Мониторинг состояния поршневых компрессоров

Публикация компании PROGNOST Systems

Мониторинг состояния поршневых компрессоров 12 функций, которыми должна обладать любая система мониторинга состояния

Что необходимо знать об автоматической диагностике

Сертификация SIL: На что следует обращать внимание

Страница 3

Страница 5

Мониторинг состояния и автоматическая диагностика: просто о сложном Эксперты во всем мире единогласны: единственный способ, позволяющий обеспечить безопасность, надежность, эффективность и рентабельность эксплуатации поршневых компрессоров - осуществлять их непрерывный мониторинг и выполнять их техническое обслуживание на основе информации, предоставляемой системой мониторинга. Это звучит очень просто, но реализовать такой подход на практике весьма сложно. Практически невозможно перечислить все устройства, системы и методы автоматического мониторинга и диагностики. Описания и обещания в рекламе продуктов часто очень похожи, иногда противоречивы и почти всегда запутывают пользователя.

Чтобы облегчить вам принятие решения в пользу одной из систем, мы разработали это руководство. Оно описывает основные функции, которые должны быть реализованы в системе, и объясняет, почему они так важны. Поскольку это руководство составлено компанией PROGNOST Systems, мы представляем в нем нашу точку зрения, которая основана на более чем 15-летнем опыте разработки и эксплуатации систем мониторинга и диагностики по всему миру. Мы надеемся, что этот опыт будет вам полезен при оценке и внедрении системы мониторинга состояния.

1 Масштабируемость

Почему это важно: Система должна быть масштабируемой в двояком смысле. Во-первых, она должна допускать функциональное масштабирование с целью добавления в установленную систему дополнительных функций (например, измерительных цепей) без чрезмерных затрат и усилий.

2

Во-вторых, система должна быть масштабируемой по размеру, т.е. должна допускать возможность расширения для мониторинга дополнительного оборудования.

мер, мониторинг компонентов с высокой вероятностью отказа). Затем по мере надобности систему можно будет дополнять. Иными словами: начать с малого и постепенно расширяться.

Только действительно масштабируемая система обеспечивает возможность беспрепятственного и экономически выгодного роста.

Функциональная масштабируемость зависит от того, работает ли поставщик постоянно над оптимизацией своей системы. Это можно понять по частоте появления обновлений системы. Производитель должен постоянно инвестировать в исследования и разработки, чтобы регулярно готовить обновления и пакеты модернизации системы.

Оптимальный подход Система мониторинга должна состоять из модулей, совокупность которых будет отвечать требованиям мониторинга. Для интеграции дополнительных функций или нового оборудования просто требуется добавить новые модули. Это позволяет вначале сконцентрироваться на функциях, которые действительно необходимы (напри-

2 Автоматическая диагностика и сообщения Оптимальный подход

Одно дело - выявить отклонение от "нормального состояния". И совсем другое - определить его природу и точно локализовать.

При разработке автоматической системы диагностики ничем нельзя пренебрегать. Только комплексный опыт мониторинга оборудования может позволить точно идентифицировать проблемы. Причина очевидна: когда система мониторинга обнаруживает возникающее повреждение, она сравнивает его характеристики с интегрированной базой данных моделей повреждений, основанной на опыте. Если анализ сигнала соответствует модели повреждений, ранее встречавшейся на практике, то можно выдать точный и надежный диагноз.

Система мониторинга должна не только предупреждать о проблемах, но и предлагать точный диагноз с указанием поврежденного компонента, а также места и масштаба повреждения. На базе этой информации можно принять обоснованное решение о необходимых работах по техническому обслуживанию и времени их проведения.

Кроме того, очень важны сообщения, генерируемые системой. В случае обнаружения соответствия с моделью повреждения, выдачи сигнала тревоги или аварийного отключения пользователю требуются ответы. Современные системы должны четко и однозначно указать причины сигнала тревоги. Пример: Сообщение "Утечка в нагнетательном клапане, цилиндр 2, соответствие

Почему это важно:

89%" указывает деталь и место, где возникла проблема, а также степень надежности диагноза. Два дополнительных аспекта: необходимо с осторожностью относиться к системам, которые рекламируют свои "специальные программы диагностики", но не располагают необходимыми "ноу-хау" для мониторинга поршневых компрессоров. Без применения мощных и интеллектуальных алгоритмов эффективная диагностика невозможна. Кроме того, необходимо оценить функции современных технологий диагностики и выдаваемые ими сообщения. Не правда ли, было бы удобно и полезно, если бы система выдавала сообщение об угрозе повреждения с указанием винта (с номером запасной детали), который требуется затянуть?

3 Раннее обнаружение неисправностей висимости от состояния, надежно выявляя неисправности до того, как они приведут к повреждениям. Раннее обнаружение неисправностей предотвращает повреждения оборудования, повышает уровень безопасности, позволяет избежать внеплановых остановов оборудования и снижает стоимость эксплуатации.

Почему это важно: Времена, когда техническое обслуживание производилось по фиксированному графику, прошли. Современные технологии мониторинга позволяют проводить техническое обслуживание в за-

Успех зависит от способности системы мониторинга заблаговременно идентифицировать механические неисправности во всех режимах работы, не выдавая при этом ложных сигналов тревоги.

Оптимальный подход Точное обнаружение неисправностей основано на регистрации комплексного эталонного сигнала и его анализе, позволяющем выявить даже незначительные отклонения входного сигнала. Если эти отклонения распознаны, и их последствия определены, то можно заранее обнаружить неисправность и избежать ложных сигналов тревоги. Чтобы система мониторинга была действительно интеллектуальной, она должна быть ориентирована на поршневые компрессоры и доведена до совершенства в результате многолетнего опыта.

3

4 Мониторинг с учетом угла поворота коленчатого вала Правильная математическая оценка является ключом к надежному раннему обнаружению неисправности и обеспечению безопасности.

Оптимальный подход Почему это важно: Важнейшим методом мониторинга оборудования является анализ вибраций. Однако не все методики анализа вибраций одинаково эффективны. Кажущиеся незначительными различия в системе регистрации и анализа данных могут существенно сказаться на качестве диагностики сигнала.

Во-первых, системы мониторинга должны непрерывно регистрировать вибрацию оборудования в каждом обороте коленчатого вала и сегментировать сигналы в зависимости от угла поворота вала. Это позволяет правильно идентифицировать безвредные нерегулярности в поведении оборудования как „нормальное состояние“ и избежать выдачи ложных тревожных сообщений. Компания PROGNOST Systems в конце

1990-х годов разработала систему сегментного анализа вибраций и установила, что лучше всего разделять полный оборот (360°) на 36 сегментов, каждый из которых соответствует повороту коленчатого вала на 10°. Это дает оптимальное отношение средней „ширины сигнала“ ко всему обороту. Во-вторых, необходимо провести точный математический анализ сигналов вибраций. Для поршневых компрессоров анализ эффективных значений доказал свою надежность. Он превосходит другие методики, поскольку учитывает не только амплитуду, но и значение энергии отклонения.

5 Оптимизация технических характеристик Во многих системах мониторинга, которые учитывают только вибрации, положение штока поршня и температуру, снижение эффективности часто остается скрытым. КПД оборудования, как и другие важные параметры, необходимо постоянно контролировать.

Почему это важно: Польза от оптимизации мощности компрессора налицо: повышение КПД, снижение энергопотребления и рост производительности. Контроль функционирования может дать дополнительные преимущества, в частности, раннее предупреждение об угрозе утечек газа.

4

Оптимальный подход Системы мониторинга должны проверять КПД оборудования и осуществлять комплексный анализ. Это поможет восстановить оптимальное состояние. Например, вначале выявляются отклонения давления в ходе эксплуатации и проводится специальный pV-анализ для определения компонентов, являющихся причиной потери эф-

фективности. Затем необходимо учесть влияние регулирования нагрузки. Кроме того, следует проанализировать другие важные параметры (цикл сжатия, усилие на поршне и обратное усилие на поршне). Система мониторинга должна собрать все эти данные, чтобы пользователь мог получить полную информацию о КПД оборудования и определить шаги, которые необходимы для оптимизации работы.

6 Релевантная сертификация SIL

Почему это важно: Важно знать, что означает сертификация SIL и чего она не означает. Классы SIL (уровень полноты безопасности) были введены как показатели для оценки степени оперативной надежности системы применительно к безопасности и определяются в международном стандарте IEC 61508. Для систем мониторинга классы SIL относятся к вероятности отказа системы безопасности в случае, когда она должна сработать.

При этом важно, что класс SIL никак не связан с точностью мониторинга. Это проявляется в ложных отключениях и не выявленных неисправностях. Прежде чем внедрять систему безопасности с классом SIL, пользователь должен понять, какой класс SIL требуется для контролируемого оборудования. Стандарт IEC 61508 является нормой, основанной на риске, и ее применение для оборудования требует критериев допустимости риска при эксплуатации, например, необходимо выполнить процедуру HAZOP (анализ внештатных ситуаций и рисков).

Оптимальный подход Рекламные лозунги, такие как „поддерживает SIL“ или „соответствует SIL“ могут вводить в заблуждение. Чтобы внести ясность, есть два пути. Вопервых, можно искать систему монито-

ринга, производитель которой может представить сертификат SIL, выданный признанным органом сертификации. При этом класс SIL должен включать не только систему защиты, но и связанные компоненты предохранительной цепи – от сенсора до привода. Во-вторых, следует принять во внимание, что класс SIL не просто должен быть как можно выше, но и соответствовать конкретному приложению. Для поршневых компрессора система с сертификатом SIL для мониторинга числа оборотов вращающихся машин не подходит. Однако для вас может быть важен класс системы защиты, которая осуществляет анализ эффективных значений вибраций. Можно ожидать, что система защиты оборудования с функциями, ориентированными на поршневые компрессоры, будет иметь сертификат SIL 2.

7 Распознавание режима эксплуатации и автоматическая настройка граничных значений

Почему это важно: Поршневые компрессора попрежнему широко распространены, что связано с их широкими возможностями. Они могут работать с различными нагрузками, скоростями и газами – мечта для пользователя и кошмар для систем

мониторинга. Ведь разные режимы эксплуатации часто ведут к динамическим изменениям в поведении оборудования, например, к возникновению колебательного режима. Распознавание измененных режимов эксплуатации и соответствующая корректировка граничных значений может быть чрезвычайно сложной задачей и, в случае неправильной реализации, привести к неверным результатам.

Оптимальный подход Режимы эксплуатации и соответствующие граничные значения можно задавать вручную. Однако могут по-

требоваться недели, чтобы настроить граничные значения для всех оценок, данных измерений и режимов эксплуатации по отдельности. Поэтому следует выбирать такую систему мониторинга, которая осуществляет подобную настройку автоматически. После краткого периода обучения современные приложения автоматически распознают изменяющиеся режимы эксплуатации (на базе исторических динамических данных для оборудования) и точно настроят граничные значения в реальном времени так, чтобы избежать ложных сигналов тревоги и не пропустить неисправности.

5

8 Мониторинг положения штока поршня анализа положения штока поршня выдаются сигналы тревоги и предупреждения в связи с двумя важными проблемами.

Почему это важно: Анализ положения штока поршня не просто сигнализирует об износе. Самые эффективные системы мониторинга, помимо анализа других параметров, используют данные о положении штока поршня для выявления угрозы неисправности трансмиссии. В результате

Во-первых, динамический компонент сигнала позволяет выявить угрозы безопасности, связанные с проблемами целостности оборудования, например, состоянием трансмиссии, ослабшими соединениями, перегрузками и т.д. Во-вторых, статический компонент сигнала о положении штока поршня служит индикатором износа (особенно опорных колец поршня).

Оптимальный подход Мониторинг ведется с помощью токовихревого датчика, который постоянно измеряет износ опорных колец поршня. Если динамический компонент сигнала служит для обнаружения ослабших соединений или трещин штока поршня, то статический компонент сигнала позволяет определить износ колец поршня только при условии использования правильного метода анализа и корректных настроек. Во многих исследованиях были выявлены критические для безопасности проблемы, которые остаются незамеченными при измерениях вибраций, но обнаруживаются при анализе положения штока поршня (например, трещины в штоке поршня).

9 Регистрация и воспроизведение данных Повторный запуск оборудования с целью получения дополнительной информации может привести к катастрофическим повреждениям. Бесчисленные исследования и работы по техническому обслуживанию означают затраты денег, времени и ресурсов.

6

Почему это важно:

Оптимальный подход

Даже самые современные системы мониторинга состояния иногда осуществляют аварийную остановку оборудования, не предоставляя достаточной информации для локализации причины неисправности. Что может сделать пользователь в такой ситуации?

Решение заключается в непрерывной регистрации изменяющихся данных (как это делает черный ящик в самолете). На базе собранной информации специалисты по техническому обслуживанию могут подробно воспроизвести каждое аварийное отключение, сигнал

тревоги или запуск оборудования и проанализировать запись всех сигналов в несжатом формате. Это позволяет специалистам по техническому обслуживанию и экспертам по диагностике быстро и точно определить причины. Можно точно идентифицировать дефектные компоненты и эффективно выполнить ремонт. При анализе неисправностей оборудования сохраненные данные сигналов играют решающую роль в уменьшении времени простоя и снижении стоимости ремонта.

10 Независимость от поставщика системы не должен преследовать противоположные коммерческие цели, которые могут негативно повлиять на оценку состояния оборудования, развитие системы или техническую поддержку.

Почему это важно: Поставщик системы мониторинга должен разделять ваши цели в сфере безопасности, эффективности, снижения стоимости и экологической совместимости. Он

Оптимальный подход

ния, который не связан с поставщиком запасных частей вашей установки. Это позволит избежать конфликта интересов. Следует также быть осторожными с поставщиками систем мониторинга, занимающимися оказанием услуг по вводу в эксплуатацию или продажей запчастей, критически важных для готовности установки к эксплуатации.

Поставщик, который хочет достичь долгосрочного успеха, не ставит свои коммерческие интересы выше потребностей клиента. Чтобы сразу исключить эту возможность, выбирайте специалиста по мониторингу состоя-

11 Партнерство на протяжении всего жизненного цикла В число предлагаемых услуг должны входить обучение и поддержка для оптимального использования всех функций системы, а также непрерывное развитие продукта. Это позволит гарантировать, что ваша система всегда будет соответствовать современному уровню развития техники.

Почему это важно: Пользователи систем мониторинга не должны оставаться без поддержки после покупки. В связи с важностью и сложностью комплексной системы мониторинга только постоянная поддержка поставщика позволит пользователю извлечь все выгоды из системы и добиться максимальной рентабельности инвестиций.

Оптимальный подход Выбирайте поставщика, предлагающего постоянно доступную техническую поддержку и оптимальное обслуживание клиентов. Проверьте программу обучения. Убедитесь, что обслуживание клиентов доступно сразу после установки системы, чтобы вы могли воспользоваться круглосуточной горячей линией

и комплексными услугами по диагностике. Лучшими договорами на обслуживание являются те, которые обеспечивают максимальную гибкость. Со временем поддержка будет требоваться вам все меньше. Выбирайте такие договоры услуг, в которых впоследствии можно будет уменьшить объем поддержки. Тогда вы будете платить только за услуги, которые действительно необходимы с учетом роста степени освоения системы вашими сотрудниками.

7

12 Практический опыт

Почему это важно: Надежная система мониторинга должна быть установлена во многих местах и иметь многолетний опыт эксплуатации. Даже многочисленные лабораторные испытания не могут воспроизвести реальные условия эксплуатации, и в еще меньшей степени они могут

смоделировать особенности различных условий эксплуатации в течение длительных интервалов времени. Кто гарантирует, что ваша система мониторинга действительно обладает заявленными характеристиками? Насколько вы доверяете точности диагностики, выдаваемой системой?

Оптимальный подход Настаивайте на том, чтобы поставщик системы подтвердил свой реальный практический опыт. Определите, сколько времени ему потребовалось для того, чтобы решить проблему и

учесть предложения пользователей для улучшения характеристик своей системы мониторинга. Попросите рекомендации и свяжитесь как можно с большим числом пользователей системы. Еще лучше посетить пользователей с похожей на вашу производственной средой. Информация, которую предоставит представитель поставщика, полезна. Но непредвзятое мнение других пользователей просто бесценно, поскольку оно поможет понять, действительно ли система соответствует вашим ожиданиям.

Материал представлен:

Н О В Ы Е Т Е Х Н О Л О Г И И М О Н И Т О Р И Н ГА

Сервисный офис Представительский офис PROGNOST Силикатное шоссе, д. 2а Олимпийский проспект, д. 29, стр. 2, офис 283 150048 г. Ярославль 141006 г. Мытищи Россия Россия +7 (495) 937 - 60 - 22 +7 (4852) 415 - 740 НТ Е ХО Н ОВЛ ОЫГ И ИЕ М О Н И Т О Р И Н ГА +7 (495) 937 - 60 - 23 prognost.service@nt-m.ru prognost@nt-m.ru

PROGNOST Systems GmbH Birkenallee 177 48432 Rheine Germany (Германия) +49 (0)59 71 - 8 08 19 0 +49 (0)59 71 - 8 08 19 42 info@prognost.com

PROGNOST Systems, Inc. 1020 Bay Area Blvd. Suite 105 Houston, TX, 77058 USA (США) +1 - 281 - 480 - 93 00 +1 - 281 - 480 - 93 02 infousa@prognost.com

www.prognost.com