Резервирование в теплоэнергетике

6.1. Выбор резерва на электростанции

На теплоэнергетических предприятиях, в первую очередь, таких как ТЭС и ТЭЦ ведётся учёт аварий и отказов.

Аварии и отказы регистрируются оперативным персоналом в картах отказов. Каждая авария и отказ расследуется с установлением причин и конкретных мероприятий для предотвращения их в аналогичных ситуациях.

Из возможных способов обеспечения надёжности электростанций распространено резервирование отдельных ответственных элементов и энергоблоков в целом.

В качестве примера влияния резерва на надёжность рассмотрим схему ТЭЦ, имеющей

четыре однотипных котла с поперечными связями, из которых три рабочих , а один резервный (m=1).Интенсивность отказа котла ч^-1 на периоде времени

ч.

Рис.18. Схема включения котлов на ТЭЦ

1-рабочие котлы, 2-резервный котёл

Соответствующие расчеты показывают, что если котёл 2 держать в ненагруженном резерве, то вероятность безотказной работы ТЭЦ составит

Для случая нагруженного резерва этот показатель, а, следовательно, и надёжность ТЭЦ будет ниже и составит

В то же время при отсутствии резервного котла вероятность безотказной работы была бы всего

6.2. Резервирование теплоснабжения

Резервирование отпуска тепловой энергии имеет свои особенности, допускающие кратковременное отключение потребителя со снижением температуры внутри отапливаемых помещений.

Принята ступенчатая градация пониженных значений температуры при наступлении отказов системы теплоснабжения. Полный отказ происходит при температуре в помещении ниже 0 и замораживании системы. Вероятность того, что эти условия наступят, принимается равной 0,03. Следующая ступень температуры при частичном отказе теплоснабжения оценивается вероятностью 0,14.

Основными путями, обеспечивающими отказоустойчивость системы теплоснабжения, является наличие:

- резервной бойлерной установки, питаемой редуцированным острым паром;

- резервных сетевых трубопроводов;

- резервных котельных в районе теплопотребления;

- электрообогревательных установок в качестве замещающих аварийных элементов

системы.

Из указанного наиболее важным является обеспечение отказоустойчивости сетевых трубопроводов, с авариями которых связаны наиболее тяжёлые последствия.

Рис.19. Схема резервирования отпуска технологического пара

На рис.19 в качестве примера приведена схема резервирования отпуска технологического пара потребителю (4). Отпуск пара производится с регулируемого отбора турбины (1) по двум паропроводам (3), каждый из которых имеет 100 % пропускную способность. Резервом на случай отказа турбины служит РОУ (2).

При наличии резерва отказ системы теплоснабжения наступает, когда снижение мощности превысит величину резерва. Недоотпуск теплоты приводит к снижению температуры воздуха внутри отапливаемых помещений. Резерв времени на проведение ремонтных работ для недопущения полного отказа может быть оценен по соответствующим таблицам.

6.3. Влияние условий труда

Надёжность большинства технических систем не может рассматриваться без учёта человека – оператора. Человек – оператор здесь выступает как функциональное звено, при повышении надёжности которого за счёт улучшений условий труда повышается и надёжность технической системы в целом.

Условия труда оператора изучается наукой эргономикой. Это комплексная наука о физиолого-гигиенических требованиях к орудиям труда, рабочему месту и производственным помещениям. Эргономика изучает функциональные возможности и особенности человека с целью создания условий, в которых труд становится высокопроизводительным и надёжным, в то же время, обеспечивая человеку необходимые удобства и сохраняя его силы, здоровье и работоспособность.

В конечном итоге необходимо согласование возможностей человека и техники в единой системе «человек – машина – производственная среда». Это прежде всего достигается обеспечением трёх характерных соответствий между человеком и машиной: антропометрического, физиологического и эстетического.

Антропометрические требования должны обеспечить соответствие параметров рабочего места анатомическим особенностям тела человека. Это, прежде всего, касается сиденья оператора, которое должно быть полумягким, поворотным и для индивидуальной подгонки иметь регулировки по высоте и наклону спинки.

Физиологические требования обусловлены активизацией в процессе труда зрительно- мозговой и моторной деятельности. В результате человек утомляется, снижается внимание, точность управления и в конечном итоге возрастает вероятность возникновения аварийной ситуации. Соответственно при оборудовании рабочего места должны быть учтены функциональные возможности мышц, особенности зрительного и слухового восприятия и проч. Обязательным является также соблюдение санитарно-гигиенических требований по шуму, вибрации, температуре и составу атмосферного воздуха.

Эстетические требования связаны с оформлением рабочего места и производственного помещения в целом. Оформление включает соответствующий цветовой фон, дизайн рабочей одежды, наличие предметов художественного творчества, фоновой музыки и проч. Всё это вызывает положительные эмоции, создаёт хорошее настроение, которое положительно влияет на работоспособность человека.

Условия труда оператора, отвечающие всему комплексу современных эргономических требований, в значительной мере снижает риск возникновения аварийных ситуаций из-за ошибочных действий или бездействий оператора. Тем не менее, необходимо помнить, что даже самые совершенные условия труда не способны компенсировать недостатки в квалификации и служебную безответственность оператора.

6.4. Экономический аспект долговечности

За исключением особо опасных объектов, таких например как атомная электростанция, надёжность и долговечность должны выбираться на основании экономической целесо- образности. С точки зрения потребителей надёжность технического изделия должна быть такой, чтобы сумма затрат на приобретение, профилактическое обслуживание, ремонт и эксплуатацию была минимальной.

Очевидно, что затраты связанные с эксплуатацией, будут тем меньше, чем выше уровень надёжности. С другой стороны, повышение надёжности увеличивает расходы на более тщательную разработку конструкции, проведение специальных исследований, качественную технологию изготовления, более дорогостоящие материалы.

При определении целесообразного уровня надёжности большое значение имеет срок службы изделия, который в большинстве случаев устанавливается на основании экономических соображений.

Теплотехнические объекты являются изделиями, рассчитанными на длительный срок службы. По мере появления отказов работоспособность восстанавливается в процессе ремонта путём замены отказавших или износившихся деталей. При этом срок службы может неограниченно продлеваться. Однако по мере увеличения периода эксплуатации объекта количество и стоимость ремонтов увеличивается. Рост эксплуатационных расходов, затрат на обслуживание и ремонт приводит к увеличению стоимости продукции, производимой с помощью этого объекта, т.е. снижается эффективность его использования

Оптимальной долговечностью следует считать такой срок службы объекта, при котором затраты по его применению (стоимость приобретения, ремонт и эксплуатация), отнесенные на единицу производимой продукции, будут минимальными.

Оптимальную долговечность можно определить графически, как это показано на рис.19.

Рис.19. Графическое определение оптимальной долговечности

Здесь по оси абсцисс откладывается срок службы оборудования, а по оси ординат – себестоимость продукции в виде трёх ее составляющих. Составляющая себестоимости от текущих ремонтов и убытков из-за учащающихся простоев оборудования со временем растёт (кривая 1). Одновременно составляющая себестоимости от амортизационных отчислений (кривая 2) уменьшается, так как затраты на приобретения оборудования распределяется на всё большее количество произведенной продукции. Ряд же статей затрат, например, потребление электроэнергии и топлива, величина оплаты труда мало зависят от срока службы и поэтому их суммарная величина может быть представлена прямой 3.

Путём суммирования ординат точек 1, 2 и 3 можно построить кривую зависимости себестоимости единицы продукции от срока эксплуатации оборудования (кривая 4). Эта кривая имеет минимум, который соответствует оптимальному сроку службы Т_опт. Это тот срок эксплуатации, при котором средняя себестоимость всей продукции будет наименьшей.

Список рекомендованной литературы

1. В.Є. Канарчук, С.К. Полянський. Надійність машин- Киів: Либідь, 2003.
2. В.Г. Катушин. Надёжность энергетических систем – М.: Высшая школа, 1984.
3. Г.В. Ноздренко и др. Надёжность ТЭС: Учебное пособие. – Новосибирск: Издательство НГГУ, 1999.- 63 с.

Экзаменационные вопросы

1. Связь надёжности с качеством изделий.

2. Факторы ограничивающие долговечность.

3. Понятие о системе, элементе, объекте.

4. Виды технических объектов.

5. Неработоспособное и неисправное состояния.

6. Классификация отказов.

7. Комплексное свойство надёжности

8. Понятие о потоке отказов

9. Характер изменения надёжности эксплуатирующихся объектов

10. Термины и определения теории вероятностей

11. Понятие о сложении и произведении событий

12. Теорема сложения вероятностей

13. Теорема умножения вероятностей

14. Формула полной вероятности

15. Распределение дискретных случайных величин

16. Распределение непрерывных случайных величин

17. Простые показатели надёжности

18. Комплексные показателей надёжности

19. Связь показателей надёжности с функциями распределения

20. Экспоненциальный закон распределения

21. Нормальный закон распределения

22. Сбор исходной информации о надёжности

23. Образование вариационного и интервального рядов

24. Численная оценка интервального ряда

25. Нагрузочное и временное резервирование

26. Структурное резервирование

27. Комплексный расчёт надёжности сложных систем

28. Выбор резерва на электрической станции

29. Резервирование теплоснабжения

30. Влияние условий труда на надёжность

31. Экономический выбор долговечности изделий

32. Конструкторские, технологические и эксплуатационные причины отказов

Задачи

1. Определить вероятность безотказной работы установки, если вероятности независимых отказов четырех ее элементов соответственно равны: q₁=; q₂=; qз=; q₄ =.

2. Определить вероятность безотказной работы машины, если вероятность независимых отказов трех ее узлов соответственно равны: q₁=; q₂=; q₃=.

3. Определить вероятность наступления отказа системы из двух элементов, работающих 10% и 90% времени, если вероятности отказа элементов соответственно составляют: q₁=; q₂=.

4 Определить наработку на отказ Т₀, время восстановления Т_В и коэффициент готовности К_Г по следующим результатам наблюдений за эксплуатацией трёх объектов

порядковый номер объекта, N	наработка, ti, лет	количество отказов, ni	суммарное время ремонтов τi, дней
1
2
3

5. Частота отказов котла составляет ώ= 1/год, а время восстановления Т_В = ч. Определить наработку на отказ Т_О и коэффициент готовности К_Г котла.

6.Определить коэффициент готовности энергоблока, если частоты отказов и время восстановления котла, турбины и электрогенератора составляют: ; ; ;

Т_В1=; Т_В2=; Т_В3=

7Определить математическое ожидание отказа, если испытания партии из 100 машин в течение года дали следующие результаты:

Число машин, ni
Количество отказов, xi
Вероятность отказа, pi

8. Технологическая система содержит 4 элемента с вероятностью отказа: q₁=; q₂ =;q₃ =; q₄ =. Определить вероятность наступления отказа системы, если она имеет структурное резервирование следующего вида:

9

10

11

12. Определить вероятности наступления отказов и их графический вид для следующих данных наблюдений в объёме n =

Интервалы вре- мени, дней ∆I	Количество отказов в интервале, ni	Статистичес-кая вероятно., ni / n	Эмпирическая вероятность, ni / (n ∙ ∆I)	Накопленная вероятность, ∑ ni / n

13. Определить частоту ω и интенсивность отказов λ котла, если наработка его на отказ составляет Т_о=.

Дата добавления: 2015-04-30