Надёжность

НАДЁЖНОСТЬ х и м и ч е с к и х п р о и з в о д с т в, св-во этих объектов выполнять требуемые ф-ции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатац. показателей (технол. параметры процессов, производительность, качество продукции, уд. расходы материальных ресурсов и др.). Любое нарушение этих ф-ций приводит к потенциальной возможности аварий и получению некондиционной продукции, что особенно опасно для крупнотоннажных произ-в.

Основные понятия. Надёжность как комплексное св-во объекта в зависимости от целей его функционирования и условий эксплуатации характеризуется определенной совокупностью понятий и св-в, главными из к-рых являются работоспособность, отказ, безотказность и ремонтопригодность.

Р а б о т о с п о с о б н о с т ь-состояние объекта, при к-ром он может выполнять в данный момент времени заданные ф-ции, сохраняя значения осн. параметров в требуемых пределах. Напр., в работоспособном состоянии колонны синтеза в произ-ве карбамида достигается заданная степень превращения СО₂ (не ниже 0,67), обеспечиваются безопасные условия труда для обслуживающего персонала и уровень загрязнения окружающей среды не превышает установленных норм.

О т к а з заключается в нарушении или утрате работоспособности объекта. Напр., при отказе хим. реактора качество продукта перестает отвечать требуемым нормам. Такой отказ м.б. вызван разными причинами: нарушениями температурного режима, отравлением катализатора, мех. повреждениями и т.д. Как правило, отказы аппаратуры требуют аварийного останова произ-ва с послед, выполне-нием определенного объема ремонтных работ. Одно из ср-в предупреждения отказов оборудования-профилактич. осмотры и ремонты.

Б е з о т к а з н о с т ь-св-во объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение нек-рого времени или для наработки определенного кол-ва продукта.

Р е м о н т о п р и г о д н о с т ь-св-во объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и отысканию причин возникновения его отказов, а также в способности восстановления утраченной при этом работоспособности. Последняя обычно ограничена во времени, поэтому для нормальной эксплуатации хим. произ-в характерны плановые остановы с целью выполнения профилактич. и восстановит. ремонтных работ.

Нормальное функционирование хим. произ-в обеспечивается совокупностью научно-техн. и организац. мероприятий, направленных на достижение заданных показателей надёжности при проектировании, сооружении и эксплуатации объектов.

Общая характеристика отказов. Конкретные физ.-хим., технол., мех. и др. изменения и повреждения, возникающие в объектах и окружающей среде после отказа, приводят к разл. последствиям. Особо тяжелые последствия отказов -аварии, сопровождающиеся взрывами, пожарами и выбросами вредных в-в. По причинам возникновения различают отказы проектно-конструкторские (доля в общем числе отказов 40-50%), производственно-изготовительные (30-40%) и эксплуатационно-технологические (15-25%).

П р о е к т н о-к о н с т р у к т о р с к и е о т к а з ы обусловлены несовершенством организации проектирования процессов и произ-в и конструирования оборудования, включая нарушения установленных правил и норм, а также ошибками разработчиков.

П р о и з в о д с т в е н н о-и з г о т о в и т е л ь н ы е о т к а з ы обусловлены нарушениями или несовершенством технол. процессов изготовления, сборки, монтажа оборудования, а также низким качеством выполнения пусконаладочных работ.

Э к с п л у а т а ц и о н н о-т е х н о л о г и ч е с к и е о т к а з ы подразделяют на технол., мех., организационно-техн., а также отказы, обусловленные нарушениями в работе систем контроля и автоматики, ошибками обслуживающего персонала и воздействием окружающей среды.

Технол. отказы возникают из-за нарушений параметров технол. режимов, вызываемых неисправностью осн. оборудования, нарушениями регламента произ-ва (из-за отказа ср-в контроля и автоматики и ошибок персонала), изменениями состава и качества перерабатываемого сырья, а также из-за сопровождаемых процессы нежелат. явлений, напр. старения катализатора, образования отложений. Мех. отказы вызваны неисправностями аппаратов и машин, их деталей и узлов, обусловленными дефектами изготовления, загрязнениями и износом, а также нарушениями динамич. режимов работы и неравномерным распределением силовых нагрузок в оборудовании. Организационно-техн. отказы возникают из-за нарушений в подаче сырья, электроэнергии, теплоносителей и хладагентов, отсутствия места на складах или транспортных ср-в для отгрузки продукции и др.

Отказы, возникающие из-за нарушения в работе систем контроля и автоматики, обусловлены техн. неисправностями, несовершенством выбранной принципиальной схемы управления и техн. ср-в ее реализации, ошибками в алго-ритмич. и программном обеспечении. Ошибки обслуживающего персонала м.б. причинами самых разл. отказов процессов и произ-в, включая аварии. Источники ошибок: недостаточный уровень профессиональных знаний и навыков, некачеств. оборудование рабочих мест операторов, усталость, нарушения технол. и трудовой дисциплины. Возможные также причины отказов-экстремальные прир. явления (землетрясения, грозы и т.д.), влияние к-рых необходимо учитывать при выборе мест стр-ва и проектировании хим. произ-в.

О б н а р у ж е н и е о т к а з о в. Для этого нужно определить признаки их проявления. Последние представляют собой любые сигналы, свидетельствующие об отклонениях от установленных режимных значений давлений, т-р, расходов и концентраций реагентов; о снижении выпуска и изменении качества продукции; о нарушениях в работе оборудования, напр. о постороннем шуме или стуке (гидравлич. и мех. удары, вибрация); о коррозии деталей и узлов и их разрушении, сопровождающихся утечками жидкостей либо газов из аппаратов и трубопроводов, и т.п. Совокупность разл. определяющих признаков составляет критерий обнаружения отказа объекта. Знание и правильный выбор критериев позволяет своевременно обнаружить любые отказы.

О т к а з ы к а к с л у ч а й н ы е с о б ы т и я классифицируют по изменению осн. параметров объектов до момента возникновения (внезапные и постепенные отказы); по причинно-следственным взаимосвязям между собой (первичные и вторичные отказы); по изменению вероятности появления (независимые и зависимые отказы); по возможности послед. использования объектов после возникновения (частичные и полные отказы) и др.

Внезапный отказ характеризуется мгновенным (напр., образование трещин в футеровке аппаратов, разрывы трубопроводов, пропуски в сварных швах), а постепенный отказ -медленным (напр., образование отложений на стенках теплообменников, старение катализатора, коррозия оборудования) изменением одного или неск. заданных параметров объекта.

Первичный отказ обусловлен любыми независимыми физ.-хим., технол., структурно- и организационно-техн. причинами, кроме воздействия др. отказов. Вторичный (результирующий) отказ возникает вследствие к.-л. первичного отказа. Так, вторичный технол. отказ конденсатора NH₃ в произ-ве карбамида обусловлен забиванием тепло-обменных трубок кристаллами карбонатов аммония, к-рые образуются в результате первичного отказа промывной колонны, проявляющегося в неполном поглощении СО₂ из-за нарушения режима орошения жидким аммиаком.

Частичный отказ хим. произ-ва характеризуется уменьшением его заданной мощности или снижением требуемого качества продукции, полный-прекращением ее выпуска. Для хим. произ-в наиб. типичны частичные отказы, напр. ухудшение качества помола сырья из-за частичного разрушения рабочих органов в мельницах.

Показатели (оценки) надёжности произ-в м.б. размерными или безразмерными величинами и зависят от показателей надёжности составляющих эти произ-ва хим.-технол. процессов. Для мат. определения показателей надёжности рассматривают процесс возникновения отказов во времени-поток отказов, а также учитывают интервалы работоспособности и периоды восстановления работоспособности объекта между отказами.

Осн. показатели надёжности: p(t)-веpоятность безотказной работы (определяет вероятность того, что за время t в системе не произойдет ни одного отказа); Q(t)~ вероятность отказа за время t; l(t)-интенсивность отказов (доля оборудования, выходящего из строя в единицу времени); f(t)-плотность, или частота распределения, отказов во времени. Теоретич. соотношения между этими показателями приведены в таблице. С использованием этих показателей можно вычислять и др. важные характеристики надёжности, напр. средняя наработка на отказ (среднее время безотказной работы) определяется по ф-ле

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ

Математические модели, используемые для расчета и оптимизации показателей надёжности процессов и произ-в, подразделяют на символические и топологические.

С и м в о л и ч е с к а я  м о д е л ь надёжности-совокупность нек-рых функцион. соотношений, определяющих зависимость показателей надёжности произ-ва в целом от показателей надёжности отдельных аппаратов, параметров их эксплуатации и обслуживания. В соответствии с видом применяемых мат. операторов (ф-ций) выделяют символич. модели надёжности разных классов: системы вероятностно-дифференц. и вероятностно-интегральных ур-ний; матричные, логико-вероятностные и логико-статистические. Два последних класса моделей наиб, широко используют для расчета показателей надёжности процессов и произ-в.

Т о п о л о г и ч е с к а я  м о д е л ь (г р а ф) надёжности-графич. отображение влияния показателей надёжности отдельных единиц оборудования на работоспособность хим. произ-ва в целом. С помощью таких моделей можно определять показатели надёжности произ-ва с учетом особенностей эксплуатации и техн. обслуживания аппаратуры. Среди топологич. моделей выделяют блок-схемы надёжности, деревья отказов, параметрич. и сигнальные графы и т.д. (см. также Графов теория).

Способы обеспечения и повышения надёжности. К этим способам относятся резервирование, техн. диагностика и техн. обслуживание.

Р е з е р в и р о в а н и е (структурное, временное, нагрузочное) реализуется созданием в объекте нек-рой избыточности, т. е. введением в его состав дополнит. устройств, узлов и связей по сравнению с минимально необходимым для выполнения заданных ф-ций. Напр., при структурном резервировании дублируется часть оборудования, и в случае отказа к.-л. узла его ф-ции начинает осуществлять резервный элемент. При временном резервировании на выполнение определенных операций предусматривается избыточное время, к-рое и используется в случае необходимости для обеспечения объектом общей программы работы. Нагрузочное резервирование заранее предусматривает возможность функционирования объекта при повышенных нагрузках.

Т е х н и ч е с к а я д и а г н о с т и к а-совокупность мероприятий и техн. ср-в для получения и обработки информации о состоянии объекта с целью контроля его работоспособности, обнаружения и установления причин возникновения или мест появления отказов. Этот способ позволяет повысить работоспособность хим. произ-в в результате сокращения времени поиска отказавшего оборудования и времени устранения отказов.

Т е х н и ч е с к о е о б с л у ж и в а н и е-совокупность организа-ционно-техн. мероприятий по предупреждению и устранению последствий ускоренного износа и старения объектов, поддержанию их осн. техн. характеристик на заданном уровне; продлению межремонтных сроков эксплуатации хим.-технол. оборудования путем проведения его профи-лактич., текущего и капитального ремонтов.

Для организации и практич. реализации работ по обеспечению и повышению надёжности разных техн. объектов, включая хим.-технологические, в СССР создан межотраслевой науч-но-техн. комплекс "Надежность".

Лит.: Обеспечение и методы оптимизации надежности химических и нефте-перерабатывающих производств, М., 1987. В. В. Кафаров, В. П. Мешалкин.