Конденсатоотводчикам — да! Авариям — нет.

9 июля 2020

М. В. Долгачев, старший инженер департамента промышленного оборудования ООО «Торговый Дом АДЛ»

Для чего нужно обследование паровых систем

Учет всего парка конденсатоотводчиков имеет решающее значение для предотвращения инцидентов влияющих на безопасность и оптимальную работу паровой системы.

Исторически сложилось так, что паровые системы обеспечивают наиболее эффективный источник легко транспортируемого тепла для промышленных технологических линий и нет аналогичного дешевого заменителя, который мог бы заменить пар. Без пара промышленное производство было бы резко сокращено, и вся продукция с низкой себестоимостью, которая производится с помощью энергии пара, не существовала бы. Без пара наше качество жизни, экономика и общество в целом пострадали бы. В то время как многие работники промышленности понимают, что паровые системы являются необходимостью, одни и те же люди могут сталкиваться со сложностями при эксплуатации паровых систем. В частности, эти сложности могут привести к проблемам безопасности, отказам оборудования и незапланированным остановкам агрегата или полной производственной линии. Мероприятия по обеспечению безопасности чрезвычайно сложны и ответственны и при принятии неправильного решения могут приводить к неприятным последствиям.

Что может пойти не так в паровой системе?

Какие типы проблем могут возникнуть в паровой системе, и может ли перечисление и классификация этих элементов помочь определить верный путь предотвращения негативных последствий и снизить риск их появления? Конечно, относительно легко определить наиболее распространенные проблемы, наблюдаемые в паровой системе. В трубопроводах и оборудовании могут возникать такие явления как гидроудар, эрозия и утечки пара. Вышеперечисленные причины могут привести к тому, что дорогостоящее технологическое оборудование, такое как турбины, сушилки или теплообменники, станет непригодным для использования. Кроме того, высокое противодавление в системе возврата, вызванное утечкой пара или продувкой через байпас, может ограничить количество или качество продукции через теплообменное оборудование. Противодавление также может привести к тому, что теплообменное устройство будет подтапливаться или придется производить слив конденсата в атмосферу вместе с пролетным паром. В то время как некоторые сбои паровой системы являются общими, задача состоит в том, чтобы определить источники этих инцидентов. Причина большого процента отказов может быть связана с тем, что паровая система не поддерживается в том состоянии, в котором она была спроектирована. Первоначально проектировщики проанализировали требования предприятия и определили наиболее подходящую схему в соответствии со своими знаниями и стандартами. Эта оригинальная схема включала в себя оптимальное количество конденсатоотводчиков и сборку трубопроводов и арматуры, которые помогают отводить конденсат из системы.

Конденсатоотводчик в сборе с обвязкой и трубопроводами называется узлом отвода конденсата (рис. 1) и необходим для удержания в системе пара до полной его конденсации, удаления конденсата и эффективного поддержания проектных характеристик паровой системы.

После постройки предприятие передается конечному заказчику для эксплуатации и технического обслуживания — с расчетом на поддержание первоначального проекта. К сожалению, именно тогда оперативные бюджеты, текучесть кадров и, в некоторых случаях, неопытность в работе с паровыми системами могут приводить к негативным последствиям.

Анализ парка конденсатоотводчиков

Конденсатоотводчики (сокращенно КО) широко распространены в паровых системах, и при корректной работе они могут эффективно удерживать тепло в системе. Рассмотрим анализ парка конденсатоотводчиков гипотетического предприятия показанного на рисунке 2. Основываясь на сводке этого предприятия, видно, что первоначальное проектное (и построенное) состояние включало 11 000 узлов отвода конденсата. Со временем руководство предприятия приняло решение вывести из эксплуатации 1000 КО, оставив в эксплуатации только 10000 узлов. В этом примере никто из персонала предприятия не смог найти документацию, объясняющую, почему 1000 узлов были демонтированы, хотя ни одна часть предприятия не была закрыта. Сокращение количества конденсатных узлов, находящихся в эксплуатации, в сравнение с проектом может быть вызвано непониманием важности поддержания общего объема проекта или, возможно, общим пренебрежением к парку конденсатоотводчиков. Если это несоответствие не поддается объяснению, в таком случае дренажная способность системы снижается по сравнению с проектом. Поэтому в этом случае необходимо увеличить парк КО до первоначального проектного значения.

Рисунок 1. Узел отвода конденсата

При регулярном обследовании конденсатоотводчиков можно получить бесценную информацию для оценки состояния паровой системы. Как оказалось, в этом гипотетическом примере прошло уже несколько лет с момента завершения последнего обследования паровой системы. Таким образом, когда текущее обследование было завершено, обнаружилось, что 3000 узлов работают некорректно — одни из КО не удерживают пролетный пар, другие не справляются с объемом конденсата, и 7000 КО остались в рабочем состоянии.

Данная ситуация создает значительную дилемму эксплуатации и технического обслуживания для объекта. Если цель состоит в том, чтобы по окончанию обследования заменить или отремонтировать все неработоспособные конденсатоотводчики за один ремонтный период, то для достижения этой цели потребуются значительные вложения капитала и человеческих ресурсов. Ежемесячно необходимо будет заменять 250 конденсатоотводчиков, что представляет собой две или три ремонтные бригады, работающие полный рабочий день в течение года, при условии, что каждый КО доступен и может быть изолирован для ремонта или замены. Это, безусловно, монументальная задача, которая, возможно, была вызвана неправильным планом действий за несколько лет до этого, когда замена КО не была завершена в достаточном количестве, чтобы идти в ногу с ежегодным уровнем отказов. Стоит учитывать, что среднюю годовую интенсивность отказов парка конденсатоотводчиков можно оценить по историческим записям при условии, что в течение 4-5 лет было проведено не менее двух обследований. Для расчета необходимо вычесть все отказы КО, зафиксированные в предыдущем обследовании, для которых не было предпринято никаких действий по ремонту, из числа отказов, полученных в результате нового обследования. Получившееся количество — это сумма новых отказов. Число новых отказов можно разделить на количество лет, прошедших с момента предыдущего обследования, чтобы получить оценку среднегодовых новых отказов КО. Пример расчета среднегодовой интенсивности отказов показан на рисунке 3. На этом примере видно, что к концу 2010 года по результатам обследования было обнаружено 2000 нерабочих КО. После завершения обследования, за 2011 были отремонтированы или заменены все 2000 узлов. В начале 2014 года провели новое обследование и обнаружили уже 3000 нерабочих КО. С момента последнего обследования прошло 3 года и за это время вышли из строя 3000 узлов. Таким образом, можно сказать, что каждый год из строя выходят 1000 КО.

Рисунок 3. Расчет средней интенсивности отказов конденсатоотводчиков

В этой гипотетической истории предприятия, если бы управление парком КО было постоянным и если принять уровень отказов в 10% (1000 КО), то предприятие должно было бы ремонтировать всего 84 КО в месяц, а не 250. Однако в данном случае было допущено ухудшение ситуации до 3000 отказов (30% от всего парка КО), и эта ситуация накладывает огромную нагрузку на ресурсы. Что еще хуже, если их не исправить, то можно ожидать роста сбоев до тех пор, пока не произойдут катастрофические события. Один вывод из этого примера состоит в том, что на каждые 1000 КО, которые должны быть отремонтированы в течение года, требуется, чтобы ресурсы планирования и ремонта исправляли 84 КО ежемесячно в обязательном порядке. Это требование замены приравнивается к ремонту 4-5 КО в день, причем любое меньшее количество создает повышенную нагрузку в конце года, а невыполнение заданного количества ремонтов перенос на следующий год. Все неработоспособные узлы должны быть заменены или отремонтированы для поддержания устойчивой работы системы.

Что же произойдет, если неисправные КО не ремонтировать или заменять, а просто отключить? Это приведет к тому, что дренажная способность системы снизится, произойдет ухудшение качества пара, повысится износ всего оборудования включенного в систему. В конечном итоге это будет приводить к выходу из строя все новых и новых узлов оборудования. Отключение КО сравнимо с игрой в русскую рулетку с безопасностью предприятия, так как потенциальное образование конденсата в трубопроводе может привести к нестабильным, опасным условиям работы, таким как гидроудары, коррозия и эрозия трубопроводов и арматуры, ухудшение качества пара и т.д. Чрезвычайно важно уделять должное внимание состоянию паровой системы в целом и своевременно ремонтировать вышедшие из строя КО. Это должно рассматриваться как непреклонное требование. Своевременные действия должны быть обязательными для оптимальной работы паровой системы.

Почему так важны конденсатоотводчики?

В правильно спроектированной и оптимизированной паровой системе крайне важно, чтобы пар, протекающий внутри системы, оставался близким к насыщенному состоянию и, чтобы противодавление в конденсатном коллекторе было уменьшено, чтобы уменьшить вероятность гидроудара, эрозии и коррозии. Перегретый пар или пар с близким к насыщению состоянием обычно не может вызвать гидроудар или эрозию при нормальных скоростях, потому что нет достаточного количества конденсата, для образования таких явлений. Гидроудар и эрозия возникают, когда конденсат в системе движется на высоких скоростях, но когда система должным образом дренируется, риск повреждения элементов системы отсутствует. В очередной раз становится очевидным, что в успешно эксплуатируемых паровых системах снижается частота отказов КО, что обеспечивает эффективное удаление конденсата из них.

Поддержание конденсатных узлов в соответствии с проектом помогает устранить утечку пара (горячие отказы) и запирание конденсатоотводчиков (холодные отказы). Когда отказы узлов — как горячие, так и холодные — сведены к минимуму, поддерживается изоляция и котлы не выходят за установленные пределы, паровая система может быть оптимизирована с точки зрения отвода конденсата, а также способности поддерживать качество пара при транспортировке по всей системе. Это звучит достаточно просто — поддерживать изоляцию, держать котел в его пределах и следить за тем, чтобы парк конденсатоотводчиков обеспечивал отвод конденсата. Если все так просто звучит, почему же эти простые правила так трудновыполнимы?

Дело в том, что условия планирования и ремонта паровой системы основываются на оперативных бюджетах. Кроме того требуется согласованность действий между многими службами предприятия, обеспечивающими непрерывный цикл работы. Плюс к этому из-за недостаточности данных по состоянию всего конденсатного парка у эксплуатационного персонала и даже руководства предприятия может быть ложное чувство безопасности. Поэтому крайне важно проводить постоянный мониторинг состояния конденсатного парка и, с периодичностью в полгода или год, выполнять полное обследование паровой системы для определения количества рабочих КО.

Планирование и проведение ремонтов

После проведения обследования и выявления неисправностей основное внимание часто уделяется устранению горячих отказов, поскольку эти ремонтные работы могут быть легко обоснованы простым анализом затрат энергии. Но необходимо помнить, что основной целью является не только снижение затрат энергии в системе, что безусловно важно, а поддержание общего числа работоспособных КО на заданном уровне.

Таким образом, если план проекта состоит в том, чтобы устранить 3000 отказов в гипотетической установке, то соответствующее требование заключается в ремонте 250 КО в месяц, в противном случае возникнет перенос отказов на следующий ремонтный период (Рис. 4).

Рисунок 4. Диаграмма планирования и выполнения ремонтов

Перенос отказов часто встречающаяся ситуация, довольно редко исправляют все или почти все отказы. Результатом является то, что значительное число КО не восстанавливается до своего номинального состояния, и нередко значительное число отказов переносится на следующий год. Перенос таких отказов на следующий ремонтный период приводит к неоптимальной работе всей установки с точки зрения безопасности и энергосбережения. Что же произойдет, когда 1000 отказов будут перенесены на следующий год? Вместо того чтобы исправлять все 3000 неисправных КО, предположим, что руководство предприятия выделило бюджет на ремонт только 2000 КО. Возможно, с точки зрения руководства, исправление 2000 КО в этом году позволит сократить бюджет на ремонт в следующем году, так как останется отремонтировать только 1000 КО.

Однако это не совсем так, поскольку эти 1000 узлов представляют собой только перенесенные отказы, а в следующем году со 100% вероятностью возникнут новые. Таким образом в новый ремонтный период мы получаем уже не 1000 КО, оставшихся с прошлого года, а дополнительно еще 1000 или больше новых отказов в течение года. По этой причине не рекомендуется планировать ремонты с таким условием, что допускается перенос неисправных КО на следующий год. Вместо этого требуется смена самого подхода к решению проблемы.

Приведем пример еще одного неверного подхода. Предположим, что предприятие выделило бюджет на ремонт 3000 неисправных КО. Путем привлечения нескольких рабочих бригад и непрерывного ремонта, в течение года все 3000 КО были восстановлены до рабочего состояния, переноса отказов на следующий год не произошло. Изначально поставленная задача выполнена. Но не стоит забывать, что прошел уже целый год с постановки этой задачи, за этот период в системе возникли новые отказы, которые также требуют ремонта или замены. Но у руководства возникло ложное чувство безопасности, что проблема решена, изначальная цель достигнута и о паровой системе можно забыть еще на несколько лет до проведения следующего масштабного обследования паровой системы.

Поэтому стоит еще раз повторить, что основной целью является не ремонт заданного количества неисправных узлов, а поддержание общего количества работоспособных КО на определенном уровне при котором работа всей системы будет оптимальной.

Дренажная способность системы

Если обратиться к изначальному проекту, то, согласно ему, на предприятии должно быть установлено 11 000 функционирующих конденсатоотводчиков. По каким-то причинам руководство приняло решение вывести из эксплуатации и демонтировать 1000 узлов, оставив только 10 000 действующих КО (сокращение на 9% по сравнению с проектом). Если принять, что все конденсатоотводчики на предприятии одинаковы, то вывод из эксплуатации 1000 узлов снижает общую дренажную способность системы на 9%. Принимая во внимание эти факторы, легко догадаться, что единственным верным шагом к стабилизации системы будет увеличение числа КО до проектного. Кроме того, как только будут рассмотрены перенесенные с прошлого ремонтного периода отказы и новые отказы, в итоге в системе будет 7-8 тысяч корректно работающих КО, то есть всего 64-72% от первоначального проекта. Такое снижение дренажной способности системы приведет к дополнительной нагрузке на оставшиеся узлы, что, в свою очередь, будет приводить к выходу из строя новых КО.

Создание новой системы подхода к поддержанию функциональности системы

Цель состоит не в том, чтобы восстановить вышедшие из строя узлы, а в том, чтобы поддерживать минимальный порог КО в функциональном состоянии. Это количество функционирующих КО всегда должно относиться к общей сумме первоначального проекта (если не было уменьшения производственных мощностей предприятия), а не к количеству, которое в настоящее время находится в эксплуатации. Вместо того чтобы сосредотачиваться на горячих отказах, потерях пара или накопленных ремонтах, необходимо переключить внимание на поддержание приемлемого «хорошего» порогового значения состояния парка КО — с конкретными, строгими датами начала обследования каждый период. Установленная дата начала обследования становится критически важной и проводится независимо от ежедневных помех. Это обследование имеет такой высокий приоритет просто потому, что паровая система необходима для обеспечения безопасной работы производственной линии. Эта задача должна быть ключевой, а не второстепенной для обеспечения оптимального состояния всей системы.

Еще одним важным фактором, который необходимо учитывать, является аутсорсинг, то есть распределение обязанностей между сторонними организациями в качестве подрядчиков для выполнения определенных работ. Для достижения устойчивой программы в рамках сценария аутсорсинга существует несколько важнейших требований: сертифицированный персонал; проверенное оборудование с обязательной отметкой о поверке; и стандартизированные прикладные чертежи для правильной установки отремонтированного оборудования. На некоторых предприятиях испытания и техническое обслуживание могут проводиться одним и тем же сторонним предприятием, но при этом нужно помнить о том, что хорошо зарекомендовавший себя подрядчик по ремонту трубопроводов может быть недостаточно компетентен для проведения обследования паровой системы. Также очень важным критерием в проведении обследования является его регулярность. То есть провести одно обследование паровой системы, устранить неполадки и забыть об этой системе еще на 5-10 лет не имеет никакого смысла и не приведет к положительно результату. Как уже говорилось выше, обследование паровой системы нужно поводить регулярно, следить за парком КО и отслеживать состояние парка в соответствии с заданными уровнями работоспособности и оптимизации системы. Кроме того, при регулярном обследовании системы и должном вовлечении эксплуатационного персонала предприятия в данное обследование, последние будут повышать свою квалификацию и наиболее оперативно реагировать на любые отклонения системы от оптимального состояния.

Для обеспечения безопасной и устойчивой работы паровой системы предприятием должны быть определены необходимые пороговые значения для отслеживания состояния системы, которые будут использоваться эксплуатирующим персоналом в качестве основного критерия оценки производительности системы. На рис. 5 показаны различные ключевые пороговые уровни: «оптимальный», «хороший», «минимальный», и «критический». Эти уровни предоставляют информацию эксплуатационному и обслуживающему персоналу о разумных ожиданиях повышенного риска, если соответствующие действия не будут выполнены. Если предприятие желает иметь вторичный фокус на холодных отказах, чтобы уменьшить проблемы, вызванные конденсатом в системе, или отремонтировать горячие отказы, чтобы уменьшить противодавление и восстановить прибыль, потерянную из-за ненужного производства энергии, то это, безусловно, прекрасный подход к исправлению неисправных узлов. Однако, когда общая картина заключается в достижении безопасной и надежной работы установки, основное внимание, должно быть сосредоточено на измерении количества рабочих КО, которые дренируют систему. Предприятия должны установить цель поддержания рабочих КО между «оптимальным» уровнем и «хорошим».

Рисунок 5. Диаграмма оценки безопасности системы

Решения популярных проблем пароконденсатных систем на предприятиях были подготовлены на основе анализа проводимых аудитов, которые Компания АДЛ ежегодно осуществляет на различных производственных комплексах. Ведь сейчас, когда энергосбережение стало общемировой тенденцией, Компания АДЛ — эксперт в области пароконденсатных систем, предлагает профессиональную поддержку вашему бизнесу — аудит. Комплекс мер, направленных на повышение эффективности вашего предприятия, включающий в себя диагностику пароконденсатной системы и предложения по оптимизации ее работы. Инженер Компании АДЛ приедет к вам на предприятие, проведет анализ технического состояния пароконденсатной системы всего предприятия, проверит конденсатоотводчики на правильность установки и исправность работы, выявит потенциальные источники экономии. По итогам технической диагностики будут разработаны рекомендации по устранению недостатков в работе пароконденсатного хозяйства, организации сбора и возврата конденсата. Будет сформирован общий отчет с экономическим обоснованием всех предполагаемых изменений, нацеленных на снижение тепловых потерь.

С учетом мирового опыта эксплуатации пароконденсатных систем можно утверждать, что установка конденсатоотводчика и замена изношенной запорной арматуры позволит сократить потребление пара на 20-25%.

Чтобы сократить лишние расходы можно обратиться к специалистам АДЛ уже сейчас.