АНМ1250х260
18
Из рисунка 2 видно, что при стратегии 
(1)
кривая  (
( )
) имеет
минимум, а коэффициент готовности принимает значение больше 0,98, то есть
стратегия ППР 
(1)
=  () будет являться оптимальной для МНА АНМ1250х260
из анализируемых 
(0)
,
(3)
,
(2)
и
(4)
.
Повышение значения среднего коэффициента готовности с ростом значения
интервала СР обусловлено снижением временем нахождения МНА на плановом
обслуживании и ремонте в рамках стратегии ППР и изменением средней
интенсивности возникновения отказов на интервале ТР. Максимум функция
готовности примет при значении СР равном 20000 ч.
Рисунок 3 – Распределение эксплуатационных затрат при эксплуатации МНА
АНМ1250х260
На диаграмме, представленной на рисунке 3, продемонстрировано, что
увеличение межремонтного интервала приводит к росту затрат на потребление
электрической энергии (красный цвет) и уменьшению затрат на реализацию
стратегии ППР (зеленый цвет). Соотношение расходов определяет оптимальный
интервал проведения СР с учетом фактических условий эксплуатации и
необходимого уровня надежности.
19
Исследования, проведенные в работе, подтверждают, что основными
факторами, влияющими на эксплуатационные затраты, является значение тарифа
на потребление электрической энергии и затраты на проведение обслуживания и
ремонта в рамках стратегии ППР, в частности СР.
В настоящее время стоимость насосного оборудования и основных
запасных частей к нему (рабочие колеса, валы, торцевые и щелевые уплотнения,
подшипниковые узлы и т.д.) дифференцированно зависит от курса иностранной
валюты, вследствие чего в условиях нестабильности мировой экономики
ежегодно меняется эффективность эксплуатации насосного оборудования.
Стоимость электрической энергии для предприятий ТС ТНП менее подвержена
влиянию нестабильности мировой экономики.
По результатам расчетов, исходя из фактических затрат на ремонт и тарифа
на электрическую энергию, следует принимать управленческие решения по
оптимизации параметров стратегии ППР МНА.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По результатам исследований, проведённых в настоящей диссертационной
работе, получены следующие теоретические и практические результаты.
1.
По результатам мониторинга технико-экономических показателей и
эксплуатационных показателей надежности МНА установлена их связь с
параметрами стратегий ППР. В связи с чем согласно ГОСТу Р 27.606-2013
существует необходимость в разработке новых методик, направленных на
непрерывное совершенствование параметров стратегий ППР, что позволит
повысить эффективность эксплуатации и поддержать необходимый уровень
надежности с учетом процесса фактической деградации.
2.
Сформулирована
целевая
функция
оптимизации
процесса
эксплуатации МНА, представляющая собой минимум эксплуатационных затрат
при обеспечении необходимого уровня надежности.
20
На основании методов определения критерия оптимальности и
3.
основного эксплуатационного показателя надежности с учетом процесса
естественной
деградации
разработана
методика,
позволяющая
повысить
эффективность эксплуатации.
На основе эксплуатационной информации с предприятий ТС ТНП:
4.
прогнозных значениях тарифа на электрическую энергию и затрат на проведение
работ в рамках стратегий ППР по разработанной методике проведены расчеты и
определены параметры оптимальной стратегии ППР при обслуживании МНА
АНМ1250х260 и АНМ1250х400.
Приведенные выше результаты показывают, что в диссертационной работе
в соответствии с требованиями федеральных и отраслевых нормативных
документов содержится решение научно-технической задачи по непрерывному
совершенствованию стратегий ППР с учетом фактической деградации МНА.
Результаты расчетов по разработанной методике позволят предприятиям ТС ТНП
научно
обоснованно
реализовать
поручение
правительства
Российской
Федерации по повышению операционной эффективности.
В
заключении
необходимо
отметить,
что
изложенная
методика
оптимизации стратегий ППР полностью не исчерпывают рассматриваемой
проблемы (эффективности эксплуатации). Для дальнейшей разработки проблемы
необходимы дополнительные исследования организации эксплуатации МНА, с
учетом стремительно развивающейся теории рисков.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1.
Карманов, А.В. Определение вероятности обеспечения номинального
режима работы магистрального продуктопровода с учетом процесса старения
перекачивающих агрегатов / А.В. Карманов, Д.А. Росляков, А.С. Телюк //
Надежность. – 2016. - № 2. - С. 39-42.
2.
насосного
Горбань,
Н.Н.
оборудования
Повышение
за
счет
коэффициента
применения
полезного
действия
самоустанавливающихся
21
уплотнительных колец / Н.Н. Горбань, П.И. Шотер, Д.А. Росляков // Наука и
технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2015. - № 4. С. 100 - 105.
3.
Росляков, Д.А. Расчет потребления электроэнергии магистральными
насосными агрегатами с учетом процесса их старения / Д.А. Росляков //
Трубопроводный транспорт [теория и практика]. - 2015. - № 4. - С. 14 - 17.
4.
Карманов, А.В. Оценка эксплуатационных показателей надежности
магистральных насосов магистральных нефтепродуктопроводов / А.В. Карманов,
Д.А. Росляков // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной
промышленности. - 2015. - № 12. - С. 41-45.
5.
Карманов,
А.В.
Определение
эксплуатационных
характеристик
надежности электродвигателей в составе магистральных насосных агрегатов
трубопроводных
систем
транспорта
нефтепродуктов
по
случайным
цензурированным выборкам / А.В. Карманов, С.В. Ларионов, Д.А. Росляков //
Технологии нефти и газа. - 2015. - № 4. - С. 60-64.
6.
Ларионов, С.В. Определение функции готовности магистральных
насосных агрегатов / С.В. Ларионов, Д.А. Росляков // Трубопроводный транспорт
[теория и практика]. - 2014. - № 5-6. - C. 51 - 53.
7.
Росляков,
Д.А.
Строительство
(модернизация)
магистральных
насосных по перекачке нефтепродуктов без применения маслосистем /
Д.А. Росляков // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и
нефтепродуктов. – 2011. - № 3. - С. 30 - 35.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
5
Размер файла
812 Кб
Теги
планово, предупредительного, оптимизация, ремонтов, насосных, магистральных, агрегатов, стратегия
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа