Тема 4. Прогнозирование долговечности и эксплуатационной надёжности нефтезаводского оборудования

Обеспечение надёжности нефтезаводского оборудования зависит от решения комплекса научных, технических, экономических и орга­низационных задач на всех этапах – проектировании, изготовлении и эксплуатации. На этапе проектирования основной задачей является обоснование нормативных показателей надёжности. Затем эти требо­вания являются контролируемыми на стадии изготовления и эксплуа­тации. На следующем этапе необходимо разработать математическую модель надёжности. Решение задач инженерного проектирования и обеспечения надёжности требует компромиссного выбора одного из нескольких задаваемых уровней. Поэтому на окончательном этапе проектирования необходимо решить задачу оптимизации.

Этим вопросам и будет посвящена настоящая глава.

4.1. Принципы выбора и обоснования показателей надёжности.

В начале изучения курса были проведены основные показатели, которые могут быть использованы для определения надёжности изде­лия. Естественно, что не все они используются для оценки надёжно­сти одного какого – либо изделия. Поэтому первым этапом при про­ектировании является установление номенклатуры показателей и обоснование их нормативных значений.

Рациональная номенклатура показателей должна:

A) быть достаточной для того, чтобы наиболее полно характери­зовать технические, технологические, эксплуатационные и экономи­ческие особенности продукции;

Б) быть минимальной, чтобы не ограничивать возможности сис­тематического совершенствования продукции;

B) сохраняться неизменной в течении возможно длительного промежутка времени;

Г) не включать взаимозаменяемые или взаимозависимые показа­тели;

Д) позволять устанавливать требования к надёжности входящих в изделие составных частей.

В настоящее время имеются методические указания по методике выбора номенклатуры нормируемых показателей надёжности техни­ческих устройств, изданных комитетом стандартов, мер и измери­тельных приборов при Совете Министров СССР (МУ – 69) наиболее полно эта методика отображает выбор показателей, которые в про­цессе эксплуатации могут находится только в двух состояниях - работоспособном и неработоспособном, причём критерии перехода из одного состояния в другое для таких устройств точно определены. Выбранные показатели вносятся в соответствующую нормативно – техническую документацию (ТУ, стандарты и др.), и после этого изделие в полном мере должно соответствовать всем внесённым пока­зателям.

При выборе номенклатуры нормируемых показателей надёжно­сти все изделия подразделяются натри класса:

1) по факторам конструктивного решения;

2) по фактору характера и режима использования по назначению;

3) по фактору последствия отказа.

Каждый из указанных классов подразделяется на подклассы, ко­торым присваивается шифр (далее номер шифра подкласса и групп указан в скобах).

1) по фактору конструктивного решения (в качестве признака де­ление на подклассы принята ремонтопригодность) показатели надёжности подразделяются на подклассы: неремонтируемые (1) и ремонтируемые.

2) второй класс, характер и режим использования по назначению, по признаку ограничения эксплуатации подразделяется на:

1. неремонтируемые изделия: а) до первого отказа (1); б) до от­каза или до достижения предельного состояния (2); в) до отказа или до окончания выполнения требуемых функций (3).

4. ремонтируемые изделия: а) до первого отказа (1); б) до отказа или до достижения предельного состояния (2); в) до отказа или до окончания выполнения требуемых функций (3); г) до достижения предельного состояния (4); д) до предельного состояния в "режиме охлаждения" или до отказа, или окончания выполнения требуемых функций в "режиме работы" (5).

Каждый подкласс этого класса по временному режиму использо­вания подразделяется на группы: а) непрерывный (1); б) циклический регулярный (2); в) циклический нерегулярный (3).

Рисунок 4.1. – Схема классификаций изделий по надёжности.

Классификация изделий по этой системе кодируется в виде четырёхзначного числа. Изделие в этой классификации рассматривается с точки зрения факторов ремонтопригодности (первая цифра шифра словами), ограничений длительности эксплуатации (вторая цифра шифра), режима использования изделий во времени (третья цифра шифра) и значения последствий отказа (четвертая цифра шифра).

Классификация представлена в таблице 4.1 – 4.3 и рис.4.1.

Таблица 4.1

Классификация изделий по надежности

а) Деление изделий по ремонтопригодности (1 цифра шифра)
1.неремонтируемые	2.ремонтируемые
б) Деление изделий по ограничению длительной эксплуатации (2 цифра шифра)
1. до отказа 2. до отказа или предельного со­стояния 3. до отказа или окончания выпол­нения заданных функций	1. до первого отказа 2. до первого отказа или до пре­дельного состояния 3. до первого отказа или отказа выполнения заданных функций 4. до предельного состояния 5. или до предельного состояния в "режиме ожидания"; или до от­каза, или до окончания выполне­ния требуемых функций в "режи­ме работы" если начало "режима работы" произошло в произволь­ный момент
в) Деление по режиму использования объекта во времени (3 цифра шифра)
1.непрерывный режим 2.циклический регулярный режим 3.циклический нерегулярный режим
г) деление по значению последствий отказа (4 цифра шифра)
Неремонтируемые изделия	Ремонтируемые изделия
1.отказ влечёт серьёзных последствий, кроме ремонтных затрат 2.отказ влечёт серьёзные последствия из-за невыполнения требуемых функций в заданном объёме	1.отказ влечёт серьёзных последствий, кроме ремонтных затрат 2.отказ влечёт серьёзные последствия из-за невыполнения требуемых функций в заданном объёме 3.отказ влечёт потери из-за про­стоев в рабочее время 4.отказ влечёт потери из-за про­стоя и расходов на ремонт 5.отказ влечёт невыполнение за­данных функций при произвольном моменте "режима работы"

Данная классификация требует ясных границ рассматриваемого объекта

(деталь, единица оборудования, технологическая линия, цех или целое предприятие). Далее, необходимо установить для данного объекта понятие предельного состояния, т.е. состояния, когда его дальнейшая эксплуатация становится невозможной или нецелесооб­разной из-за малой эффективности, нарушение условий охраны труда, нецелесообразности дальнейшего ремонта, резкого повышения чис­ла отказов, из-за морального старения. Заметим здесь, что ремонти­руемые изделия, классифицируемые по таблице 4.1. по ограничению длительности эксплуатации в подклассах 1,2,3 (вторая цифра шифра) находится в таких условиях, что их ремонт невозможен (т.е. это невосстанавливаемые изделия). Например, ремонт спутника на орбите невозможен.

Для изделий подкласса 5 считается, что ремонт возможен только в том состоянии, если объект находится в состоянии "ожидания", а если изделие находится в "режиме работы", то ремонт невозможен.

Определим шифр классификации по надёжности для колонны синтеза высокого давления, например аммиака, работающей в не­прерывном режиме. Согласно таблице первой цифрой шифра будет двойка, ибо колонна ремонтируемая и восстанавливаемая. Колонна будет нормально эксплуатироваться до отказа, значит второй цифрой шифра будет 1. Третьей цифрой шифра будет 1, так как колонна ра­ботает в непрерывном режиме. По таблице находим, что последстви­ем отказа будут потери из-за простоя и расходов на ремонт, чему со­ответствует цифра 4. Таким образом, колонна синтеза классифициру­ется по надёжности 2114.

Определим шифр классификации по надёжности для поршневого кольца воздушного компрессора общего назначения малой мощности.

Это изделие неремонтируемое – 1, эксплуатируется до отказа или предельного состояния – 2, может работать в непрерывном режиме – 1, циклически регулярном – 2 или нерегулярном режимах – 3. Факт отказа кольца явление неприятное, но не может вызвать каких - либо опасных и чрезвычайных последствий – 1. Таким образом, в данном случае шифрами классификации могут быть 1211,1221, 1231. Однако если этот же компрессор предназначен для снабжения воздухом системы, обеспечивающей дыхание людей, то шифр его в качестве последней цифры будет содержать цифру

– 2 – опасные последствия отказа.

На основании шифра классификации изделий по надёжности предложена таблица выбора нормируемых показателей надёжности (таблица 4.2)

Таблица 4.2. - выбор нормируемых показателей надёжности.

Шифр изделия	Показатели надёжно­сти
		Тср
		Тср^* Т(или Ти Тсл)
		P(t)   Т(или Ти Тсл)
		или Тср   Т(или Ти Тсл)
		Кти, Т(или Ти Тсл)
		Кг, Т(или Ти Тсл)
		Кг, (или Т), Т(или Ти Тсл)
		Ког, Т(или Ти Тсл)
		P(t)

Приведём пример пользования таблицей.

Определить показатель надёжности запорной арматуры (за­движки).

Задвижка – изделие ремонтируемое (2 подкласс 1 класса), экс­плуатируется до достижения предельного состояния (2 подкласс 2 класса), с циклически нерегулярным режимом использования (3 под­группа 2 класса), доминирующим фактором является невыполнения изделием заданных ему функций (2 подкласс 3 класса). Из таблицы 7 следует, что шифру изделия 2232 должны быть показатели надёж­ности P(t) (или Ти Т_сл).

Условное обозначение показателей надёжности: Т_ср – средняя наработка на отказ; Т_ср^* – условная средняя наработка до первого от­каза; P(t) – вероятность безотказной работы за время t; Т– ресурс (вопрос о том, какой ресурс выбирается в качестве показателя – гамма – процентный, средний назначенный и т.п. – решается при нормиро­вании показателя надёжности); Т_сл – срок службы; – среднее значе­ние параметра потока отказов за ресурс; К_г - коэффициент готовности; К_ог = К_г P(t) – коэффициент оперативной готовности.

Практика показывает, что при выборе показателя надёжности по "шифру" изделия, довольно часто происходят ошибки. Поэтому, полученный результат следует более глубоко проанализировать. Так, например, в "шифре" не учтены условия эксплуатации безопасности или экономические факторы, поэтому надо дополнить полученные показатели исходя из более конкретных условий эксплуатации. На этом вопросе более подробно остановимся при рассмотрении сложных систем.

После выбора показателей надёжности проектируемых объектов необходимо задать значения этих показателей. При этом необходимо учитывать возможности производства и экономические соображения.

В первую очередь находят нормы надёжности, соответствующие воз­можностям производства, а затем производится уточнение этих норм и выбор мероприятий по повышению надёжности, выгодных с точки зрения экономики.

При разработке нормативов должно учитываться одно или не­сколько из следующих основных требований:

А) плановые задания по повышению эффективности;

Б) сложившаяся тенденция изменения показателей во времени;

В) требования нормативно – технической документации (ГОС­Тов, техники безопасности, сроков амортизации и др.).

Дополнительно должны учитываться: реалистичность, дости­жимость, точность и недвусмысленность безотказной работы P(t) с оценкой ресурса Т_р, в течение которого она регламентируется, а для высоконадёжных систем у которых P(t)1, определяется запас на­дёжности К_н. Как было показано выше, значения P(t) и Т_р взаимосвя­заны. Поэтому нормирование для P(t) должно быть согласовано со структурой и периодичностью ремонтных работ, и технического обслуживания, а допустимая вероятность безотказной работы является мерой опасности последствий отказа. В настоящее время в различ­ных отраслях промышленности разрабатываются классификаторы по допустимой вероятности отказа.

Профессор Проников А.С. приводит такую классификацию на­дёжности:

В зависимости P(t) все изделия делятся на 6 классов надёжности:

Таблица 4.3 – Классы надёжности

Класс надежности
Допустимое значение P(t)	<0,9	0,9	0,99	0,999	0,9999

В нулевой класс входят малоответственные изделия, отказ кото­рых остаётся практически без последствий. Для них хорошим показа­телем надёжности может быть средний срок службы, наработка на отказ или параметр потока отказов.

Классы 1-4 характеризуются повышенными требованиями к без­отказной работе, а последний - высоконадёжное изделие, отказ ко­торого в заданный период недопустим.

Следует отметить, что, во-первых, данная вероятность задана для определенного периода эксплуатации Т_р и, во-вторых режимы ра­боты и условия эксплуатации изделия должны быть строго регламен­тированы.

Дата добавления: 2014-01-07