ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ПРИБОРОВ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ТИПА МАНОМЕТР

ORGANIZATION OF MAINTENANCE AND REPAIR OF PRESSURE MEASURING DEVICES SUCH AS PRESSURE GAUGE

Elina Fayzullina

Undergraduate student, Technical University

Russia, Verkhnyaya Pyshma

Andrey Gusakin

Senior Lecturer, Technical University

Russia, Verkhnyaya Pyshma

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается организация технического обслуживания и ремонта (ТОиР) приборов измерения давления, в частности манометров. Обсуждается важность регулярного мониторинга и обслуживания этих устройств для обеспечения их точности и надежности в условиях использования в производстве. Предлагается эффективная стратегия обслуживания и трудоемкость, затрачиваемая на ТОиР манометров.

ABSTRACT

The article discusses the organization of maintenance and repair (MRO) of pressure measuring devices, in particular pressure gauges. The importance of regular monitoring and maintenance of these devices to ensure their accuracy and reliability in the conditions of use in production is discussed. An effective maintenance strategy and the labor intensity spent on the maintenance of pressure gauges are proposed.

Ключевые слова: приборы измерения давления, манометры, манометр показывающий, манометр электронный, повреждение манометров, надежность, техническое обслуживание, технический ремонт, безопасность технологических процессов, эффективное использование манометров, трудоемкость обслуживания

Keywords: pressure measuring instruments, pressure gauges, indicating pressure gauge, electronic pressure gauge, damage to pressure gauges, reliability, maintenance, technical repair, safety of technological processes, effective use of pressure gauges, labor intensity of maintenance

Введение

В современном производстве манометры играют значительную роль, обеспечивая контроль над различными технологическими процессами. Однако их использование сопряжено с рядом проблем, таких как необходимость регулярного технического обслуживания и ремонта, а также высокая стоимость замены вышедших из строя приборов.

Важность манометров заключается в их незаменимости при контроле и управлении параметрами давления в различных отраслях промышленности, включая энергетику, нефтегазовую отрасль и другие. Эффективное и надежное функционирование этих приборов обеспечивает безопасность производства и минимизирует возможные риски, связанные с нарушением технологического процесса.

Подходы к техническому обслуживанию и ремонту манометров должны быть инновационными и ориентированными на повышение эффективности производства. Необходимо анализировать настоящие данные, совершенствовать существующие методы, разрабатывать новые технологии и материалы, а также интегрировать производственные процессы с процессом обслуживания и ремонта оборудования.

Организация ТОиР приборов измерения давления типа манометр

Приборы для измерения давления газа или жидкости в замкнутом пространстве, также известные как манометры, представляют собой устройства, используемые для измерения давления [11]. Применение манометров в промышленности является неотъемлемой частью контроля и управления технологическими процессами. С помощью этих приборов осуществляется измерение давления в различных агрегатах и системах, что позволяет обеспечить их надежную и безопасную работу. Манометры используются в самых разных отраслях промышленности, таких как нефтегазовая, химическая, энергетическая, металлургическая и другие. Они играют ключевую роль в контроле давления в трубопроводах, насосах, компрессорах, котлах, турбинах и других устройствах. Правильное измерение давления имеет важное значение для обеспечения безопасности и эффективности технологических процессов, а также для контроля и эффективного управления ими. Это в свою очередь снижает вероятность возникновения аварийных ситуаций и повышает безопасность на производстве. Кроме того, манометры позволяют оперативно выявлять и устранять возникающие неисправности, что также способствует повышению надежности и долговечности работы оборудования. Манометры используются для измерения избыточного и вакуумметрического давления. Принцип работы этого прибора довольно прост, в настоящее время существуют три типа манометров: показывающий, электронный манометр с цифровым выходом и электронный манометр с аналоговым выходом, и каждый из них имеет свой уникальный путь развития.

Первенство в изобретении манометра принадлежит Леонардо да Винчи, который использовал пьезометрическую трубку для измерения давления в водопроводных трубах. Описание этого опыта содержится в труде «О движении и измерении воды» XIX века. Одним из первых был изобретен ртутный манометр в 1643 году учеными Торричелли и Вивиани. Второй тип манометра – поршневой - был изобретен в 1833 году, его создали Паррот и Ленц при изучении сжимаемости газов. Через 50 лет в 1853 году Рухгольц внедрил его в массовое производство.

Манометр был значительно усовершенствован в период великой индустриальной революции. Швейцарский инженер Р. Шинц в 1845 году разработал прибор на базе чувствительной пружинной трубки – далее получившей название «трубки Бурдона», который и сейчас является наиболее распространенным видом манометров. В 1849 году был Э. Бурдоном создан и запатентован чувствительный элемент манометра - трубка Бурдона. С тех пор началось массовое производство приборов с этой трубкой, которые стали называться барометрами. Они быстро завоевали популярность благодаря своей точности и простоте использования.

В 1849 году Шеффер изобрел мембранный манометр - разновидность деформационного прибора. После Второй мировой войны, в 1946 году, в Германии основали компанию «WIKA», которая сейчас является основным производителем манометров [2]. К 1956 году эта компания выпускала все существующие разновидности приборов. Существует около 40 разновидностей манометров с трубкой Бурдона, но принцип их действия остается неизменным. [1]

Электронный манометр был изобретен в середине 20 века. Его создание стало возможным благодаря развитию электроники и компьютерных технологий. Первые электронные манометры были очень громоздкими и сложными в использовании, но с течением времени они становились все более компактными и точными. Сегодня электронные манометры широко используются в различных отраслях промышленности, включая автомобилестроение, авиацию, медицину и многие другие. Они позволяют измерять давление с высокой точностью и в реальном времени, что делает их незаменимыми в современных технологических процессах. Обобщая все вышесказанное, манометры существуют уже около четырехсот лет, и за это время ученые значительно усовершенствовали их, разработали новые типы для разных условий эксплуатации.

Использование манометров регулируется законодательством в области единства измерений, так как для обеспечения точности и надежности измерений необходимо соблюдать определенные стандарты и требования. Манометры внесены в государственный реестр средств измерений, так как они являются важными измерительными приборами, используемыми в различных отраслях промышленности и науки, согласно Приказу Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 декабря 2020 г. № 2317 «Об утверждении типов средств измерений» [5]. Включение манометров в государственный реестр подтверждает их соответствие установленным метрологическим характеристикам и позволяет использовать их для официальных измерений и контроля.

В данной статье рассмотрены основные подходы к техническому обслуживанию и ремонту (ТОиР) манометров, обеспечивающие надежность и эффективность использования приборов. Что в свою очередь обеспечит повышение эффективности производственных процессов.

Система технического обслуживания и ремонта (ТОиР) служит для поддержания работоспособности оборудования на предприятии. Главная ее цель - увеличение эффективности производства. Также система ТОиР призвана: минимизировать затраты на ремонт и эксплуатацию; предотвращать сбои, аварии, простои и быстрый износ оборудования; обеспечивать безопасные условия эксплуатации; поддерживать непрерывность производственного процесса; повышать эффективность работы обслуживающего персонала; увеличивать экономическую эффективность эксплуатации оборудования. [9]

Система ТОиР включает в себя комплекс технологических операций и организационных действий по поддержанию работоспособности или исправности объекта при использовании по назначению, ожидании, хранении и транспортировании (техническое обслуживание), а также по восстановлению работоспособности, исправности и ресурса объекта и/или его составных частей (ремонт) [10].

Перечень операций ТОиР манометра зависит от его типа. Манометры могут быть разных типов, например, механические, электрические, гидравлические и др. Они также могут иметь различные диапазоны измерений и точность.

Для формирования правильной стратегии ремонтов рассмотри подробно типы и конструкцию приборов.

Первый тип приборов - это показывающие манометры. Это манометры, которые используют механическую систему для отображения значений давления. Они имеют шкалу, на которой стрелка показывает текущее значение давления. Они просты в использовании и надежны, но они могут иметь меньшую точность по сравнению с датчиками давления с аналоговым выходом.

На рисунке 1 представлено устройство показывающего манометра типа ТМ для измерения избыточного давления незагрязненных неагрессивных и агрессивных жидкостей, газов и паров, не кристаллизующихся при рабочей температуре. Остальные типы показывающих манометров работают по идентичному принципу. Например, электроконтактные манометры: контактная часть располагается над передаточным механизмом и состоит из двух передвижных контактов. Контакты замыкаются и размыкаются непосредственно самой рабочей стрелкой манометра при достижении измеряемым манометром установленных пределов. Замыкание одного из контактов рабочей стрелкой вызывает соответствующее действие системы автоматики.

Рисунок 1. Устройство манометра ТМ и указателя давления [6]

Принцип действия манометра типа TM основан на зависимости деформации чувствительного элемента от измеряемого давления. В качестве чувствительного элемента используется трубка Бурдона (рис.1). Под воздействием измеряемого давления свободный конец трубки перемещается и с помощью специального механизма вращает стрелку манометра. [6]

Возможные неисправности и способы их устранения указаны в таблице 1.

Таблица 1.

Неисправности и способы их устранения для манометра показывающего ТМ

Второй тип приборов - это электронный манометр. Приборы данного тип предназначены для измерения давления в тех же условиях что и первый тип, но в отличии от первой группы использует электронные компоненты для обработки сигналов от датчиков давления. На рисунке 2 изображен электронный манометр типа ЭКМ – 2005. Он состоит из модуля сенсора, модуля питания и реле, системного модуля, управляющего каналами сигнализации, индикатором, модулем токового выхода и клавиатурой. Измеряемая среда подается в камеру первичного преобразователя, под действием давления происходит деформация измерительной мембраны, что приводит к изменению электрического сопротивления расположенных на ней тензорезисторов, в результате чего первичный преобразователь формирует напряжение. Системный модуль измеряет сигнал напряжения, полученный с модуля сенсора, и рассчитывает текущее значение измеренного давления, выводит информацию на индикатор, управляет каналами сигнализации, модулем токового выхода и осуществляет опрос клавиатуры.

Рисунок 2. Электронный манометр ЭКМ-2005 [8]

Возможные неисправности и способы их устранения указаны в таблице 2. ЭКМ с неисправностями, не подлежащими устранению при профилактическом осмотре, или не прошедшие периодическую поверку, подлежат текущему ремонту. Ремонт ЭКМ производится на предприятии-изготовителе.

Таблица 2.

Неисправности и способы их устранения для электронных манометров

На рисунке 3 также изображен один из востребованных приборов измерения давления - манометр цифровой типа ДМ5001. Принцип действия прибора основан на уравновешивании измеряемого давления силами упругой деформации чувствительного элемента (манометрической пружины - трубки Бурдона). Манометрическая пружина одним концом жестко крепится к штуцеру, а другой конец имеет возможность свободно перемещаться под воздействием измеряемого давления. На свободно перемещающемся конце пружины закреплен ферритовый стержень, а на держателе катушка индуктивности. Под воздействием давления измеряемой среды изменяется положение ферритового стержня относительно катушки, что приводит к изменению индуктивности катушки и соответственно изменению частоты генератора. Выходной сигнал генератора поступает на вход микропроцессора, выполняющего следующие функции: вычисление текущего значения частоты, корректировка данных с учетом предварительной калибровки, данные о которой хранятся в блоке памяти, управление четырехразрядным светодиодным индикатором. Микропроцессор выдает цифровой код на цифроаналоговый преобразователь, напряжение с которого поступает на преобразователь «напряжение-ток», обеспечивающий нормированное значение выходного сигнала.

Рисунок 3. Манометр цифровой ДМ5001 [7]

Возможные неисправности и способы их устранения указаны в таблице 3.

Таблица 3.

Неисправности и способы их устранения для манометра цифрового ДМ5001

Исходя из того, что манометры повсеместно используются в производстве, необходимо поддерживать их нормальный уровень работы. Манометры всех типов могут повреждаться из-за различных причин, таких как:

1. Перегрузка - манометр может быть поврежден, если он используется для измерения давления, превышающего его номинальный диапазон.
2. Вибрация - вибрация может вызвать повреждение механических компонентов манометра, таких как стрелка или нониус.
3. Влажность - влага может проникнуть в манометр и вызвать коррозию внутренних компонентов, что приведет к его неисправности.
4. Температура - слишком высокие или низкие температуры могут повредить чувствительные элементы манометра, такие как датчик давления.
5. Химические воздействия - некоторые химические вещества могут взаимодействовать с материалами манометра и вызывать коррозию или другие повреждения.

Для предотвращения повреждения манометров необходимо соблюдать рекомендации производителя по их использованию и обслуживанию, а также проводить регулярные проверки и техническое обслуживание и ремонты. И для показывающих манометров, и для датчиков давления ТОиР необходим во время всего жизненного цикла прибора. В данной работе предлагается рассмотреть план ТОиР для манометров общетехнических пружинных типа ТМ, WIKA, ДМ и манометров электронных, электроконтактных типа ЭКМ-2005, WIKA, ДА-2010.

Перед вводом в эксплуатацию, согласно приказу от Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 31 июля 2020 года N 2510 «Об утверждении порядка проведения поверки средств измерений, требований к знаку поверки и содержанию свидетельства о поверке» [4], необходимо проведение калибровки и поверки манометров.

Калибровку манометров проводят специализированные организации, имеющие соответствующие разрешения и сертификаты. Процесс калибровки включает в себя проверку работоспособности прибора, его настройку и тестирование. По результатам калибровки выдается сертификат, подтверждающий точность показаний манометра в определенных диапазонах давления.

Поверка показывающих манометров проводится в соответствии с методикой поверки МИ 2124-90 «Манометры, вакуумметры, мановаккумметры, напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры показываюзие и самопишущие. Методика поверки». Приборы должны подвергаться первичной и периодической поверке. Межповерочный интервал периодических поверок составляет 2 года.

Поверка датчиков давления проводится в соответствии с «ГОСТ Р 8.840-2013 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений абсолютного давления в диапазоне 1 - 1· 10⁶  Па». Периодичность поверки датчиков давления составляет от 2 до 5 лет в зависимости от типа, модели и даты выпуска. Точные межповерочные интервалы и перечень поверочных операций указываются в паспортах и описаниях типа конкретных моделей.

ТОиР манометров включает в себя следующее:

Для общетехнических пружинных манометров перечень операций [6] при техническом обслуживании составляет следующее:

1. визуальный контроль прибора (наличие повреждений стекла, корпуса, штуцера, других частей прибора);
2. проверка качества уплотнения штуцера;
3. проверка возврата стрелки на нуль при отсутствии давления, наличие и незасоренность демпфера, доступ измеряемой среду в узел чувствительного элемента.

Перечень операций при текущем ремонте:

1. демонтаж прибора
2. проверка и регулировка нуля прибора;
3. поверка и калибровка манометра;
4. замена поврежденных или изношенных деталей (например, стекла или стрелки);
5. проверка правильности работы механизма измерения давления.
6. тестирование прибора на точность показаний;
7. сборка манометра и проверка его работоспособности;
8. оформление акта выполненных работ и выдача гарантии на проведенный ремонт;

Для манометров электронных, электроконтактных перечень операций [9] при техническом обслуживании состоит из:

1. внешнего осмотра: проверка отсутствия механических повреждений, наличия клейм поверки, надёжность креплений, удаление загрязнений. Прибор не требует технического обслуживания. Функция переключения должна проверяться один-два раза в год. Для этого прибор должен быть отключен от процесса и проверен калибратором давления.

Перечень операций при текущем ремонте:

1. продувка импульсной линии для удаления конденсата (газа) из отстойных сосудов (газосборников);
2. проверка нулевой отметки шкалы;
3. проверка герметичности соединений импульсной линий, устранение неплотностей;
4. проверка надёжности электрических подсоединений и заземления.
5. проверка срабатывания;
6. проверка правильности показаний;

В ходе анализа приборов для измерения давления типа манометр и практического опыта эксплуатации были определены эффективная стратегия обслуживания и трудоемкость, затрачиваемая на ТОиР (таблицы 4, 5).

Таблица 4.

Норма времени на ТОиР манометров

Таблица 5.

Норма времени на вспомогательные операции ТОиР

Из рисунков 4 и 5 видно, что годовая трудоемкость на обслуживание общетехнических пружинных манометров составляет 2,49 часа, а электронных, электроконтактных – 3, 48 часа. При этом трудозатраты на вспомогательные операции 0,75 чел/час. и 1,52 чел/час. соответственно. В рамках производства эти значения являются незначительными, но приносят больший эффект из-за своевременности и планирования.

Данный подход к ТОиР манометров позволяет:

1. увеличить срок службы приборов. Регулярное обслуживание и замена изношенных деталей позволяют продлить срок службы манометров и снизить вероятность внезапных отказов;
2. обеспечить поддержание точности показаний. Своевременная поверка и калибровка позволяют контролировать точность показаний манометров и своевременно вносить корректировки в их работу;
3. предотвратить аварийные ситуаций. Регулярное техническое обслуживание помогает выявлять и устранять неисправности, которые могут привести к авариям и сбоям в работе оборудования;
4. получить положительный экономический эффект. Своевременное обслуживание и ремонт позволяют избежать крупных затрат на замену вышедших из строя приборов и обеспечивают более эффективное использование ресурсов.

Связь метрологической надежности манометров и технического обслуживания и ремонта (ТОиР) является ключевой для обеспечения точности и надежности измерений давления. В статье Юрина А.И. и Нефедова А.П. [12] проведено исследование метрологический надежности манометров: авторы исследовали влияние уровня превышения давления на метрологическую надежность манометров. Объектами исследования были выбраны манометры «WIKA», «Росма» и «Метер», инструментом исследования стал полный факторный эксперимент [13]. В ходе исследований авторы обнаружили, что наиболее распространенные в производстве показывающие манометры сегмента имеют низкую метрологическую надежность: превышение рабочего давления на 3 бара в течение 45 минут может привести к сбою в работе манометров из-за низкой прочности материалов, используемых в измерительном механизме. Колебания давления в рамках производства являются рядовым случаем и избежать перегрузок в большинстве случаев не предоставляется возможным.

Авторы выделили такие способы защиты от скачков давления, как использование предохранительных клапанов и демпферирующих устройств. [3]. Но применение данных устройств является рациональным с учетом эффективных методов подхода к ТОиР. Эксплуатация манометров без надлежащего ТОиР может привести не только к преждевременной поломке прибора, но и к ошибочным результатам измерений и, как следствие, к неправильным решениям в управлении технологическими процессами и оборудованию.

Список литературы:

1. История создания и развития манометров : [статья с сайта] // Сантехмастер групп. – URL: https://re-st.ru/interesnoe/istoriia-sozdaniia-i-razvitiia-manometrov/ (дата обращения 20.10.2023). – Текст : электронный.
2. Манометр абсолютного давления из нержавеющей стали. Модели 532.52, 532.53, 532.54 // WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG : сайт. – URL: https://www.wika.com/en-en/532_52_532_53_532_54.WIKA (дата обращения: 20.09.2023)
3. Мулев, Ю.В. Манометры. Производственно-практическое издание / Ю.В. Мулев. – М.: МЭИ, 2003. - 280 с.
4. Об утверждении порядка проведения поверки средств измерений, требований к знаку поверки и содержанию свидетельства о поверке. Приказ Минпромторга России № 2510 : [принят Минпромторгом России 31.07.2020].
5. Об утверждении типов средств измерений (с изменениями и дополнениями). Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии №2264: [принят Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии от 28.12.2020].
6. РЭ 4212-001-479015564-2008. Манометры показывающие ТМ, ТВ, ТМВ И ТМТВ. Руководство по эксплуатации. : : официальное издание : утвержден Генеральным директором ЗАО «Росма» В.А. Герасимовым 21.08.2008 г.
7. РЭ 5Ш0.283.331. Манометры цифровые ДМ5001. URL: https://www.manotom.com/upload/iblock/829/829be0cc72818f428195e318fc03b2ab.pdf (дата обращения: 10.09.2023). – Текст : электронный.
8. РЭ НКГЖ.406233.053. Манометры электронные ЭКМ-2005. Руководство по эксплуатации. : официальное издание : утвержден НПП «Элемер».
9. Техническое обслуживание манометров // ООО Приоритет-Пермь 2019 : сайт. – URL: https://приоритет-пермь.рф/raznoe-2/texnicheskoe-obsluzhivanie-manometrov-2-4-ustanovka-i-obsluzhivanie-manometrov.html (дата обращения: 29.09.2023)
10. ТОиР система технического обслуживания и ремонта оборудования : [статья с сайта] // CНАРЯД | FSM – URL: https://snrd.ru/blog/toir-sistema-tekhnicheskogo-obsluzhivaniya-i-remonta-oborudovaniya/ (дата обращения 25.10.2023). – Текст : электронный.
11. Что такое манометр: значение слова. // Yaom.ru : сайт. – URL: https://www.yaomtv.ru/chto-takoe-manometr-znachenie-slova/ (дата обращения: 08.09.2023)
12. Юрин А.И., Нефедов А.П. Исследование метрологической надежности манометров // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. 2016. №3. С.75-79.
13. Юрин, А.И. Оптимизация метрологических характеристик индуктивных измерительных преобразователей / А.И. Юрин, Е.А. Карцев // Приборы. - 2013. -№10. - С. 5-8.