Виброобследование технологического трубопровода с применением программных средств

Виброобследование технологического трубопровода с применением программных средств

23 ноября 2015
Зеленов Р.В.,
Кичалюк Э.В.,
Казанцев А.С.,
Андрианов С.Г.,
Александров В.Н.,
Козырев О.А.
Научно-производственное предприятие ООО НПО «СибЭРА»


К трубопроводам технологическим относятся трубопроводы в пределах промышленных предприятий, по которым транспортируется сырье, полуфабрикаты и готовые продукты, пар, вода, топливо, реагенты, и другие вещества, обеспечивающие ведение технологического процесса и эксплуатацию оборудования, а также межзаводские трубопроводы, находящиеся на балансе предприятия.

В процессе эксплуатации трубопроводов, возникает необходимость в определении работоспособности как трубопровода в целом, так и его элементов в отдельности.

Существующий, эксплуатируемый трубопровод, в отличии от проектируемого, обладает огромным количеством физических характеристик, которыми нельзя пренебречь при построении его математической модели. Каждый элемент трубопровода и фасонная деталь должны быть тщательно обследованы и измерены,толщины соседних элементов трубопровода могут значительно отличаться друг от друга. Каждая опора должна быть внимательно осмотрена, наличие трещин в конструкции опоры, расслабленные крепежные элементы, зазоры между опорными элементами и т.п., резко искажают динамические характеристики трубопровода. Осмотр опор удобно производить при их одновременном виброобследовании, т.к. повышенная вибрация трубопровода на его опоре, требует более тщательного осмотра его крепления и фундамента.

Другим важным шагом виброобследования трубопровода является изучение характеристик условий работы трубопровода: температура, плотность, вязкость перекачиваемого продукта, расположение вблизи с трубопроводом дополнительных источников вибрации и т.п.

Результатом работы на данном этапе может являться построенная расчетнаямодель обследуемого трубопровода, см. рис.1.

ris30.png
















Рисунок 1. Электронная модель обследуемого трубопровода.


После сбора всей информации о трубопроводе, составляется картавиброобследования на которой можно отметить дополнительные точки измерения вибропараметров. Наиболее важной характеристикой для составления математической модели соответсвующей реальному объекту является виброспектр трубопровода для каждой обследуемой точки поэтому, для этой цели используется спектро-анализатор с нижней границей измеряемого спектра не менее 2Гц.

Результатом работы данного этапа является набор спектрограмм трубопровода (см. рис.2), который для простоты анализа можно перевести в табличный массив с набором наиболее значимых гармоник с их амплитудами для каждой обследуемой точки.

ris31.pngris32.png








                                    а)                                                                          б)

Рисунок 2. Спектры виброперемещения для обследуемых точек трубопровода а -1 и б -7.

На основании собранных данных, возможно построить математическую модель реального трубопровода, когда электронная оболочка трубопровода наделяется физическими свойствами характеризующими реальный трубопровод. Степень соответствия математической модели своему реальному прототипу можно оценить по соответствию аналитических спектров вибрации измеренным спектрам вибрации, для каждой точки. Несмотря на кажущуюся простоту, данный этап наиболее трудоемкий и подобен настройке музыкального инструмента, в котором, натягивая одну струну, изменяешь жесткость всей конструкции и расстраиваешь все струны. Так и в данном случае изменение одной из характеристик трубопровода (плотность продукта) может повлиять на спектры вибрации всех точек трубопровода, либо на несколько ближайших точек (как для случая изменения типа, либо жесткости опоры). Характеристики трубопровода, характеристики перекачиваемой среды, и т.п. мы можем изменять только в узком диапазоне. Например: плотность нефти может изменяться от 730 кг/см2 до 1040 кг см2 в зависимости от типа и места происхождения нефти, не говоря уже об изменении плотности в зависимости от температуры нефти, поэтому необходимо заранее узнать плотность перекачиваемого продукта на момент измерения спектров вибрации, чтобы сузить диапазон итераций.

Результатом работы на данном этапе является построение математической модели трубопровода для которой аналитические спектры вибрации по форме наиболее соответствуют измеренным спектрам вибрации. Степень соответствия модели может достигать 90 процентов и более, см. рис.3.

ris33.pngris34.png









                            а)                                                                                б)

  Рисунок 3. Аналитические спектры вибрации трубопровода для точек а - 1 и б -7.

Если на данном этапе выявлены точки, в которых, измеренный спектр вибрации существенно отличается от аналитических спектров, то велика вероятность присутствия или развитие дефекта. Для определения зоны дополнительного контроля неразрушающими методами применяются анализ статических напряжений (см. рис. 4), а также модальный анализ (см. рис.5), который помогает понять, как колеблется трубопровод на любой из собственных частот трубопровода.

ris35.png













Рисунок 4. Эпюра статических напряжений.


ris36.png













Рисунок 5. Результат модального анализа. Форма колебания трубопровода на одной из собственных частот (7,8Гц), Цветная шкала характеризует амплитуду колебания.


После составления математической модели вибрационного состояния трубопровода, мы можем: изменять жесткости и типы различных опор, вводить дополнительные опоры, инерционные массы, демпфирующие устройства, в общем перебирать весь доступный нам комплекс мер по снижению уровня вибрации существующего трубопровода, для выбора наиболее эффективного и экономически целесообразного способа борьбы с повышенной вибрацией трубопровода.


1. ГОСТ 32569-2013. Трубопроводы технологические стальные. Требования к устройству и эксплуатации на взрывопожароопасных и химически опасных производствах





Короткая ссылка на новость: https://a-economics.ru/~ZJVIp