ВОПРОСЫПРОЕКТИРОВАНИЯ АРМАТУРНОГО ХОЗЯЙСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ ЭНЕРГЕТИКИ НА ОСНОВЕ ПОВОРОТНОЙ АРМАТУРЫ
Горобченко С.Л.,МБА, Санкт- Петербург, sgorobchenko@yandex.ru
ФАКТОР АРМАТУРЫВ ПРОЕКТАХ ПРЕДПРИЯТИЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Перед специалистами по управлению проектами постоянно ставится задача снизить капитальные вложения, эксплуатационные затраты, затраты на обеспечение качества и охрану окружающей среды. При проектировании главным фактором все чаще становится снижение стоимости владения, а не только себестоимости продукции. Ключевым фактором в связи с этим все в большей степени будет являться оптимизация не только собственно арматуры, но и всех аспектов хозяйственной деятельности, связанной с ней. При этом арматура перестает рассматриваться как отдельная единица оборудования, но в связи с ее массовостью и спецификой управления ею как целым пластом хозяйственной деятельности предприятия, начинает рассматриваться как арматурное хозяйство.
Как такая посылка отражается на требованиях к проектам? Она заключается не только в том, чтобы инвестировать в оборудование по критерию «цена\качество», но и предусмотреть последствия, связанные с внедрением оборудования того или иного поставщика на все производство и обеспечить в нем снижение издержек во время всего срока эксплуатации. Другой задачей является определение дополнительных затрат, возникающих в процессе модернизации, поскольку они могут превышать нормальный уровень эффективности.
Чтобы определить связь этих параметров с арматурой для предприятия - крупного пользователя арматуры выделим основные пункты, где арматура создает предпосылки для повышения отдачи от проекта. Именно там производители оборудования обычно и предлагают свои инновации. Наиболее характерной целью внедрения инноваций является снижение стоимости владения за срок реализации проекта. Задачами в области управленческих решений, как правило, являются:
- снижение удельных капитальных вложений;
- уменьшение затрат на реализацию проекта;
- снижение эксплуатационных затрат через повышение эффективности обслуживания.
Отметим, что все эти пункты связаны с технологией. В области технологии арматура влияет на такие показатели как повышение эффективности технологического процесса и стабильности качества; снижение потребления сырья и ресурсов; сокращение затрат на эксплуатацию. Как выбор арматуры входит в каждую из указанных задач, рассмотрим ниже:
- удельные капитальные вложения
Снижение капитальных вложений достигается за счет более компактной компоновки машин и более высокой производительности. В этом случае инвестиционные затраты, определяемые требуемой площадью для размещения оборудования, снижаются если вместо задвижек использовать компактную поворотную арматуру, например, дисковые затворы. Дополнительного снижения удельных капвложений можно добиться, если максимально стандартизировать и унифицировать оборудование.
Самый эффективный способ снижения удельных капвложений – стандартизировать не только основное оборудование и узлы, но и вспомогательное оборудование, к которому в большей степени относят запорную арматуру. Имея современные методы построения обвязок трубопроводов в стереометрии, и, сочетая их с максимально возможной «компактизацией» арматуры, выделяя зоны обслуживания, можно добиться большего снижения капитальных вложений.
Важным элементом, который должен был бы испытать требование необходимости роста стандартизации, является арматура систем автоматизации. Как на деле можно было бы добиться сокращения издержек при автоматизации, учитывая, что системы автоматизации предлагают многие компании? Выход состоит в том, чтобы выделять арматуру, как главные исполнительные механизмы АСУТП (регулирующие и запорные органы) из общей спецификации поставки и рассматривать их отдельно. В этом случае можно применять более современные системы автоматизации, но оставляя регулирующую и запорную арматуру выбранного производителя. В стоимости систем автоматизации арматура достигает 60% и выше. Использование унифицированной арматуры в системах автоматизации снизит издержки, а риск от применения разнородных и несогласованных решений будет снижен.
В тоже время выбор одного поставщика как системы автоматизации, так и арматуры, снизит затраты на разработку системы АСУ ТП и ее увязки с арматурой. Мало эффективно, если система автоматизации каждый раз представляет собой новый вариант ручной доводки. Трудно найти компанию, которая, не зная партнера, согласилась бы выступить ответственно в качестве центра сборки и несения гарантий систем разных поставщиков даже всего лишь из триады «клапан – привод - позиционер».
Изменения, вносимые в системы автоматизации, должны создавать решение, обладающее значительно большим потенциалом экономии, чем затраты, необходимые для внесения изменений. Как известно, при внесении изменений в проекты, общие затраты на внедрение изменений гораздо выше, чем прямые затраты. Этот факт часто недооценивается, но именно в стандартизации решений заложен значительно больший синергетический потенциал, чем в сложных новых решениях.
Результатом применения в проектах решений с высоким уровнем стандартизации арматуры становится совокупный эффект снижения затрат и повышения надежности. Подход с точки зрения «Концепция единой платформы», где большая часть компонентов арматуры взаимозаменяема, очевидно, является наиболее эффективным, рис.1.
КОНЦЕПЦИЯ «ОДНА ПЛАТФОРМА»
сочетаемость клапанов
| Обще- промышленная арматура | Вспомогательные процессы | Основные технологические процессы | |
| Шаровые клапаны | 300/400 451А 6F | 6F EliminatorTM 3A/3C 7000/9000(1/2”-2”) | EliminatorTM 3A/3C 7000/9000 3-х ходовой клапан Сертификация по выбросам |
| Уплотнение | |||
| Клапаны Wafer-Sphere С мягким уплотнением | 815W/830W/860W 835L | 815L/830L/860L F815L/F830L/F860L | |
| Приводы | Серии М VPVL EU/ER | Серии М VPVL EU/ER | VPVL Серии B QP EU/ER |
| Автоматизация/Автоматика | |||
| Средства связи | Механическая передача | Механическое или непосредственное управление | Механическое, непосредственное и VCT(Сетевое) |
Рис. 1. Концепция единой платформы в решениях компании Jamesbury. www.metso.com
Для крупных предприятий, работающих на крупных непрерывных производствах, по сути, это единственный путь снижения издержек. И он заключается в выборе единого поставщика, являющегося носителем опыта. Для крупных предприятий им, как правило, является компания – изготовитель арматуры, на базе оборудования которого строилось предприятие.
- Снижение затрат на реализацию проекта
Многие трудности с реализацией проекта, превышением затрат, неоправданным увеличением сроков связаны с невозможностью точно определить и разграничить ответственность поставщиков. Найти ответственного в случае ошибки из-за проблем взаимодействия между разными поставщиками, как правило, не удается. Все это дополнительные затраты по проекту. Разделение поставки не дает никакого преимущества как в экономии при разделении долей контрактов между различными поставщиками, так и использовании разного оборудования и арматуры различных поставщиков.
Для арматуры эта проблема является особенно серьезной. Она является не только внешней, связанной с разными производителями разных элементов арматуры – от расчетных методик и до ее отдельных компонентов. Причиной является и то, что за отдельные компоненты арматуры могут отвечать различные службы, за собственно арматуру - служба главного механика, за привод и позиционер – служба КИП и А.
Знание работы арматуры от участка технологии, где она установлена, его правильного расчета и до позиционера – это один из важных путей к снижению затрат и особенно сроков пуска и выхода на проектную мощность технологической линии. Сделать это можно в основном в возложении единой ответственности на одного ответственного поставщика арматуры.
- Снижение эксплуатационных затрат за счет повышения эффективности обслуживания
Арматура, как наиболее массовый компонент тепловых схем в наибольшей степени поддается унификации и соответственно диагностике, агрегатным и групповым видам ремонта. Поэтому при управлении проектами арматуру и арматурное хозяйство в целом наиболее целесообразно переводить в разряд передаваемых на внешнее сервисное обслуживание. Пример этому – развитые сервисные центры Метсо, обслуживающие многие предприятия энергетики Финляндии.
Выделив ряд программ сервисного обслуживания специально под арматуру, оснастив предприятие специализированным инструментом, обучив и аттестовав специалистов предприятия ноу-хау и регламентам ежедневного технического обслуживания, поручив крупные ремонты наиболее серьезной арматуры большого диаметра специалистам сервисного центра, можно получить лучшие показатели по снижению простоев, чем в обычном ремонтном цеху.
Надо учесть, что в руководствах по эксплуатации и монтажу, как правило, нет отдельных инструкций по ремонту. Это делает весьма затруднительным качественный ремонт и задачи следования последним достижениям фирм изготовителей и может приводить как к авариям на производстве, так и к производственным травмам. Решение – также передача арматуры на ремонт специализированному сервисному центру. Даже имея крупную сервисную компанию, обслуживающую большую часть оборудования, необходимо отслеживать, как они делают ремонт. В этом случае сервисный центр компании - производителя мог бы выполнять работы по субподряду у головной сервисной компании.
В настоящее время ряд банков рассматривает возможность включения в лизинговые схемы и лизинг арматуры вместе с полным сервисным обслуживанием, что делает переход к внешнему сервисному обслуживанию значительно более легким, легко контролируемым в финансовом плане, чем при растворении издержек между многими подразделениями предприятия - потребителя арматуры.
ПЕРЕХОД ОТ АРМАТУРЫВОЗВРАТО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ТИПА К ПОВОРОТНОЙ АРМАТУРЕ
Еще в 70х-80х годах применение запорных вентилей и задвижек было распространено значительно шире, чем дисковых затвовров и шаровых кранов. Применение дисковых затворов ограничивалось температурой не более 100оС. Это было связано с применением преимущественно резиновых уплотнений, неотработанностью конструкции, отсутствием решений для потоков сред с повышенными параметрами температуры и давления, малой долей автоматизации и большой долей ручного труда, для которого характерны простые способы отсечки и регулирования потока.
Рис.2. Задвижка и дисковый затвор серии Gate Crusher компании Jamesbury, предназначенная для замены задвижек. www.metso.com
В энергетике широкое применение находит и поворотная регулирующая арматура. Однако до сегодняшнего дня в качестве регулирующей арматуры наиболее широко используют регулирующие вентили и задвижки. Значительную часть контуров регулирования обслуживают регуляторы давления прямого действия. В системах энергетики регулирующие клапаны обслуживают различные контуры, где регулируемым параметром выступают расход, температура, давление, концентрация и т.п.
Сегодня дисковые затворы уже способны выдерживать температуру не менее 600оС при давлениях свыше 400 Бар с герметичностью, соответствующей классу 1 по ГОСТ 9744 в обоих направлениях. Вместо обычных резиновых прокладок используется широкий спектр мягких уплотнений, способных выдерживать температуры до 260оС без потери герметичности. Металлические уплотнения дали возможность применять заслонки в условиях абразивных, сильно загрязненных сред, в т.ч. пара и воды, с повышенным содержанием соли или высокой минерализацией.
Пример
Традиционно для питательной воды высокого давления (250-320 Бар) при больших расходах крупных ГРЭС и ТЭС используются вентили больших диаметров. При уровне давления 150 атм. и Ду 300–500 мм их габаритные размеры достигают 3х метровой высоты, а класс давления конструкторы вынуждены повышать до 2500 по ANSI вследствие их конструктивных особенностей. К тому же и номинальный диаметр таких клапанов приходится повышать на 2-3 размера выше по сравнению с расчетным по тем же причинам. Решение на основе задвижек и шаровых кранов в таких условиях также оказывается неэкономичным вследствие как необходимости повышать класс давления, так и значительного утяжеления конструкции.
Рис.3. Задвижка на узле высокого давления
Выходом оказывается использование дисковых затворов, например, серии МАПАГ BW, обеспечивающих максимальную пропускную и регулирующую способность. В специальном исполнении дисковый затвор сам выдерживает перепад в 30 бар. При использовании дроссельных вставок конструкции НИКИЭТ, вопрос удержания перепада отходит на второй план, поскольку при их использовании обеспечивается работоспособность дискового затвора даже стандартного исполнения.
Рис. 4. Дисковый затвор серии BW MAPAG
При замене вентилей и задвижек, а также шаровых кранов на дисковые затворы вес конструкции уменьшается на 70%, повышается регулирующая способность, при этом обеспечивается хорошая герметичность при низком рабочем усилии. Только по обслуживанию достигается ежемесячная экономия в 1000 Евро на ед. арматуры в связи с ее простотой, легкостью обслуживания, монтажа и возможностью полной диагностики.
Однако, как показывает опыт, прийти к такому решению специалисты предприятий готовы только тогда, когда все другие пути (вентили, задвижки и шаровые краны) уже испробованы. Только зачем?
Решение проблемы герметичности дисковых затворов было осуществлено при переходе от безэксцентрикового исполнения, не гарантирующего достаточную герметичность, сначала к одноэксцентриковому уплотнению, и далее к двухэксцентриковому уплотнению и для наиболее сложных случаев – к трехэксцентриковому уплотнению. Последнее гарантирует герметичное уплотнение по VI классу, рис. 5.
Рис. 5. Трехэксцентриковые дисковые затворы большого диаметра серии L9 производства Метсо для магистральных теплопроводов и теплоцентралей, www.metso.com.
Существенное достоинство дисковых затворов по сравнению с применяемыми клиновыми задвижками состоит в минимальном весе и габаритах. Вес дисковых затворов в 1,5 - 3 раза меньше по сравнению с задвижками. Малая строительная длина создает возможности для уменьшения общей протяженности трубопроводов и сокращения расходов на потребление насосами. Можно выделить несколько основных направлений замены клиновых и шиберных задвижек дисковыми затворами:
- В условиях, где критичны размеры, в частности, крупные диаметры трубопроводов. Начиная с условного прохода 400мм, строительная высота дискового затвора, включая привод, может быть в 1,5-5 раз меньше. В частности для компактных трубопроводных обвязок и агрегатированных арматурных блоков более применимы малогабаритные дисковые затворы, рис.6.
| Условный диаметр клапана, Ду | Сравнение размеров (дюйм/мм) | ||||
| Дюйм | мм | Строительная длина | Высота | ||
| Задвижка | Поворотный затвор Wafer-Sphere | Задвижка | Поворотный затвор Wafer-Sphere | ||
| (203) | 1,94 (49) | 20,06 (510) | 8,00 (203) | ||
| (229) | 2,13 (54) | 25,44 (621) | 8,50 (216) | ||
| 10,5 (267) | 2,25 (57) | 33,78 (858) | 9,25 (235) | ||
| 11,5 (291) | 2,50 (64) | 42,13 (1070) | 20,12 (511) | ||
| (330) | 2,50 (64) | 51,38 (1305) | 22,88 (581) | ||
| (256) | 3,19 (59) | 59,31 (1506) | 22,49 (571) | ||
| (381) | 3,63 (92) | 60,44 (1764) | 24,15 (613) | ||
| (406) | 4,00 (102) | 78,25 (1988) | 26,86 (682) | ||
| (432) | 4,50 (104) | 81,50 (2070) | 27,83 (707) | ||
| (457) | 5,00 (127) | 94,03 (2388) | 28,68 (728) | ||
| (610) | 6,06 (154) | 105,22 (2673) | 39,83 (1012) |
Рис. 6. Сравнение размеров задвижек и дисковых затворов с увеличением условного прохода. www.metso.com.
- В условиях, где требуется не только отсечка, но и регулирование. Дисковые затворы обладают значительно более высокой способностью к регулированию по сравнению с вентилями и задвижками.
- В условиях, где важна сочетаемость с системами автоматизации и простота автоматизации. Равнопроцентная расходная характеристика дисковых затворов позволяет значительно облегчить формирование алгоритма регулирования и привести характеристики к линейным, рис.7. Поэтому дисковые затворы значительно более просто автоматизируются.
Рис. 7. Типы расходных характеристик
А) – желтая линия – клапаны – эффект клапана «завышенного размера»