Курс «Современный ТРИЗ». Модуль «Алгоритм решения инжиниринговых задач АРИнЗ»

1. Большое количество примененных седловых клапанов.

1.1. В частности, для регулирования, там, где могут быть применены поворотные клапаны с большей способностью к регулированию и большей эффективностью. Общее количество регулирующих клапанов по спецификации составило 70 ед. отсечных по лоту 167 ед. из них значительное число – седловых линейных клапанов и задвижек. Имея в основном линейную собственную характеристику, седловые клапаны задают значительные нелинейности и возмущения в контурах.

1.2. Отсутствуют требования по степени линейности характеристики, например: «не менее чем до открытия 60% или выше».

1.3. Проблемой при использовании седловых клапанов могут стать протечки через узел «шток – сальник». Отмечено, что основные выбросы в цеху происходят через регулирующие седловые клапаны.

1.4. При использовании седловых клапанов дополнительной проблемой может стать необходимость постоянных перенастроек для соответствия заданному сигналу. Косвенно, специалисты КИПиА могут стремиться к установке т.н. наиболее «слабых» настроек, что снижает быстродействие систем и приводит к потере качества управления. Если настройки не меняются, то качество управления, как правило, падает. Для устранения подобных явлений, необходимо периодически проводить диагностику работы на соответствие выполнения сигнала заданию. Эффективность применения современной системы АСУ ТП при слабых настройках будет резко снижена. Пример анализа роста дисперсии ошибки со временем из-за слабых настроек показан на рис. 13 (по данным КЦ Промконсалт ВШТЭ СПбГУПТД, Санкт-Петербург).

Рис. 13. Зависимость дисперсии ошибки от коэффициента усиления К при различных возмущениях.

Ниже и доказательство этого, построенного на анализе внедрения многих АСУ ТП с разными исполнительными устройствами. Заметно падение эффективности применения современной системы АСУТП при применении неэффективных исполнительных устройств, рис.14.

Рис. 14. Графики изменения показателей П1, П2 и П3 проекта АСУ ТП при различных вариантах модернизации регулирующей арматуры

1.5. В спецификации отсутствуют требования к позиционированию клапанов и позиционерам, способным работать в современных АСУ ТП.

1.6. При использовании седловых клапанов вероятно увеличение требований к насосам, чтобы обеспечить преодоление появляющихся дополнительных гидравлических сопротивлений. Гидравлическое сопротивление седловых клапанов достигает 4–6, тогда как у полнопроходных шаровых кранов и заслонок – 0,2.

1.7. Для уменьшения гидравлических сопротивлений будет выгоднее работать не в традиционной области 50–60% открытия, а выше.

2. Наличие большого числа элементов, имеющих значительные возможности для унификации, например, поворотные заслонки для регулирования и отсечки в ручном и автоматическом исполнении могут быть унифицированы.

3. Применение в схеме клапанов в варианте «отсечной – регулирующий», особенно для участков с обратным противодавлением среды.

4. Использование специализированного решения с фланцами.

ТРУБОПРОВОД

– Установка новых клапанов в существующую трубопроводную обвязку. При этом заужение трубопровода для обеспечения регулирования (по опросным листам) может достигать более 50%.

– Зарастание трубопровода является одной из главных проблем. Степень зарастания трубопровода может достигать 70%. Пример по опросу специалистов: зарастание трубопровода 600 мм в диаметре с уменьшением диаметра до 100 мм.

– Необходимость учета обслуживания трубопровода с применением заглушек.

– Большая доля чугунных трубопроводов.

– Требование повышения коррозионностойкости для участков аммонизированного рассола. Аммонизированный рассол представляет собой агрессивные растворы из САР с температурой до 70оС и жидкость ПГКл-1 с температурой до 38–40оС.

ТЕХПРОЦЕСС

1. Высокая вероятность изменения показателей регулируемой среды в зависимости от минимального изменения параметров среды и технологического режима.

2. Высокие максимальные расходы для многих контуров подачи газовых сред. При этом имеется значительная разница между максимальным и минимальным расходом.

3. Наличие участков с вредными условиями труда в связи с высокой вредностью производства. Высокий класс герметичности для участков подачи ядовитых сред, характеризующихся высокой щелочностью. Наиболее характерными средами являются Н2S и NH3.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ОБСЛУЖИВАНИЕ

1. Проблемы с наличием обученного персонала.

2. Несмотря на заявленные требования по безопасности – отсутствие требований по сертификации по ограничению выбросов, например, сертификации по летучим выбросам (fuggitive emissions).

3. Наличие значительных неопределенных вибраций трубопровода, гидроударов, срывов потока.

4. Отсутствуют требования к эксплуатации, обслуживанию и сервису клапанов.

5. Требование большего внимания к обслуживанию арматуры, в частности, снижения веса. Это позволяет уменьшить количество обслуживающего персонала до 1 человека вместо 2-х и более.

6. Быстрый износ клапанов приводит к выходу из строя клапанов в течение до 2-х мес. (известковое молочко).

Проблема выбора клапанов для спецификации, понятая как одна организационно-техническая проблема, была обобщена, как показано на рис.15.

Рис. 15. Диаграмма Исикавы организационно-технических проблем на содовом предприятии

Проблемы оказались во многом взаимосвязаны. По экспертным оценкам специалистов предприятия в большей степени регулирующая арматура оказалась связана с техпроцессом и эксплуатацией. Запорная арматура – с трубопроводом.

В целом, решения по клапанам и системе автоматизации оказались очень старыми. Так, управление основывалось еще на пневмосхемах разработки 70-х годов. Осознавая свое отставание, предприятие стремилось внедрить современную технологию на основе современных сетевых решениях АСУ ТП.

Настала пора познакомиться с предприятием поближе и узнать расстановку сил на предприятии. Основные проблемы при внедрении новых клапанов заключаются в т.ч. и в том, насколько специалисты подготовлены к новым решениям и какие уже доминанты находятся в их головах. Анализ «поля сил» и основные приоритеты предприятия, которые связаны с возможностями современной арматуры, и на которые можно было бы опереться при подготовке предложения, являлось основной заботой.

Поскольку мы получили ответы в основном от отдела КИП, то за бортом осталось мнение производств, механика, компании–интегратора АСУ ТП, и непосредственно главных специалистов и главного инженера. Степень их влияния в принятии решения также неизвестна. Как известно, эксплуатация и технологи могут быть и королями мнений и бюджетов, а могут и полностью зависеть от непроизводственных служб.

ВПЕРЕД В «ПОЛЕ»

Спланирована командировка и наши специалисты выехали на предприятие. Проблемы, как мы и ожидали, подтвердились. Старое предприятие, желающее стать более конкурентоспособным, имеющее большой потенциал экспорта, но имеющее и все проблемы, характерные для старых постсоветских промышленных гигантов.

Первый день полностью провели на ногах, общаясь по возможности со всеми специалистами, которые будут привлечены к реконструкции. Пройдены все участки, где планируется установка новой системы автоматизации и клапанов, проведены встречи с большинством начальников цехов, механиками, технологами и киповцами.

На встречах не раз боролись мнения технологов и эксплуатации, КИПа и механиков. Яркая картина противостояния различных мнений, где, похоже, решающее слово будет за эксплуатацией. Однако своего слова не сказал еще главный инженер, и мы знаем, что на вертикально-интегрированных предприятиях с Советской школой мнение руководства может быть определяющим. Намечено совещание, на котором будет заслушана наша компания, и мы должны предложить наиболее сильное решение, удовлетворяющее всех специалистов.

Важным дополнением к информации, которую мы получили от отдела КИП, стало то, что до сегодняшнего дня ни у одного из специалистов нет уверенности в том, какие клапаны могут действительно работать на таких сложных кристаллизующихся средах с высокой вероятностью быстрого зарастания, как сода. Предприятие использовало множество клапанов от различных производителей и так и не нашло подходящего. В связи с этим не раз звучало, что мы должны поставить клапан на испытание. Определились и другие проблемы, связанные с предыдущим опытом предприятия.

ИНЖЕНЕРНО-СТОИМОСТНОЙ АНАЛИЗ

Наступила очередь настоящего инженерного анализа опросных листов и разработки общих технических положений для последующей подготовки ТКП. При анализе опросных листов поэлементному анализу подвергся каждый из типов установленной арматуры и причины его установки. Особое внимание уделяли при этом несоответствию между типом устанавливаемого клапана, его стоимостью и его функциональной значимостью для процесса регулирования, возможности работы в кристаллизующейся среде и другим критериям, вызывающим повышенную озабоченность специалистов. Схема типовой ранее используемой и предлагаемой арматуры показана на рис.16.

Рис. 16. Общий вид используемого клапана

Для проведения поэлементного анализа и сравнения с возможными проблемами, которые могут возникнуть при эксплуатации в аммиачной воде и кристаллизующихся средах из инструкции по эксплуатации был взят поэлементный чертеж клапана, рис.17.

Рис. 17. Сборочный чертеж клапана

Одновременно из инструкции по эксплуатации были выделены основные сведения, касающиеся запчастей, неисправностей и способов их устранения, рекомендуемых заводом-изготовителем. Данные по основным узлам были сведены в матрицу функций, с целью дальнейшего проведения поэлементного анализа.

Табл. 1. Матрица функций элементов арматуры

Прим.* О – основной элемент; В – Вспомогательный элемент; Вр – оказывающий вредное воздействие