В. Н. Суриков, к.т.н., профессор, директор КЦ Промконсалт ВШТЭ СПб ГУТПД
С. Л. Горобченко, к.т.н., директор по развитию КЦ Промконсалт ВШТЭ СПб ГУТПД, Санкт-Петербург [email protected], www.promconsult.org
Многолетний опыт работы с потребителями в области совершенствования использования больших массивов арматуры, установленной в технологических процессах в различных непрерывных производствах, и понимаемом как арматурное хозяйство предприятий-потребителей, а также наблюдение за тем, как клиенты проводят инвестиционные и модернизационные проекты, связанные с установкой арматуры или ее модернизацией, позволило нашему коллективу собрать воедино многие доступные нам данные и сформировать курс:
ПРОГРАММЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ АРМАТУРНОГО ХОЗЯЙСТВА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ-ПОТРЕБИТЕЛЯХ
Ниже мы рассмотрим некоторые положения одной из таких программ. Это:
ПРОГРАММА ПЕРЕРАСЧЕТА АРМАТУРЫ ПРИ КРУПНЫХ
МОДЕРНИЗАЦИЯХ
В качестве примера рассматривается модернизация промышленных ТЭЦ и ТЭС крупных ЦБК с переводом на пневмоприводную технику и смарт-арматуру.
ЦЕЛЬ ПРОГРАММЫ
Целью программы является повышение уровня использования арматуры в арматурных хозяйствах предприятий отраслей-потребителей за счет приведения в соответствие основных параметров арматуры сложившимся рыночным условиям и современному уровню арматуры.
ПРОБЛЕМЫ УСТАРЕВАНИЯ АРМАТУРНОГО ХОЗЯЙСТВА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ
За время, в течение которого эксплуатируется предприятие, производится множество усовершенствований, модернизаций, локальных установок арматуры, отличающихся от заданных в проекте. Часто меняется композиция и выходные
параметры готовой продукции, начинают производиться новые виды продукции. Характерными становятся частые переключения в смену, небольшие партии продукции, что также является очевидной проблемой для арматуры, рассчитанной на определенный вид выпускаемой продукции и параметры производства.
Характерной проблемой, тянущейся еще с Советских времен и прочно засевшей в нормативные документы, является завышение проектной мощности предприятий и соответственный подбор оборудования, имеющего также завышенные характеристики по сравнению с реально сложившимися. Так, по старым нормам должно предусматриваться расширение производственной мощности предприятий до 30 %, тогда как в рыночной реальности оно способно колебаться в значительных пределах, но, как правило, всегда ниже максимальной проектной мощности старых советских предприятий. При этом маневренность управления технологическим процессом при частых колебаниях производительности оставляет желать лучшего. Снижение средней производительности ниже определенного уровня для запорной и регулирующей арматуры означает такую известную проблему как работа в неоптимальных для себя диапазонах регулирования, и такой вид трудно устраняемой проблемы как «арматура завышенного размера».
В то же время, как правило, модернизируется только оборудование, а арматура остается неизменной. Заказы арматуры на замену производятся по старым или устаревшим спецификациям. Не используются новые возможности, закладываемые в новые образцы смарт-арматуры. Проектными и монтажными организациями при различных модернизациях, приобретении нового оборудования, при превышении проектной мощности или при ее снижении, как правило, не уделяется внимание вопросам доведения до новых показателей параметров арматуры.
Очевидны и проблемы организации взаимодействия между проектными организациями, производителями арматуры и конечными потребителями. К таким проблемам относятся:
– Отсутствие перерасчетов арматуры при проведении модернизации технологических потоков. Так, при выводе производственных мощностей из эксплуатации и снижении производительности, арматура оказывается значительно большего размера, чем требуется для оптимального регулирования. При этом она теряет способность к качественному регулированию в оптимальном диапазоне регулирования. При вводе новых производственных мощностей регулирующая арматура может работать за пределами рекомендуемого максимального диапазона открытия, при этом способность к регулированию теряется.
– Незначительное внимание к общей реконструкции устаревших обвязок технологических трубопроводов и их совершенствованию с точки зрения повышения компактности, снижения гидравлических сопротивлений, повышения гидравлической гладкости и т. п.
ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕРАСЧЕТОВ
В расчетах указывается, как правило, только основное оборудование, в частности, насосы, емкости и др., без учета необходимости согласования с работой арматуры. Проектными организациями пока не разрабатываются технические обоснования
перевода на интеллектуальную арматуру. Такие технические условия, как правило, связаны с комплексным переоборудованием систем обеспечения работы регулирующей арматуры.
Так, для маневренных ПГУ (парогазовых установок) необходима, как минимум, разработка плана мероприятий по созданию инфраструктуры подачи воздуха как основы подготовки такого перевода совместно с проектно-монтажными организациями по следующим позициям:
– разработка обоснования для компрессорной станции специально под цели КИПиА;
– включение фильтров – осушителей в схему;
– доведение качества воздуха до требуемых параметров;
– разработка новых мест установки арматуры для улучшения регулирования процессов.
ТРЕБОВАНИЕ УНИФИКАЦИИ
Неоднократные модернизации, ремонты, аварийные замены арматуры, ее естественный и моральный износ, устаревание в связи с появлением новых разработок заводов-изготовителей выявляют слабые места и в арматурном хозяйстве. Докупается оборудование разных производителей, где клапаны ориентированы на потребности поставщика и договорные отношения инжиниринговой компании, контрактора или изготовителя оборудования и поставщика арматуры, а не потребности предприятия-заказчика. Используются старые технические решения, например, установка только клиновых задвижек там, где более эффективно использовать более современные дисковые поворотные затворы и шаровые краны. В ряде случаев используются угловые клапаны, хотя здесь уже показана эффективность их замены на шаровые краны. Используются старые решения на базе шаровых кранов, которые не учитывают возможности установки вместо них сегментных дисковых затворов и др.
Унификация арматурного хозяйства упрощает вопросы проектной подготовки, технического сопровождения, внесения изменений в проекты поставок оборудования от различных производителей. При использовании арматуры разных производителей есть трудности в создании узлов, в которых арматура является важным элементом, например, «регулирующий клапан – расходомер», «клапан с бустер элементом», «клапан с эко-фильтром», «клапан с дополнительным контроллером контроля за состоянием протечек». Не всегда работоспособной оказывается триада «клапан-привод-позиционер», поскольку все они могут иметь разные характеристики и плохо сочетаться друг с другом.
Решение задачи унификации арматуры в таком разрезе позволит резко повысить вероятность скорейшего прогноза неисправности и, соответственно, своевременного ремонта или замены оборудования, быстроты и полноты обеспечения запчастями. При этом выполнение закупочных процедур может осуществляться достаточно быстро и дешево, а при использовании оставшихся при замене унифицированной арматуры и ее отдельных узлов и вообще ничего не стоить предприятию. Пример выполнения задачи унификации с целью достижения максимальной унифицируемости арматуры и отдельных узлов (арматура, приводы и позиционеры), проведенной для ОАО «Выборгская Целлюлоза», показан ниже:
Ниже мы представляем перечень предложений по перерасчету арматуры, способных повысить уровень проектных решений.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ПЕРЕРАСЧЕТУ АРМАТУРЫ
1. Перерасчет неунифицированной арматуры на арматуру лидера поставки. Выделение арматуры различных производств, включая вспомогательные, и арматуру различных поставщиков в отдельную спецификацию и перерасчеты арматуры на унифицированную. Их перерасчет также и на вспомогательных хозяйствах позволит получить более высокие показатели унификации и взаимозаменяемости арматуры.
2. Перерасчеты арматуры на способность к регулированию при снижении проектной мощности и снижении производительности.
3. Перерасчеты арматуры при изменении исходного состава сырья или при переходе на другой сорт продукции. Выполнение расчетов экономии удельных расходов сырья, химикатов, наполнителей, проклеивающих веществ, пара, воды и пр. при переходе на смарт-арматуру с точным регулированием.
4. Перерасчеты арматуры для улучшения качества и технологии. Такие перерасчеты эффективны при частых сменах технологических режимов и нестабильности качества, при повышении давления пара и температур, среднего содержания взвешенных частиц и др., существенных изменениях в технологических процессах.
5. Перерасчеты арматуры на наиболее ответственных или критичных по регулированию участках процессов и трубопроводов (наличие или вероятность процессов кавитации вскипания, накипеобразования, карамелизации, гипсации, и др.).
5.1. Перерасчеты арматуры для прогнозирования эффективности применения тех или иных типов арматуры с целью снижения вариативности процесса. Выполняется на основе изучения диаграмм процесса.
5.2. Перерасчеты арматуры в сопряженных технологических потоках при установке нового оборудования на других участках, сильно влияющих на материальный и тепловой баланс и вариативность процесса.
5.3. Анализ теплопотерь через арматуру, включая потери тепла и пара на разогрев арматуры, и разработка рекомендаций по режимам разогрева арматуры. (Пример: до 3?5 % теплопотерь может приходиться на потери в арматуре).
5.4. Применение более современных технических решений по пароконденсатным системам на основе повышения устойчивости регулирования. Выполняется за счет повышения стабильности подачи пара, отвода конденсата, точного поддержания дифференциала давления. Например, в бумагоделательном производстве одной из задач является снижение колебаний давления пара с 10?15 кРа до 2 кРа, при этом прогнозируемое снижение неравномерности влажности в бумажном полотне в машинном направлении может достигать до 60 %.
5.5. Перерасчеты арматуры по критериям энергоэффективности, рассчитанных на снижение потерь мощности при регулировании и гидравлических потерь.
6. Разработка специализированных арматурных узлов для узких мест производства. Перерасчеты арматуры с целью разработки арматурного узла: установки бустера, местного фильтра и др.
7. Перерасчеты при переходе на интеллектуальную арматуру.
7.1. Перерасчет и обоснование перехода с аналоговых позиционеров на интеллектуальные цифровые на конкретных технологических процессах. Например, комплексный перерасчет арматуры на всей технологической линии с обоснованием
перехода на интеллектуальную арматуру.
7.2. Обоснование перевода ручной арматуры на арматуру с управлением от привода и интеллектуализация при установке позиционеров.
7.3. Перерасчеты арматуры на интеллектуальную смарт арматуру при вводе в работу автоматизированных систем управления, в т. ч. и локальных.
7.4. Комплексные технико-экономические расчеты эффективности установки интеллектуальной арматуры или интеллектуальных позиционеров как в целом, так и по потокам. Например, в бумагоделательном производстве с учетом практических
данных по среднему отклонению процесса, отражаемых в виде диаграмм процесса, можно показать, как снижение колебательности процесса с 4?5 % до 1?1.5 % при замене шаровых кранов на сегментные дисковые затворы и сегментные дисковые затворы со смарт пропускной характеристикой, например, Neles Cv обеспечивает
снижение колебательности процесса до 60?70 %. Это позволяет сократить расходы на потребление химикатов, пара, и др. как по отдельным установкам, так и по процессу в целом.
7.5. Замена шиберных и клиновых задвижек на поворотные дисковые затворы, в частности, на вакуумных системах. В настоящее время на ряде предприятий используются шиберные задвижки, иногда просто снятые с массного потока технологических установок. Это приводит к потере как минимум 20 % вакуума.
8. Новые проектные решения с целью компактного размещения производства, например, установки трубопроводных разводок в ограниченном пространстве. Цель в т. ч. достигается и применением компактной арматуры с компактными приводами
меньшего веса, укладывающихся в зоны обслуживания клапанов. Технико-экономический эффект при этом достигается за счет снижения общей протяженности трубопроводов и нагрузки на насосы, общего веса трубопроводов, возможности в момент допроектирования создавать зоны обслуживания и установки клапанов, снижения тепловых потерь на трубопроводах, упрощения схем разводок и поиска неисправностей и возможности группового обслуживания трубопроводов в целом. Пересмотр трубных обвязок часто позволяет снизить затраты на монтажные работы и работы по обслуживанию до 40 %. Использование готовых узлов, элементов и секций, централизованно изготовленных в трубозаготовительных цехах, позволяет в значительнойстепени упростить технологию и организацию монтажа, особенно внутрицеховых и обвязочных трубопроводов. Это в 5?6 раз снижает объемы работ, выполняемых на монтажной площадке. Сроки монтажа могут уменьшаться в 3?4 раза.
9. Применение в проектах комплексных современных решений. Так, по примеру проектно-инжиниринговой компании «Якко-Пери», при использовании специальных программ для компактного размещения трубопроводов, эффект достигается при снижении веса арматуры, например, при замене наиболее габаритных клиновых задвижек, применении более перспективных решений при проектировании привода, а также при применении специальных позиционеров. Это позволяет снизить вес арматуры к весу труб с 15 % до 7?10 % и ниже. Существующие характеристики веса арматуры и других сопряженных элементов к весу труб приведены в табл. 1.
Последние пункты показывают нам, что перерасчеты арматуры и поиск наиболее эффективных решений может привести к необходимости расширения пакета предоставляемых услуг, а арматурным компаниям позволит выступать как проектно-инжиниринговым, способным провести полную модернизацию технологических трубопроводов.
ИЗМЕНЕНИЕ ПОДХОДОВ К ФОРМИРОВАНИЮ СПЕЦИФИКАЦИИ АРМАТУРЫ
В прошлом проектный институт готовил спецификацию арматуры, а фактически, только требования к ней, поскольку далее она передавалась на комплектование в компании по поставке арматуры. Те, в свою очередь, использовали только арматуру производителей, с которыми у них имелись партнерские отношения. Такая схема приводила к тому, что многие решения основывались только на возможности поставщиков, но отнюдь не на оценке эффективности и оптимальности применения тех или иных видов арматуры в конкретном технологическом или тепловом процессе.
В настоящее время с ростом открытости рынка, отходом многих компаний-производителей от традиционных схем поставки по дилерским каналам распределения и выбором решений на основе бизнес-проектирования спецификаций для потребителя появляются более открытые и гибкие схемы комплектования проектных спецификаций. В новых схемах работы больший упор делается на эффективность работы арматуры и комплектование её спецификации исходя из клиентоориентированного требования.
Помощь в этом оказывают уже не программы расчета отдельных производителей, например, Nelprof компании Метсо, но программы, в которых имеются возможности выбора и расчета арматуры от многих производителей, а также учитывающих многочисленные эффекты, возникающие при регулировании. Такой программой может выступать, например, программа расчета регулирующей арматуры Conval. При ее использовании можно сравнить сразу множество расчетных характеристик арматуры
разных производителей на один и тот же тэг (позицию) технологической или тепловой схемы. Проектирование оптимальной спецификации по многим параметрам одновременно, где обобщающим критерием может выступать наибольшая эффективность для потребителя, значительно упрощается.
ОБЩАЯ СХЕМА РАБОТЫ ПО ПЕРЕСЧЕТУ АРМАТУРЫ ДЛЯ КРУПНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
1. На первом этапе совместно со специалистами (технологи, КИП и механики) проводится перерасчет арматуры на каждом из ответственных участков, с целью приведения их в соответствие с сегодняшними характеристиками технологического процесса. Расчеты проводятся по специальной программе и предоставляются варианты установки арматуры взамен установленных.
2. На втором этапе по результатам перерасчета готовятся предложения по наиболее критически важным тэгам арматуры взамен установленной. Целью является снятие слабых мест и усиление возможности регулирования процессов.
3. В случае согласия заказчика готовится спецификация на новую арматуру, выпускаемую по последним спецификациям взамен устаревшей арматуры. Спецификация арматуры должна войти в общую спецификацию на модернизацию технологических и общецеховых трубопроводов, подготавливаемую проектной организацией.
КЦ ПРОМКОНСАЛТ имеет возможность обучить ваших специалистов работе по перерасчету арматуры, управлению подобными проектами и работе с современными программными средствами, что позволит вашим специалистам проводить
бизнес-проектирование и выбирать наиболее подходящее решение, повышая его «идеальность» для вашего клиента. По окончании обучения они могут получить сертификат специалиста, прошедшего курс «Повышение эффективности арматурного хозяйства предприятий – потребителей арматуры» и использовать его как ступень в освоении специальности«Коммерческий инженер» со знанием особенностей управления потоками, основных представлений о трубопроводной арматуре и ведении проектов.
Также, благодаря множеству специалистов, прошедших обучение в нашей компании и имеющих опыт перерасчета арматуры, мы можем проводить работы по перерасчету
арматуры на новые условия производства, подготовке проектных спецификаций по опросным листам и проведению предварительных расчетов арматуры. Работы выполняются в формате аутсорсинга.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проблема недостаточной эффективности арматуры, работающей годы, только потому, что ее используют вне зависимости от изменения производственных и рыночных ус-
ловий, для которых она была запроектирована, становится все более острой. Однако решить ее можно самым простым способом – пересчитать регулирующую арматуру на новые условия производства, сложившиеся в зависимости от рынка и условий производства, и провести соответствующие организационно-технические мероприятия, организовать взаимодействие с партнерами и, по сути, стать инжиниринговой
компанией, занимающейся совершенствованием работы арматурного хозяйства и технологических трубопроводов.
Курс «Программы повышения эффективности арматурного хозяйства предприятий-потребителей арматуры» раскроет многие секреты современных способов работы с предприятиями и предложит эффективные программы по совершенствованию арматурного хозяйства.
Опубликовано в журнале "Вестник арматуростроителя" № 7 (35) 2016
