книги / Эксплуатация оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи
..pdfсовершенствования системы технического обслуживания и ремонта оборудования;
разработки плана модернизации оборудования; обеспечения требований промышленной безопасности при
эксплуатации оборудования.
При этом преследуются следующие цели:
количественная оценка и анализ надежности оборудования, выявление закономерностей возникновения отказов;
выявление оборудования (узлов), лимитирующего надежность технологических систем бурения, добычи и подготовки нефти и газа; и своевременное принятие мер по повышению эффективно сти его эксплуатации, определение ресурса основных деталей и сборочных единиц до их замены или ремонта;
изучение характера и причин возникновения отказов обору дования;
выявление и оценка конструктивных, технологических и экс плуатационных факторов, снижающих надежность оборудования и влияющих на величину затрат труда, времени и средств при ремонте;
уточнение норм расхода запасных частей; разработка предложений по совершенствованию существую
щей системы ТО и Р; оценка эффективности мероприятий по повышению надежно
сти и экономичности работы оборудования.
Для оценки надежности оборудования определяются следую щие показатели:
безотказности,
ремонтопригодности,
долговечности,
сохраняемости, комплексные показатели надежности.
Сбор информации о надежности оборудования должен прово диться средствами автоматизированной системы управления (АСУ) с начала его использования по назначению (в дальнейшем «эксплуатации») обслуживающим персоналом и предусматривать проведение постоянных, периодических и (или) разовых наблю дений.
Информация хранится в базе данных системы АСУ предпри ятий и классифицируется на следующие виды:
базовую,
первичную,
выходную.
Источниками информации для системы сбора и обработки данных являются:
эксплуатационная и ремонтная документация; результаты периодических осмотров и диагностических кон-
тролей оборудования; результаты расследования отказов оборудования;
отчетные материалы по выполнению плановых и внеплановых ремонтных работ;
материалы специальных исследований и испытаний. Предпочтительно, чтобы функциональная структура системы
сбора и обработки данных о надежности оборудования была трехуровневой, однотипной для всех уровней и отличалась толь ко степенью детализации, исходя из конкретных задач, решаемых на этих уровнях.
На уровне территориального производственного предприятия (ТПП) должны осуществляться:
ведение базы данных имеющегося в эксплуатации оборудова ния;
сбор, оформление и передача информации по отказам, нара боткам, ремонтам, диагностическим контролям оборудования в филиал нефтегазодобывающего общества;
формирование периодических сводок по наработке оборудо вания;
ведение базы данных отказов; ведение базы данных ремонтов, диагностических контролей.
На уровне филиала нефтегазодобывающего общества должны осуществляться:
получение, накопление, обработка и систематизация данных уровня ТПП;
расчет показателей надежности оборудования; анализ показателей надежности оборудования;
разработка перечня мероприятий по повышению надежности оборудования и передача его для рассмотрения в нефтегазодобы вающее общество;
доступ к базе данных системы уровня ТПП; контрольное, выборочное или систематическое решение
функциональных задач уровня ТПП; передача информации в нефтегазодобывающее общество;
контроль за функционированием системы на уровне ТПП; подготовка и оформление отчетной документации.
На уровне нефтегазодобывающего общества должны осущест вляться:
анализ данных, поступающих с уровня филиалов общества; координация работ по сбору и обработке информации; разработка основных направлений работ нефтегазодобываю
щего общества по повышению надежности оборудования.
Предприятия всех уровней должны нести ответственность за сохранность и целостность данных системы, ведение архивов.
Процесс сбора данных по отказам, наработкам, ремонтам и принятия решений для всех уровней пользователей должен быть максимально автоматизирован.
Общие требования к статистической информации о надежно сти оборудования:
единство и единообразие кодирования всех отказов оборудо вания;
однозначность определения неработоспособного состояния оборудования;
унификация методов сбора, хранения и корректировки ин формации;
обеспечение полноты и корректности информации; возможность получения информации в необходимой для дан
ной задачи форме.
Для обеспечения соответствующего качества собираемых све дений информация об отказах оборудования должна быть досто верной, полной и непрерывной. Достоверность информации об отказах оборудования достигается точным учетом времени его работы, моментов возникновения отказов и времени, затрачивае мого на их устранение.
Полная информация достигается точным учетом условий экс плуатации оборудования и режимов его работы.
Для непрерывности информации нельзя допускать перерыва в процессе регистрации отказов.
о б р а б о т к а э к с п л у а та ц и о н н о й и н ф о р м а ц и и
ПО ОТКАЗАМ
Собранная первичная статистическая информация об отказах оборудования подвергается систематизации, анализу, обобщению и предварительной обработке. Эти работы обычно весьма трудоемки и связаны с большой затратой времени.
Трудоемкость этих работ значительно снижается при исполь зовании средств вычислительной техники.
Критерии отказов и предельных состояний оборудования устДнавливают в соответствующих разделах эксплуатационной до кументации с Целью однозначного определения его технического состояния.
Критериями отказов оборудования являются: Прекращение функционирования;
снижение за пределы допустимого уровня следующих экс плуатационных параметров:
кпд,
МОЩНОСТИ,
напора, других параметров;
внешние проявления, свидетельствующие о наступлении или предпосылках наступления неработоспособного состояния (шум, вибрация, перегрев, стук в механических частях).
Критериями предельных состояний могут быть:
отказ одной или нескольких деталей (узлов), ремонт или за мена которых на месте эксплуатации не предусмотрена эксплуа тационной документацией;
механический износ ответственных деталей (узлов) или сни жение физических свойств материалов до предельно допустимого уровня;
снижение наработки на отказ оборудования ниже допустимого уровня;
превышение установленного уровня текущих (суммарных) за трат на техническое обслуживание и ремонты или другие при знаки, определяющие экономическую нецелесообразность даль нейшей эксплуатации оборудования;
изменение (снижение) эксплуатационных параметров обору дования по сравнению с паспортными.
Технологические остановки (переключения) оборудования, остановки по причине внешнего энергоснабжения, а также свя занные с проведением планового технического обслуживания и ремонта, испытаний, обкатки к отказам не относятся и при оцен ке показателей надежности не используются.
Отказы систем и средств КИП, автоматики и телемеханики, приведшие к остановке механотехнологического и электрообору дования, к отказам последнего не относятся.
Для возможности оценки влияния пусков (включений) на на дежность работы оборудования, изменение его эксплуатационных параметров следует вести учет числа пусков (включений).
Обработка статистической информации о надежности обору дования ТПП включает ряд этапов:
планирование эксплуатационных наблюдений; предварительная обработка статистического материала; классификация информации и формирование выборок; оценка показателей надежности.
Сбор данных по отказам, наработкам, ремонтам оборудования эквивалентен проведению пассивного эксперимента и, как всякий эксперимент, должен планироваться.
В целом при определении показателей надежности оборудо вания ТПП в условиях эксплуатации достаточно ограничиться
104
продолжительностью наблюдений (сбора данных) в течение двух лет.
В случае интенсивного роста числа отказов оборудования, а также при оценке показателей надежности вновь установленного (модернизированного) оборудования, проводимой по результатам эксплуатационных испытаний, период наблюдений может быть ограничен.
Предварительная обработка информации состоит в ее уточне нии и проводится с привлечением специалистов служб предпри ятия.
При этом:
проверяются полнота, достаточность и достоверность инфор мации;
исключаются данные, не относящиеся к отказам оборудо вания;
уточняются причины отказов; проверяется информация о продолжительности ремонта.
При необходимости данные уточняются по записям в журна лах оперативного персонала ТПП, дубликатам извещений об от казах.
За период наблюдений в базу данных (БД) системы сбора и обработки информации о надежности должны быть внесены сле дующие сведения:
дата; время отказа;
отказавший узел (деталь); причина отказа конкретного вида оборудования;
наработки между отказами, в число которых входят также все наработки между отключениями, не относящимися к отказам оборудования;
суммарная наработка оборудования за период наблюдений; суммарная наработка оборудования (узлов, наработка которых
регламентирована другими НТД) с начала эксплуатации, момен та проведения последнего текущего, среднего и капитального ре монтов;
суммарное время, затраченное на ремонт; данные о числе пусков (включений).
С учетом требований ГОСТ 27.310, ГОСТ 27.003 проводится
классификация информации и формирование следующих вы борок:
по конкретным типам оборудования; по группе однотипного оборудования, эксплуатирующегося в
статистически однородных условиях (режимы работы, сроки и условия Эксплуатации, загруженность);
по причинам отказов видов оборудования (например, для на сосов - по отказам торцовых уплотнений, подшипников; для электродвигателей - по отказам подшипников, по причинам по вреждений изоляции обмоток ротора и статора; для оборудова ния автоматики - по ложному срабатыванию защит, другим при чинам).
Для выполнения углубленного анализа информации о надеж ности оборудования допускается производить выборки данных по другим признакам.
ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ
Надежность оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи можно с достаточной степенью точности харак теризовать комплексом, состоящим из следующих количествен ных показателей: вероятность безотказной работы, частота и ин тенсивность отказов, средняя наработка на отказ, средний срок службы, коэффициент технического использования, среднее вре мя восстановления и удельная трудоемкость ремонтов.
Показатели надежности оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи представляют собой числовые характеристики, определяемые различными методами из функций распределения вероятностей случайных величин, характеризующих надежность (время безотказной работы, число отказов, время восстановле ния параметра и др.). Поэтому задачей математической обработ ки статистических данных об отказе оборудования фактически является получение функций распределения случайных величин. Зная функцию распределения случайных величин и пользуясь методами математической статистики, можно количественно оце нивать показатели надежности.
Математическая обработка статистической информации об отказах и работоспособности оборудования сводится к составле нию рядов распределения, построению эмпирической функции плотности вероятностей случайной величины, вычислению пара метров эмпирического распределения, выравниванию эмпириче ского распределения по предварительно выбранному теоретиче скому закону, сравнению эмпирических и теоретических функ ций распределения.
На основе выбранного закона распределения исследуемой случайной величины и его параметров определяют показатели надежности.
Известно, что случайная величина будет полностью описана с вероятностной точки зрения, если задано распределение суммар-
106
ной вероятности между отдельными значениями случайной ве личины или число элементов совокупности, имеющих опреде ленное значение случайной величины. Простейшая форма зада ния ряда распределения - таблица, в которой должны быть пе речислены возможные значения случайной величины и соответ ствующее им число элементов совокупности (частоты) или веро ятности (частости).
Ряды распределения часто удобнее представлять интерваль ными, и в этом случае весь диапазон исследуемой величины раз бивают на интервалы (разряды) и подсчитывают число элемен тов совокупности Дл,-, приходящееся на каждый интервал. Для этого выписывают наименьшее и наибольшее значения исследуе мой случайной величины (т.е. первый и последний члены ряда распределения) и определяют зону рассеивания, которая равна разности между этими членами.
Число интервалов (разрядов), на которые делится найден ная зона рассеивания, рекомендуется выбирать в пределах от 8 до 12.
По данным таблиц строят эмпирические функции плотностей вероятностей в виде гистограмм или полигонов распределения.
Гистограммы строят для непрерывных случайных величин. По оси аосцисс в выбранном масштабе откладывают интервалы, по оси ординат - величины, пропорциональные частостям (или частотам), - высоты прямоугольников. Условно считают, что в каждом интервале случайная величина распределена равно мерно.
Полигоны строят для дискретных случайных величин. По оси абсцисс откладывают возможные значения случайной величины, по оси ординат - величины, пропорциональные частостям (или частотам). Полагают, что все значения случайной величины, по павшие а один и тот же интервал, равны по величине середине этого интервала.
По результатам группировки исходных статистических дан ных легко вычислить основные числовые характеристики изу чаемой случайной величины - среднее арифметическое значение н среднее квадратичное отклонение.
Пример 1,1. В результате наблюдений за работой буровых ус тановок получены следующие данные о наработках до первого отказа коробки скоростей электропривода этих установок (табл. 4.5). Под наблюдением находилось 64 изделия.
Необходимо определить эмпирическую функцию плотности распределения наработки коробки скоростей до первого отказа и вычислить ее числовые характеристики.
Минимальное значение наработки равно 4 ч, максимальное
Наработка до первого отказа коробки скоростей буровой установки
Номер |
Наработка |
Номер |
Наработка |
Номер |
Наработка |
Номер |
Наработка |
п/п |
до отказа, |
п/п |
до отказа, |
п/п |
до отказа, |
п/п |
до отказа, |
|
ч |
|
ч |
|
ч |
|
ч |
1 |
325 |
17 |
6 |
33 |
408 |
49 |
2120 |
2 |
115 |
18 |
526 |
34 |
581 |
50 |
242 |
3 |
97 |
19 |
74 |
35 |
35 |
51 |
1410 |
4 |
298 |
20 |
755 |
36 |
224 |
52 |
761 |
5 |
472 |
21 |
620 |
37 |
20 |
53 |
1174 |
6 |
4 |
22 |
272 |
38 |
130 |
54 |
273 |
7 |
29 |
23 |
2194 |
39 |
38 |
55 |
10 |
8 |
198 |
24 |
1589 |
40 |
477 |
56 |
259 |
9 |
352 |
25 |
4 |
41 |
35 |
57 |
488 |
10 |
1983 |
26 |
251 |
42 |
673 |
58 |
25 |
11 |
401 |
27 |
10 |
43 |
40 |
59 |
290 |
12 |
17 |
28 |
81 |
44 |
8 |
60 |
83 |
13 |
43 |
29 |
1254 |
45 |
374 |
61 |
31 |
14 |
800 |
30 |
1023 |
46 |
542 |
62 |
340 |
15 |
14 |
31 |
24 |
47 |
450 |
63 |
847 |
16 |
205 |
32 |
70 |
48 |
214 |
64 |
59 |
составляет 2194 - 4 = 2190 ч. Эту зону рассеивания делим на И интервалов. Величина интервала 1st в рассматриваемом случае примерно равна
At = |
« 200 ч. |
В табл. 4.6 приведены пределы каждого интервала, середина интервала, способ подсчета числа случаев (отказов) в каждом интервале и эмпирическая функция плотности распределения вероятностей.
По данным табл. 4.6 построена гистограмма распределения времени безотказной работы коробки скоростей электропривода буровой установки (рис. 4.1).
Выборочное среднее арифметическое и выборочное среднее квадратичное отклонения вычисляются соответственно по фор
мулам: |
|
Т* = Х^ср,» |
(4.6) |
/=1 |
|
(4.7)
Данные для определения плотности распределения наработки до отказа коробки скоростей буровой установки
Номер |
|
|
|
|
Частость |
Эмпирическая |
|
|
Середина |
Число |
плотность |
||
интер |
Интервал времени, ч |
интервала |
и,= 3 . |
|
||
случаев ти |
|
|||||
вала i |
|
|
*ср, ч |
|
Щ N |
JKJ NДГ, |
1 |
|
0-200 |
100 |
27 |
0,42 |
0,0021 |
2 |
> 200-400 |
300 |
14 |
0,22 |
0,0011 |
|
3 |
> 400-600 |
500 |
9 |
0,14 |
0,0007 |
|
4 |
> 600-800 |
700 |
4 |
0,06 |
0,0003 |
|
5 |
> 800-1000 |
900 |
2 |
0,03 |
0,0002 |
|
6 |
> |
1000-1200 |
1100 |
2 |
0,03 |
0,0002 |
7 |
> |
1200-1400 |
1300 |
1 |
0,02 |
0,0001 |
8 |
> |
1400-1600 |
1500 |
2 |
0,03 |
0,0002 |
9 |
> |
1600-1800 |
1700 |
0 |
0,00 |
0,0000 |
10 |
> |
1800-2000 |
1900 |
1 |
0,02 |
0,0001 |
И |
> 2000-2200 |
2100 |
2 |
0,03 |
0,0002 |
|
Итого |
|
|
|
64 |
1,00 |
|
Порядок расчета по вычислению числовых характеристик сведен в табл. 4.7.
|
Из табл. 4.7 |
имеем |
£ |
= 446,8 |
и £ u f = 443 680. |
1=1 |
|
1=1 |
Подставив эти суммы в формулы (4.6) и (4.7), получим
|
I |
I |
I |
I |
0 |
400 |
800 |
1200 |
1600 2000 /, ч |
Рис. 4.1. Плотность вероятности отказа коробки скоростей электропривода буровой установки:
1 - гистограмма распределения; 2 - выравненная кривая по закону Вейбулла
Порядок расчета числовых характеристик к примеру 1.1
Номер |
Интервал |
Середина |
|
|
|
|
|
интерва |
|
|
|
|
|||
интер |
Щ |
1<г* |
|
“А * |
|||
времени, ч |
ла ^ |
,ч |
|
||||
вала i |
|
|
|
||||
1 |
0-200 |
100 |
|
0,422 |
1 |
42,2 |
4220 |
2 |
200-400 |
300 |
|
0,219 |
9 |
65,7 |
19710 |
3 |
400-600 |
500 |
|
0,140 |
25 |
70,0 |
35000 |
4 |
600-800 |
700 |
|
0,063 |
49 |
44,1 |
30870 |
5 |
800-1000 |
900 |
|
0,031 |
81 |
27,9 |
25110 |
6 |
1000-1200 |
1100 |
|
0,031 |
121 |
34,1 |
37510 |
7 |
1200-1400 |
1300 |
|
0,016 |
169 |
20,8 |
27040 |
8 |
1400-1600 |
1500 |
|
0,031 |
225 |
46,5 |
69750 |
9 |
1600-1800 |
1700 |
|
0 |
289 |
0 |
0 |
10 |
1800-2000 |
1900 |
|
0,016 |
361 |
30,4 |
57760 |
11 |
2000-2200 |
2100 |
|
0,031 |
441 |
65,1 |
136710 |
Итого |
|
|
|
1,000 |
|
446,8 |
443680 |
Г;, = 447 ч и 5* = J443680-4472 = 494 ч.
Для оценки показателей надежности используются формулы, приведенные в разделе 4.1, и результаты группировки исходных статистических данных. Последовательность оценки показателей безотказности рассмотрим на примере.
Пример 1.2. По статистическим данным о наработках до пер вого отказа коробок скоростей электропривода буровой установ ки, приведенным в примере 1.1, необходимо оценить показатели
их безотказности P*(Ô, |
X'(t). |
|
Для решения задачи |
используем формулы |
(4.1), (4.2), (4.3), |
(4.4) и (4.5), а также результаты группировки |
числа отказов по |
интервалам времени работы коробок скоростей электропривода, приведенные в табл. 4.6. При этом объединим интервалы 5-7 и 8- 11, так как начиная с пятого интервала число случаев (отка зов), попавших в каждый интервал, мало (0-2). В результате объединения величина интервалов будет неравномерной. Все вы числения для удобства сведены в табл. 4.8.
По данным табл. 4.8 построены зависимости показателей без отказности от времени (рис. 4.2).
Средняя наработка до отказа и среднее квадратичное откло нение наработки до отказа коробки скоростей электропривода равны соответственно выборочным среднему арифметическому значению и среднему квадратичному отклонению и подсчитаны в примере 1.1.
но