СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫК РАЗВИТИЮ ПРЕДПРИЯТИЙ ТЭК
ПРОГРАММЫПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ АРМАТУРНОГО ХОЗЯЙСТВА
КРИОГЕННЫХ СТАНЦИЙ И УСТАНОВОК СПГ
Горобченко С.Л.
valvepromconsult@bk.ru
Из всех основных элементов технологических схем криогенных систем и систем сжижения природного газа только арматура является наиболее массовым элементом. Так, на крупных кислородно-азотных компрессорных станциях и установках разделения воздуха может эксплуатироваться свыше 500 единиц арматуры. Значительно больше их эксплуатируется на установках по сжижению природного газа. При этом из общей массы установленных клапанов до 15-20% могут быть регулирующие клапаны.
Рис. 1. Общий вид криогенной установки
Несмотря на такой большой объем однотипного оборудования, обладающего высоким потенциалом для совершенствования в эксплуатации, развитию арматурного хозяйства в целом пока не уделяется должного внимания. Как правило, арматурное хозяйство не рассматривается как отдельный блок, требующий специализированного обслуживания и специализации в целом.
Причиной этого являются как организационные, так и технические причины. За разные элементы арматуры могут отвечать различные службы, как и за проведение заказа. Например, за механическую часть клапана может отвечать служба механика, а за привод и позиционер того же клапана – служба главного метролога. Вследствие этого рождается большое число недоразумений как на предприятиях, так и в процессе поставок. Значительную роль играет распределенность арматуры и клапанов по большому количеству узлов и линий, обслуживаемых разным по квалификации персоналом. Отдельной проблемой является поставка неунифицированной арматуры в составе многочисленного разнотипного оборудования при проектных поставках, что приводит к излишней «разносортице» арматуры на предприятиях. При реконструкции установок «секонд хенд» зачастую упускается возможность провести диагностику и восстановление клапанов, их унификацию, что позволило бы снизить количество проблем, простоев и аварий уже при пуске и начальном периоде эксплуатации.
Обычно о качестве арматуры судят по ее надежности. В качестве примера можно сказать, что один неработающий клапан, установленный на ответственном (критическом) участке регулирования, может принести чувствительные убытки всему предприятию в целом, часто становясь причиной внепланового останова всей установки.
При этом наиболее значимая доля выходов арматуры из строя может быть связана отнюдь не с механическими причинами, такими как заедание или эрозия, а с трудно выявляемыми метрологическими отказами и потерей метрологической надежности. Уже трудно себе представить работу служб КИПиА и службы главного механика без специализированных диагностических средств, позволяющих решать такие проблемы.
Без понимания особенностей работы арматуры как единого целого, связи ее с системами автоматизации, технологическим процессом и особенностями технического обслуживания, трудно обеспечить надежную работу арматурных узлов, контуров регулирования и всего измерительного комплекса, обеспечивающего работоспособность технологической установки в целом.
Все приведенные факторы не дают возможности сформировать эффективные способы усиления отдачи от арматуры, и в целом снизить издержки на эксплуатацию, увеличить выход продукции за счет роста надежности и совершенства регулирования.
Задачи для предприятий, имеющих в своем составе сотни и тысячи регулирующих клапанов, существенно отличаются от средних, малых или новых предприятий. В связи с этим для каждой компании должны разрабатываться свои программы с учетом состояния дел на предприятии, его рыночных и технических возможностей. Если для крупных станций целями повышения эффективности являются снижение затрат и, соответственно, снижение потерь, повышение надежности, рост точности и эффективности регулирования для крупнотоннажных производств, то для средних и новых предприятий – это может быть стабилизация качества или доведение контуров регулирования под требования производства продукции, соответствующей определенным техническим условиям, возможность эффективной работы при нестабильном качестве сырья, постоянных сменах выходных параметров и др.
Важной частью повышения эффективности и использования сложных интеллектуальных клапанов является специализация обслуживающего персонала по эксплуатации арматуры. Для этого в рамках стратегии по повышению уровня квалификации специалистов предприятий ТЭК - потребителей арматуры в ИПК НПАА разрабатываются программы обучения основам регулирования, применения арматуры и ее сервиса. Это помогает повысить уровень эксплуатации арматуры и арматурного хозяйства в целом и снизить влияние ошибок от действий персонала. В частности, учитывая, что есть определенные трудности на предприятиях с проведением расчетов, определением эффективности того или иного мероприятия, ИПК НПАА организовало обучение по сервисным программам повышения эффективности арматурного хозяйства и обучению по проведению технико-экономических расчетов с определением экономической эффективности от мероприятий, связанных с внедрением смарт арматуры.
Опыт зарубежных предприятий показывает, что наиболее эффективно выделять арматуру в отдельный блок и добиваться специализации, как в поставке, таки обслуживании. При этом за счет эффективного использования арматуры, внедрения специализированных программ сервиса, поддержки надежной эксплуатации арматурного хозяйства и его развития можно добиться существенного снижения издержек и повышения качества управления потоками.
Достижения российских и зарубежных арматурных предприятий были сведены в ряд программ повышения эффективности арматурного хозяйства и разбиты на несколько групп – это программы повышения эффективности регулирования и применения арматуры, программы сервисного обслуживания и коммерческие программы.
Ниже мы приводим обзор программ развития арматурного хозяйства, которые помогли бы увидеть специалистам предприятий нефтегаза и ТЭК способы повышения отдачи от эффективно работающего арматурного хозяйства.
ПРОГРАММЫПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕГУЛИРОВАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ АРМАТУРЫ
ПРОГРАММА "СПЕЦИАЛЬНАЯ АРМАТУРА"
Программа рассчитана на поставку специальной арматуры предприятиям, у которых, благодаря их использованию, будет повышаться качество регулирования и отсечки на конкретных участках. Сюда входит арматура, обладающая уникальными качествами для регулирования и в целом управления процессом. К такой арматуре могут относиться:
- Сегментные затворы, включая затворы с расширенным диапазоном регулирования для дозирования малых количеств дорогих химикатов и добавок.
- Арматура с отражательными пластинами для высоких перепадов давлений, обеспечивающих как снижение кавитации, так и отсутствие турбулентности за клапаном, рис.2.
Рис. 2. Устранение кавитации при помощи отражательных пластин и совершенствования проточной полости арматуры
- Арматура с минимальными гидравлическими сопротивлениями и отсутствием тепловых мостов для условий легковскипающих криогенных жидкостей.
- Смарт арматура для вакуумных систем, работающая при малых и сверхмалых давлениях и обладающая хорошей отсекающей способностью.
- Регулирующие поворотные затворы взамен шаровых, сегментных затворов и шиберных задвижек.
- Регулирующие шаровые краны и сегментные поворотные дисковые затворы взамен седельных клапанов.
- Арматурные узлы Double Block с повышенным уровнем безопасности.
- Комплексные решения для конкретных контуров регулирования.
ПРОГРАММА ЗАМЕНЫСЕДЕЛЬНОЙ АРМАТУРЫИ ШТАМПОСВАРНЫХ ВЕНТИЛЕЙ НА ПОВОРОТНУЮ АРМАТУРУ В КРИОГЕННЫХ УСТАНОВКАХ
Программа служит для повышения качества регулирования при использовании поворотной арматуры вместо линейной с возвратно-поступательным движением штока. При этом снижаются потери на гидравлические сопротивления, появляются возможности для снижения энергозатрат на приводы насосов, увеличивается долгосрочная эксплуатационная надежность регулирования, повышается легкость автоматизации и расширяются ее возможности.
ПРОГРАММА ПЕРЕВОДА ОТДЕЛЬНОЙ ЗАПОРНОЙ И РЕГУЛИРУЮЩЕЙ АРМАТУРЫНА ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩУЮ АРМАТУРУ
Основой программы служит замена отдельных единиц запорной арматуры в рамках контура регулирования или арматурного узла на регулирующий клапан с высокой отсечной способностью, соответствующей требованиям проектной документации. Учитывая, что на один регулирующий клапан в регулирующем контуре может приходиться до 4-х единиц запорной арматуры, это позволяет сократить затраты в целом как на установку, так и обслуживание арматуры, и сделать решения значительно более компактными. Важной составляющей такого решения является диагностика он-лайн запирающих и регулирующих способностей клапана на основе программно-диагностических комплексов известных компаний.
Дальнейшее уменьшение общего объема используемых клапанов достигается при использовании эксцентриковых клапанов. При их использовании появляются возможности совмещения т.н. «грубого» и «тонкого» регулирования, поскольку клапан за счет наиболее широкого диапазона регулирования (5-95% открытия клапана) способен выполнять обе функции.
ПРОГРАММА «АРМАТУРА ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ»
Включает поставки комплектов арматуры для специализированных производств:
- Для кислорода, установок ректификации, абсорбции, адсорбции и др., специализированных технологических линий.
- Специальная арматура для узлов газосепарации, очистки, сортирования, центрифуг и вихревых очистителей и пр.
- Особенностью программы является применение арматуры, соответствующей индивидуальным требованиям каждого отдельного узла оборудования или технологической линии.
ПРОГРАММА «КРИТИЧЕСКИЕ КОНТУРЫРЕГУЛИРОВАНИЯ»
Программа рассчитана на повышение эффективности работы регулирующих клапанов, от работоспособности и надежности которых зависит работоспособность оборудования в целом и качество продукции. К ним относятся:
- Участки, определяющие качество конечной продукции, имеющие наибольшее влияние на совершенство регулирования.
- Участки, имеющие наибольшее влияние на себестоимость, например, участок добавки и разбавления дорогими химикатами.
- Участки сложных технологических процессов, где должны применяться специальные клапаны: участки повышенного перепада давлений, вероятности кавитации, частых теплосмен, например, где есть повышенная конденсация, образование примесей, кристаллизация, карамелизация и др.
ПРОГРАММА «ПОВЫШЕНИЕ ОБЩЕЙ И МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ. РАСШИРЕНИЕ ГАРАНТИЙ»
Программа позволяет расширить гарантии для предприятий-потребителей. Основой является статистика работоспособности арматуры за многолетний период эксплуатации. Предварительный анализ проводится при помощи анализа статистических данных, которые ведут многие арматурные компании, отделы главного механика и главного метролога по ремонту арматуры на большинстве крупных предприятий. На ее основе выявляют среднюю потребляемость арматуры и формируют вероятность ее безотказной работы. Технически проводят ряд мероприятий для оценки эксплуатационной надежности арматуры на предприятии. По результатам статистического аудита оценивают вероятность безотказной работы арматуры на различных производственных участках и сравнивают с нормативами. Выявляют узкие места. Предприятию даются рекомендации по возможным изменениям в кратности ТО, а также возможности увеличения гарантийного срока. Разрабатывают и заполняют документацию, особенно паспорта арматуры, отмечают и проверяют соблюдение ТО, после чего при подписании сервисного контракта задают увеличение гарантийного срока. Программа наиболее эффективна для арматуры технологических линий наиболее дорогого или опасного "продукта", где должна использоваться арматура повышенной надежности, включая арматуру для работы в условиях гидроудара и пульсаций, а также проблемные зоны технологических линий, где арматура работает в условиях налипания, абразивного износа, эрозии и кавитации, там, где требуется тонкое регулирование или используются дорогие добавки.
ПРОГРАММА «МОДЕРНИЗАЦИЯ АРМАТУРЫПОД НОВЫЕ УСЛОВИЯ ПРОИЗВОДСТВА»
Программа предполагает возможность перерасчета и модернизации арматуры при переходе на новый продукт, изменение режимов и условий работы технологических установок, и включает перерасчет и замену внутренней «начинки» клапанов под новые условия производства. Такими условиями могут быть, например, переход на производство новых композиций, использование нового сырья, изменение производительности и др. Наиболее характерным является поставка заново рассчитанных клапанов при реконструкции установок.
ПРОГРАММА «УНИФИКАЦИЯ И СТАНДАРТИЗАЦИЯ АРМАТУРНОГО ХОЗЯЙСТВА»
Программа включает планомерную замену устаревшей арматуры на смарт-арматуру с целью общего снижения издержек. Предназначена для компаний, имеющих большую установленную базу арматуры одной компании.
Рис. 3. Разнообразные типы арматуры, устанавливаемых на криогенных линиях
Программа состоит из нескольких основных направлений:
- замена устаревшей арматуры, выходящей из строя;
- замена приводов и позиционеров на работающей арматуре;
- установка смарт-арматуры на тех участках, где ранее использовались стандартные виды арматуры;
- перерасчет и замена регулирующих клапанов на смарт-арматуру в спецификации при рассмотрении проектов поставки крупного оборудования с целью общей унификации арматуры;
- предложение эффективных планов установки арматуры с критических участков регулирования на менее ответственные участки;
- применение специализированных сервисных программ для большого количества арматуры, включая обменный фонд и другие современные формы поставки арматуры.
ПРОГРАММА «АГРЕГАТИРОВАННЫЕ АРМАТУРНЫЕ УЗЛЫ»
Программа предназначена для предприятий, которые вводят в действие новую или секонд хенд установку и хотели бы сократить время ввода и получить большую эксплуатационную надежность и повышение эффективности арматурного хозяйства. Программа основана на использовании специальных трубных элементов, агрегатированных арматурных узлов, изготавливаемых заранее у аттестованных монтажных организаций, применении калиброванных заранее позиционеров и т.д.
Выигрыш достигается в снижении времени на запуск, наладку, снижении эксплуатационных затрат и обслуживания, отсутствии аварий и поломок при пуске из-за некачественного монтажа, возможности применения сервисного обслуживания и включения всего готового агрегатированного узла в тело инвестиционного кредита, а не только в услуги по монтажу.
ПРОГРАММА «ЗАМЕНА АНАЛОГОВЫХ ПОЗИЦИОНЕРОВ НА ЦИФРОВЫЕ»
Программа предназначена для предприятий, которые стремятся к росту эффективности регулирования и особенно критических, т.е. наиболее ответственных контуров регулирования. Программа основана на замене обычных аналоговых позиционеров на цифровые, т.н. «умные» интеллектуальные позиционеры. Это включает оценку состояния приводов и позиционеров, выявление участков процесса, дающих максимальный технико-экономический эффект, план мероприятий по предварительной подготовке замены позиционеров, включая анализ качества воздуха, и собственно замену аналоговых позиционеров на цифровые, включение устройств интеллектуальной отсечки в программы сервисной поддержки и обслуживания.
ПРОГРАММА «СМАРТИЗАЦИИ»
Программа предназначена для предприятий, которые уже имеют установленные цифровые контуры регулирования на основе протокола HART, и готовы шагнуть к более эффективным и полностью цифровым решениям на основе PROFIBUS и FOUNDATION FIELD BUS непосредственно от текущего состояния (аналоговые позиционеры). Эффективность достигается за счет полного отказа от аналоговых каналов и получения измерительного цифрового сигнала непосредственно от средств регулирования и измерений, минуя стадию аналогового сигнала. В результате повышается общая пропускная способность, происходит рост и расширение числа передаваемых параметров, их скорости, частоты и насыщенности, а значит и точности выполнения сигналов, их помехоустойчивости, и в целом обеспечивается снижение общих эксплуатационных затрат и повышение точности регулирования. Основное повышение эффективности происходит за счет расширенных возможностей самодиагностики, возможности внедрения уже удаленной диагностики с наиболее качественным цифровым сигналом на основе профессиональных версий программно-диагностических комплексов, предлагаемых известными арматурными компаниями.
Рис. 4. Снижение коэффициента вариации продукта на выходе при использовании смарт арматуры с цифровыми позиционерами
ПРОГРАММА «ПОЗИЦИОНЕРЫ, ПРИВОДЫИ РЕМКОМПЛЕКТЫ»
Программа предназначена для повышения качества и надежности арматуры и рассчитана на ремцеха крупных предприятий и заводов-производителей арматуры. Для них применяются новые цифровые позиционеры, приводы и ремкомплекты для уже установленной арматуры. Установка приводов и позиционеров может производиться на арматуру разных производителей с использованием переходников.
Поставка комплектующих – шаров, седел, выполняемых по специальной технологии, и не производимых на месте, – позволяет дать более широкий спектр решений для ремцехов предприятий–потребителей.
ПРОГРАММА «ИНСТРУМЕНТАРИЙ» или «ОТ СТАБИЛИЗАЦИИ К ПРОГРАММИРУЕМОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ»
Программа предназначена для производств, где есть специальные требования к арматуре в момент ее работы. Например, это такие типовые задачи, как: уменьшить турбулентность потока в момент открытия; предотвратить резкий гидравлический удар в момент открытия\закрытия; снизить образование воронки или втягивание\выделение воздуха в устройствах вихревой очистки, сливных емкостях и др.; предотвратить резкое смешивание компонентов в момент сильного открытия клапана; обеспечить максимальную пропускную способность при подаче\разгрузке среды из танка, емкости, резервуара, обеспечить согласование стабильности потока при разветвленных системах подачи агента и др.
Решения обеспечиваются специальным инструментарием, устанавливаемым на арматуру, таким как, например: бустер для усиления хода поршня привода в момент открытия или закрытия; программируемые позиционеры для отсечной арматуры для программируемого движения хода затвора при открытии\закрытии, (например, "медленное открытие - быстрое закрытие", или "2 сек быстрого открытия - плавное открытие"); позиционеры безопасности для контроля работоспособности аварийных клапанов; пневморесиверы для поддержания равномерного давления воздуха в позиционерах и приводах, обеспечения их работоспособности в случае отключения подачи воздуха; фильтры–регуляторы – для дополнительной очистки воздуха перед подачей в позиционер и привод.
 |
Рис. 5. Способы программирования хода открытия - закрытия современной смарт-арматуры
ПРОГРАММА «КООПЕРАЦИЯ С ПРОИЗВОДИТЕЛЯМИ ОБОРУДОВАНИЯ»
Программа подразумевает максимальную унификацию и стандартизацию применяемой арматуры. Основной целью является максимальное использование однотипной арматуры, наиболее полно отвечающей условиям работы на типовых средах.
В этом случае для повышения эффективности и снижения затрат за счет унификации рекомендуется выделять арматуру из спецификации поставщика оборудования, ее пересчета на арматуру лидера поставки и последующей поставки арматуры с учетом эффективных программ сервисного обслуживания, особенно программ с использованием диагностики по современным цифровым протоколам. Достоинства такого решения – риск применения арматуры новых систем будет минимальным, легче будет осуществлять сервисную поддержку, меньше вероятность регресса при подмене цифровых позиционеров аналоговыми, появится больше возможностей снижать коммерческие затраты на большое число контрактов и проведение заказа, больше вероятность получения накопительных скидок и т.д.
ПРОГРАММА «КАПИТАЛОВЛОЖЕНИЯ В КОНТУРЫРЕГУЛИРОВАНИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЮ ПРИ ПРИОБРЕТЕНИИ УСТАНОВОК СЕКОНД ХЕНД»
Программа предназначена для предприятий, принимающих решения о приобретении технологических установок секонд хенд. Основой является наибольшая отдача от системы автоматизации при запуске и наладке установок секонд хенд, выявлении ее слабых мест, понимания плана ее дальнейшей модернизации и др.