Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий ФГБВОУ ВО АКАДЕМИЯ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ Кафедра устойчивости экономики и систем жизнеобеспечения Курсовая работа по дисциплине: “Надёжность технических систем и техногенный риск”. Вариант № 1 Тема 2В: Анализ надёжности и риска сложной технической системы компрессорной станции, t экспл. = 7 лет, Rзад(t) = 0,979 Метод диагностирования – последовательный (время-вероятность) Выполнил: курсант 241 уч. гр. к-т Мамаев М.А. Проверил: преподаватель Шаповалова Г.Н. Химки – 2018 год 1 Содержание Введение………………………………………………………………………….3 I. Теоретическая часть 1.1 Основные задачи теории надёжности, технического диагностирования и анализа риска…………………………………….4 1.2 Принципы расчёта структурной схемы………………………………....6 1.3 Расчёт показателей диагностической модели………………………….10 1.4 Этапы анализа риска. Особенность построения «дерева событий» и «дерева отказов»………………………………………………………….13 II. Расчётная часть 2.1 Определение вероятности безотказной работы системы [RС(t)]……..21 2.2 Определение средней наработки до отказа системыТ0……………….23 2.3 Повышение надёжности до заданного значения [Rзад(t)]……………..24 2.4 Составление диагностической модели………...……………………….24 III. Анализ риска 3.1 Планирование и организация работ (постановка задач на построение деревьев).................................................................................................................27 3.2 Идентификация опасностей на рассматриваемом объекте…………...28 3.3 Построение «дерева событий»……………………………………….....28 3.4 Построение «дерева отказов»…………………………………………...30 3.5 Выводы по проделанному этапу………………………………………...31 Заключение…………………………………………………………………….....32 Список используемой литературы……………………………………………...33 2 Введение ГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ (а. gasindustry; н. Gasindustrie; ф. industrie du gaz; и. industrie del gas) — отрасль топливно-энергетического комплекса, включающая разведку, разработку и эксплуатацию месторождений природного газа, его комплексную переработку, подземное хранение, транспортирование по магистральным трубопроводам, а также поставку различным отраслям промышленности и коммунально-бытовому хозяйству для использования в качестве источника энергии и химического сырья. Природные горючие газы из естественных источников (например, "вечные огни" в Дагестане, Казахстане, Азербайджане, Иране и др.) использовались человеком с незапамятных времён. Зарождение газовой промышленности относится к концу 18 — началу 19 веков, когда искусственный горючий газ, получаемый сухой перегонкой каменного угля, начали применять для освещения улиц городов в Великобритании, Франции, Бельгии и др. К середине 19 в. относят использование природного газа как технологического топлива (например, на базе месторождения Дагестанские Огни было организовано стекольное производство). В дореволюционной России не существовало газовой промышленности в современном ее понимании. На промыслах Баку и Грозного вместе с нефтью в незначительных объёмах добывался нефтяной газ, который частично использовался для местных нужд, однако его основное количество выпускалось в атмосферу или сжигалось в факелах. Месторождения природного газа были неизвестны. По объёмам производства и применения газа дореволюционная Россия резко отставала от стран Западной Европы. Кроме газопроводов, транспорт газа в стране осуществляется водным путём специальными танкерами — метановозами-газовозами. Для обеспечения надёжности снабжения газом, а также покрытия сезонных и суточных пиков газопотребления в CCCP создана сеть газовых хранилищ (основной тип — подземные). 3 I. Теоретическая часть 1.1 Основные задачи теории надёжности, технического диагностирования и анализа риска. Теория надежности - научная дисциплина, которая изучает закономерности сохранения во времени техническими системами свойства выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов и транспортирования. Основные задачи, которые изучает теория надежности, следующие: • Отказы технических элементов (средств, систем); • Критерии и количественные характеристики надежности; • Методы анализа и повышения надежности элементов и систем на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации; • Методы испытания технических средств на надежность; • Методы оценки эффективности повышения надежности. Обеспечение надежности является серьезной задачей дляспециалиста, эксплуатирующего сложные технические системы, отказ которых может привести к авариям и чрезвычайным происшествиям. Во-первых, он должен рассмотреть последствия каждого отказа. Неучтенные отказы могут стать впоследствии причиной невыполнения производственной программы. Вовторых, частые отказы или длительные периоды неисправного состояния могут привести к полной потере работоспособности системы и ее непригодности к последующей эксплуатации. Третий аспект надежности связан с безопасностью для людей и окружающей среды. Очевидно, без знания основных вопросов математической теории надежности невозможно реализовать наилучшие условия проектирования технических систем и решить задачи безопасности при эксплуатации. 4 Техническая диагностика (ТД) - отрасль знаний, исследующая технические состояния (ТС) объектов диагностирования и проявления ТС, разрабатывающая методы их определения, а также принципы построения и организацию использования систем диагностирования. Объект технического диагностирования (ОД)- изделие или его со ставные части, ТС которых подлежит определению. Техническое диагностирование – процесс определения технического состояния с определённой точностью. Здесь под точностью понимают требуемую детализацию в определении места и состава неисправностей. Эта детализация называется глубиной поиска или глубиной диагноза, является характеристикой поиска. Она задаётся указанием составной части объекта диагностирования (ОД) или его участка, с точностью до которого определяется место неисправности (отказа). Глубина поиска неисправностей задаётся, как правило, в виде конструктивно законченного элемента, который называют функциональным элементом (ФЭ). Риск – неотъемлемый компонент жизнедеятельности человека, присущий ей с самого рождения цивилизации. Статистика чрезвычайных ситуаций в Российской Федерации свидетельствует об увеличении количества и росте тяжести последствий крупных аварий, катастроф и стихийных бедствий. В этой связи решение весьма важной проблемы предупреждения ЧС возможно лишь при наличии надёжного прогноза (оценки) природных и техногенных рисков, что предполагает наличие соответствующего методического аппарата. К настоящему времени сложились основы самостоятельного научного направления – теории анализа риска, в рамках которого разработаны методы анализа риска крупных производственных аварий, стихийных бедствий и катастроф. 5 Анализ риска, или риск-анализ (riskanalysis), — процесс идентификации опасностей и оценки риска для отдельных лиц, групп населения, объектов, окружающей природной среды и других объектов рассмотрения. Задачи анализа риска: Во-первых, общей является задача определения допустимого уровня риска, стандартов безопасности обслуживающего персонала, населения и защиты окружающей природной среды. Во-вторых, как определение допустимого уровня риска происходит, правило, в условиях недостаточной или непроверенной информации, особенно когда это касается новых технологических процессов или новой техники. В-третьих, в ходе анализа в значительной мере приходится решать вероятностные задачи, что может привести к существенным расхождениям в получаемых результатах. В-четвертых, анализ риска нужно рассматривать как процесс решения многокритериальных задач, которые могут возникнуть как компромисс между сторонами, заинтересованными в определенных результатах анализа. Анализ риска может быть определен как процесс решения сложной задачи, требующий рассмотрения широкого круга вопросов и проведения комплексного исследования и оценки технических, экономических, управленческих, социальных, а в ряде случаев и политических факторов. 1.2 Принципы расчёта структурной схемы. Под структурной схемой понимается наглядное представление (графическое или в виде логических выражений) условий, при которых работает или не работает исследуемый объект (система, устройство и т.д.). 6 Простейшей формой структурной схемы является параллельно- последовательная структура. На ней параллельно соединяются элементы, совместный отказ которых приводит к отказу объекта. В последовательную цепочку соединяются такие элементы, отказ любого из которых приводит к отказу объекта. Параллельно-последовательная структура надежности сложного изделия дает представление о связи между надежностью изделия и надежности его элемента. Расчет надежности ведется последовательно – начиная от элементарных узлов структуры к ее все более сложным узлам. Расчет надежности сводится к расчету отдельных участков схемы, состоящих из параллельно и последовательно соединенных элементов. Система с последовательным соединением элементов. В такой системе отказ любого элемента равносилен отказу системы в целом. 1 2 3 4 5 N Пусть в качестве показателя безотказности для каждого элемента задана вероятность безотказной работы Ri(t), i = 1, N . Вероятность безотказной работы системы за время t есть R(t) = р(τ >t), то есть вероятность того, что вся система проработает время τ >t. Это условие эквивалентно тому, что каждый элемент из N элементов проработает безотказно τi>t, что можно представить как вероятность совместного события: 7 P (τ >t) = P(τ1>t, τ2>t,…, τ3>t. Так как отказы каждого из элементов возникают независимо друг от друга, то совместная вероятность независимых событий есть произведение вероятностей этих событий. Поэтому N R(t ) Ri (t ). i 1 При практических расчётах наиболее часто в качестве показателя безотказности используют λ – характеристики. Тогда t N R(t ) e i ( ) d e 0 t N i ( ) d i 1 0 i 1 В частном случае, характерном для периода нормальной эксплуатации, λ i(t)=λi, i = 1, N , откуда N R (t ) e i t e N i t i 1 e t i 1 где N i - интенсивность отказа всей системы. i 1 Функция распределения времени безотказной работы системы при последовательном соединении элементов остаётся экспоненциальной, если для каждого элемента эта функция также была экспоненциальной. Для среднего времени безотказной работы имеем: T 0 R(t )dt e 0 0 N i t i 1 dt 1 , N i i 1 8 что даёт простую схему вычислений этой характеристики для системы по известным значениям интенсивностей отказов для составления её элементов. Система с параллельным соединением элементов. Элементы в системе по надёжности соединены параллельно, если отказ системы наступает при отказе всех составляющих её элементов. Схема соединения в этом случае имеет вид: 1 2 . N Пусть в качестве показателя безотказности для каждого элемента задана вероятность безотказной работы Ri(t), i = 1, N . Тогда вероятность отказа i-го элемента Qi (t ) 1 Ri (t ). Вероятность отказа системы N Qc (t ) Qi (t ), i 1 а вероятность безотказной работы системы N N i 1 i 1 R(t ) 1 Qc (t ) 1 Qi (t ) 1 1 Ri (t ). Тогда для нормального периода эксплуатации 9 N R(t ) 1 1 e it . i 1 В частном случае, если λi=λ, имеем R(t ) 1 1 e t N , откуда видно, что при параллельном соединении элементов по надёжности функция распределения времени безотказной работы системы не является экспоненциальной даже при условии, что для каждого элемента эта функция была экспоненциальной. Для среднего времени безотказной работы системы имеем 0 0 T0 R(t )dt 1 1 e t N dt 1 1 12 13 ..... N1 . 1.3 Расчёт показателей диагностической модели. Эффективное решение задач технического диагностирования сложных объектов может быть получено только в результате анализа множества состояний, в которых объекты находятся в период эксплуатации. Формирование этого множества и применение теоретических методов его анализа основываются на исследовании диагностических моделей объектов РЭО. Диагностическая модель (ДМ) – это формализованное описание объектов диагностирования, адекватно отображающее структуру, процесс смены технических состояний и обеспечивающее возможность определение ТС с требуемой глубиной. Типовые показатели: - продолжительность процесса поиска, n – число проверок для обнаружения неисправностей, 10 с – затраты на выявление неисправностей. Продолжительность процесса поиска является одним из наиболее потребительских показателей, и широко используются при оценке влияния процесса восстановления на показатели готовности технических систем, в частности, на величину простоя. Число проверок характеризует в основном структурную сложность процесса поиска при независимых проверках отдельных компонентов и служит вспомогательной информацией для расчёта продолжительности процесса поиска. Стоимость (полные затраты) на выявление неисправности используется при анализе экономических показателей как собственно проверок, так и их доли в общих затратах на создание и эксплуатацию средств диагностирования. Рассмотрим алгоритмы одиночных проверок последовательного типа. 1 2 n Поставим каждому функциональному элементу (ФЭ) среднее время проверки его работоспособности τj, j 1, N и априорную вероятность отказа βj. Вариант алгоритма поиска неработоспособного ФЭ состоит в том, что ФЭ проверяется в порядке возрастания их номеров. Для определения n воспользуемся формулой N 1 N i 1 i 1 n 11 2 2 .... ( N 1) N 1 N i i ( N 1) N i i N . При средней продолжительности проверки j-го ФЭ τjсредняя продолжительность процесса диагностирования при отказах i-го элемента равна 11 i i j . j 1 Тогда среднее время поиска соответствует математическому ожиданию в рассматриваемом случайном процессе: N 1 i N 1 i 1 j 1 j 1 1 1 2 ( 1 2 ) .... ( N 1 N )( 1 ... N 1 ) i j N j N i i 1 i j 1 j N N . Значение средней стоимости на поиск неисправности по этой же формуле, в которой вместо времени j необходимо подставить соответствующие значения затрат. Значение показателей n, зависят от последовательности проверок. Метод «время – вероятность» Последовательность проверок выбирается из условия i i 1 . i i 1 При схеме поиска методом «время – вероятность» получаем сокращение среднего времени поиска, но при этом возрастает среднее число проверок. 1.4. Этапы анализа риска. Особенность построения «дерева событий» и «дерева отказов». При разработке проблем риска и обеспечении безопасности технических систем самое пристальное внимание уделяется системному подходу к учету и изучению разнообразных факторов, влияющих на показатели риска, именуемому анализом риска. 12 Анализ риска – во многом субъективный процесс, в ходе которого учитываются не только количественные показатели, но и показатели, не поддающиеся формализации, такие как позиции и мнения различных общественных группировок, возможность компромиссных решений и т.д. Многообразие видов производственной деятельности, специфика промышленных объектов, их принадлежность к самым различным отраслям отражает многоаспектность проблемы анализа риска. Особенность анализа риска заключается в том, что в ходе его рассматриваются потенциально негативные последствия, которые могут возникнуть в результате отказа в работе технических систем, сбоев в технологических процессах или ошибок со стороны обслуживающего персонала. Разумеется, что можно рассматривать и негативные воздействия на людей, и окружающую природную среду при безаварийном функционировании производства (за счет выбросов или утечки вредных или опасных веществ, неочищенных стоков и т. д.). Результаты анализа риска имеют существенное значение для принятия обоснованных и рациональных решений при определении места размещения и проектировании производственных объектов, при транспортировании и хранении опасных веществ и материалов. В процессе анализа риска находят широкое применение формализованные процедуры и учет разнообразных ситуаций, с которыми может столкнуться управляющий персонал в процессе своей деятельности, особенно при возникновении чрезвычайной обстановки. Неопределенность, в условиях которой во многих случаях должны приниматься управленческие решения, накладывает отпечаток на методику, ход и конечные результаты анализа риска. Методы, используемые в процессе анализа, должны быть ориентированы, прежде всего, на выявление и оценку возможных потерь в случае аварии, стоимости 13 обеспечения безопасности и преимуществ, получаемых при реализации того или иного проекта. Анализ риска может быть представлен как ряд последовательных событий (этапы анализа риска): 1.Планирование и организация работ. 2.Идентификация опасностей. • Выявление опасностей. • Предварительная оценка характеристик опасностей. 3.Оценка риска. • Анализ частоты. • Анализ последствий. • Анализ неопределенностей. 4.Разработка рекомендаций по управлению риском. Планирование и организация работ. Анализ риска проводится в соответствии с требованиями нормативно-правовых актов для того, чтобы обеспечить вход в процесс управления риском, однако более точный выбор задач, средств и методов анализа риска обычно не регламентируется. В документах подчеркивается, что анализ опасности должен соответствовать сложности рассматриваемых процессов, наличию необходимых данных и квалификации специалистов, проводящих анализ. При этом более простые и понятные методы анализа следует предпочесть более сложным методам, не до конца ясным и методически необеспеченным. Поэтому на первом этапе необходимо: - указать причины и проблемы, вызвавшие необходимость проведения риск анализа; - определить анализируемую систему и дать ее описание; 14 - установить источники информации о безопасности системы; - подобрать соответствующую команду для проведения анализа; - указать исходные данные и ограничения, обуславливающие пределы риск – анализа; - четко определять цели риск-анализа и критерии приемлемого риска. Во всех нормативах содержится требование документального оформления этого этапа анализа риска. Идентификация опасностей. Основная задача - выявление (на основе информации о данном объекте, результатов экспертизы и опыта работы подобных систем) и четкое описание всех присущих системе опасностей. Это ответственный этап анализа, так как не выявленные на этом этапе опасности не подвергаются дальнейшему рассмотрению и исчезают из поля зрения. Существует целый ряд формальных методов выявление Здесь приводится предварительная оценка опасностей опасностей. с целью выбора дальнейшего направления деятельности: • Прекратить дальнейший анализ в виду незначительности опасностей; • Провести более детальный анализ риска; • Выработать рекомендации по уменьшению опасностей. Исходные данные и результаты предварительной оценки опасностей также должным образом документируются. В принципе, процесс риск-анализа может закончиться уже на этапе идентификации опасностей. При необходимости после идентификации опасностей переходят к этапу оценки риска. 15 Оценка риска – процесс, используемый для определения степени риска анализируемой опасности для здоровья человека, имущества или окружающей среды. На этом этапе выявленные опасности должны быть оценены с точки зрения их соответствия критериям приемлемого риска. При этом как критерии приемлемого риска, так и соответственно результаты оценки риска могут быть выражены как количественно (в виде текста, таблиц), так и количественно путём расчёта показателей риска. Для анализа и оценки частоты обычно используются следующие подходы: Использование статистических данных по аварийности и надёжности технологической системы, соответствующих типу объекта или виду деятельности; • Использование логических методов анализа «деревьев событий» или «деревьев отказов»; • Экспертная оценка путём учёта мнения специалистов в данной области. Анализ последствий включает оценку воздействий на людей, имущество или окружающую среду. Для прогнозирования последствий необходимо оценить физические эффекты нежелательных событий. В связи с этим необходимо использовать модели аварийных процессов и критерии поражения изучаемых объектов воздействия, понимать их ограничения. На этапе оценки риска необходимо проанализировать неопределённость и точность результатов. Чтобы правильно интерпретировать результаты оценки риска, необходимо понимать неопределённости и их причины. Анализ неопределённостей – это перевод неопределённости исходных параметров и их предложений, результатов. используемых При при необходимости, оценке на риска, в неопределённость заключительном этапе оценки определяется степень риска всего объекта путём анализа и обобщения показателей риска выявленных событий. 16 Разработка рекомендаций по уменьшению уровня риска (управлению риском). Рекомендации могут признать существующий риск приемлемым или указать меры по уменьшению риска. Во всех случаях, где это возможно. Меры уменьшения вероятности аварии должны иметь приоритет над мерами уменьшения последствий аварий. Это означает, что выбор технических и организационных мер для уменьшения опасности имеет следующие приоритеты: 1. меры уменьшения вероятности возникновения аварийной ситуации, включающие: • меры уменьшения вероятности возникновения неполадки (отказа); • меры уменьшения вероятности перерастания неполадки в аварийную ситуацию; 2. меры уменьшения тяжести последствий аварий, которые, в свою очередь, имеют следующие приоритеты: • меры, предусматриваемые при проектировании опасного объекта; • меры, относящиеся к системам противоаварийной защиты и контроля; • меры, касающиеся организации, оснащённости и боеготовности противоаварийных служб. Множественность результатов анализа и возможность компромиссных решений дают основание считать, что анализ риска не является строго научным процессом, поддающимся проверке объективными, научными методами. Особенность построения «дерева отказов» (ДО) Тщательному анализу причин отказов и выработке мероприятий, наиболее эффективных для их устранения, способствует построению «дерева отказов» и 17 неработоспособных состояний. Такой анализ проводят для каждого периода функционирования, каждой части или системы в целом. «Дерево отказов» (аварий, происшествий, последствий, нежелательных событий, несчастных случаев и др.) лежит в основе логико-вероятностной модели причинно-следственных связей отказов системы с отказами ее элементов и другими событиями (воздействиями); при анализе возникновения отказа состоит из последовательностей и комбинаций нарушении и неисправностей, и таким образом оно представляет собой многоуровневую графологическую структуру причинных взаимосвязей, полученных и результате прослеживания опасных ситуаций в обратном порядке, для того чтобы отыскать возможные причины их возникновения. Ценность дерева отказов заключается в следующем: -анализ ориентируется на нахождение отказов; -позволяет показать в явном виде ненадежные места; -обеспечивается графикой и представляет наглядный материал для той части работников, которые принимают участие в обслуживании системы; -дает возможность выполнять качественный или количественный анализ надежности системы; -метод позволяет специалистам поочередно сосредотачиваться на отдельных конкретных отказах системы; -обеспечивает глубокое представление о поведении системы и проникновение в процесс его работы; -являются средством общения специалистов, поскольку они представлены в четкой наглядной форме; -помогает дедуктивно выявлять отказы; 18 -дает конструкторам, пользователям и руководителям возможность наглядного обоснования конструктивных изменений или установления степени соответствия конструкции системы заданным требованиям и анализа компромиссных решений; -облегчает анализ надежности сложных систем. Главное преимущество «дерева отказов» (по сравнению с другими методами) заключается в том, что анализ ограничивается выявлением только техэлементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы или аварии. Недостатки дерева отказов, состоят в следующем: -реализация метода требует значительных затрат средств и времени; -ДО представляет собой схему булевой логики, на которой показывают только два состояния: рабочее и отказавшее; -трудно учесть, состояние частичного отказа элементов, поскольку при использовании метода, как правило, считают, что система находится либо в исправном состоянии, либо в состоянии отказа; - трудности в общем случае аналитического решения для деревьев, содержащие резервные узлы и восстанавливаемые узлы с приоритетами, не говоря уже о тех значительных усилиях, которые требуются для охвата всех видов множественных отказов; - требуют от специалистов по надежности глубокого понимания системы и конкретного рассмотрения каждый раз только одного определенного отказа; -«дерево отказов» описывает систему в определенный момент времени (обычно в установившемся режиме), и последовательности событий могут быть показаны с большим трудом, иногда это оказывается невозможным. 19 Особенность построения дерева событий «Дерево событий» (ДС) - алгоритм рассмотрения событий, исходящих от основного события (аварийной ситуации). «Дерево событий» используется для определения и анализа последовательности (вариантов) развития аварии, включающей сложные взаимодействия между техническими системами обеспечения безопасности. Вероятность каждого сценария развития аварийной ситуации рассчитывается путем умножения вероятности основного события на вероятность конечного события. При его построении используется прямая логика. Все значения Р очень малы. Дерево не дает численных решений. При построении дерева событий выполняется правило: верхняя ветвь соответствует желательному событию («успех»), нижняя - нежелательному («отказ»). 20 II. Расчётная часть 2.1. Определение вероятности безотказной работы системы [RС(t)]. При вычислении вероятности безотказной работы элемента системы используем основной закон надёжности: R(t) = е – λt. С нахождением R(t), определяем вероятность отказа: Элементы схемы Интенсивность Вероятность отказов λ безотказной работыR(t) [1/год] К1 0,00032 0,99776 К2 0,00038 0,99734 К3 0,0004 0,99720 К3б 0,00071 0,99504 К4 0,00023 0,99839 К5 0,00015 0,99895 К7 0,00023 0,99977 К7р 0,00034 0,99762 К6 = К6а 0,00026 0,99818 К6р = К6ра 0,00042 0,99706 К8 = К8а 0,00051 0,99644 Х1 = Х2 0,00049 0,99628 К20 0,0001 0,99930 Вероятность отказа Q(t) 0,00224 0,00266 0,00280 0,00496 0,00161 0,00105 0,00161 0,00238 0,00182 0,00294 0,00356 0,03372 0,0007 τ(мин) 14 40 36 22 15 10 30 20 28 17 33 24 14 Q(t) = 1-R(t). Построение схемы по надежности связано с необходимостью установить, как влияет каждый элемент на конечный результат функционирования системы. Функционирование должно быть безопасным при заданных условиях повышения давления КС. Если состояние системы оказывается неработоспособным, то i элемент включен в схему соединений по надежности последовательно, а если работоспособно, то параллельно. С учетом этого схема 21 соединений по надежности имеет вид (схема 1), где номера элементов совпадают с номерами технологической схемы КС. При оценки безотказности, возможно применить способ, при котором используются формулы параллельного и последовательного соединения элементов. При отказе одного из ГПА перестают работать и остальные, при отказе одного холодильника Х1, второй тоже не работает. Технические требования к работе СТС: объект обеспечивает выполнение заданных требований, если КС работоспособна, когда работоспособна одна из групп ГПА, входящая в КС. То есть КС работоспособна, когда работоспособна хотя бы одна из групп ГПА, входящая в КС. Для работоспособного состояния КС хотя бы один из кранов К20 должен работать. Для подключения и отключения КС имеется К7, их 2 для большей вероятности работоспособности. При отказе К7р, отказывает вся система. Для поддержания нормальной температуры служат Х1 и Х2, для своих групп ГПА, следовательно, при отказе одного из холодильников откажет и соответствующая группа ГПА. Схема 1. К6 1 К20 К7 2 Х1 К8 К6Р К7Р К20 К7 К6а 4 5 Х2 К8а К6ра ГПА: К1 К4 К2 К3 К3б К5 22 Рассчитаем вероятность безотказной работы системы Rс(t). 1) Рассчитаем вероятность безотказной работы ГПА [RГПА(t)]. RГПА(t) = RК1(t) ∙ RК4(t) ∙ RК2(t) ∙ RК3(t) ∙ RК3б(t) ∙ RК5(t) =0,98754 QГПА(t)=1-R=0,01246 ГПА 1, ГПА2, ГПА4, ГПА5 идентичны и будут иметь одинаковые значения. 2)RК20К20(t) =0,99999951 3) RК7К7(t) =0,999999741 4) RК6К6р(t) =0,999999465 5) RК6аК6ра(t) =0,999999465 Теперь схема 1 имеет вид: Схема 2: К6К6Р К20К20 К7К7 1 Х1 2 К8 К7Р К6аК6ра 4 5 Х2 К8а 6) RК6К6р12Х1К8(t)=0,939 7) RК6аК6ра45Х2К8а(t) =0,939 8) RК6К6р12Х1К8К6аК6ра45Х2К8а(t)=0,99628 9) Rс(t)=RК20К20(t)∙RК7К7(t)∙RК7Р(t)∙RК6К6р12Х1К8К6аК6ра45Х2К8а(t)= 0,99548 Вывод: Вероятность безотказной работы системы имеет большое значение, Rс(t) > Rзад(t)=0,99548 > 0,979, поэтому повышать вероятность безотказной работы резервированием не имеет необходимости. 2.2. Определение средней наработки до отказа системы Т0. 23 При определении Т0 используется T0 Rt dt следующая формула: 0 наш интеграл примет вид (0-1) Т0=7,6 года Вывод: из расчёта наработки до отказа видим, что система при данных нагрузках способна проработать без отказа 7,6 года. 2.3. Повышение вероятности безотказной работы до заданного значения [Rзад(t)]. Так как Rс(t) > Rзад(t) то повышение вероятности безотказной работы не имеет необходимости. 2.4Диагностирование. D1 D11 D2 D3 D12 D21 D13 D22 D30 D D4 Элемент системы D5 D14 D15 D32 D25 D33 Q D1 K20 0,0007 D2 K20 0,0007 D3 K7 0,00161 D4 K7 0,00161 D7 D16 D24 D23 D31 D6 D8 D17 D18 D26 D34 D27 D35 D9 D19 D28 D36 β β/τ [10-3] 0,004704 0,336022 0,004704 0,336022 0,01082 0,360663 0,01082 0,360663 D10 D20 D29 D37 № 36 37 34 35 24 D5 K7р 0,00238 D6 К6 0,00182 D7 К6р 0,00294 D8 K3 0,0028 D9 K1 0,00224 D10 K2 0,00266 D11 K3б 0,00496 D12 К4 0,00161 D13 К5 0,00105 D14 K3 0,00280 D15 K1 0,00224 D16 K2 0,00266 D17 K3б 0,00496 D18 К4 0,00161 D19 К5 0,00105 D20 Х1 0,03372 D21 К8 0,00356 D22 К6а 0,00182 D23 К6ра 0,00294 D24 K3 0,00280 D25 K1 0,00224 D26 K2 0,00266 D27 K3б 0,00496 D28 К4 0,00161 D29 К5 0,00105 D30 K3 0,00280 D31 K1 0,00224 D32 K2 0,00266 0,015995 0,799731 0,012231 0,436828 0,019758 1,162239 0,018817 0,5227 0,015054 1,075269 0,017876 0,446909 0,033333 1,515152 0,01082 0,721326 0,007056 0,705645 0,018817 0,5227 0,015054 1,075269 0,017876 0,446909 0,033333 0,925926 0,01082 0,721326 0,007056 0,705645 0,226613 9,442204 0,023925 0,724992 0,012231 0,436828 0,019758 1,162239 0,018817 0,5227 0,015054 1,075269 0,017876 0,446909 0,033333 1,515152 0,01082 0,721326 0,007056 0,705645 0,018817 0,5227 0,015054 1,075269 0,017876 0,446909 25 19 9 21 11 30 1 5 26 22 12 31 2 6 27 15 17 20 10 23 13 32 3 7 28 24 14 33 25 D33 K3б 0,00496 D34 К4 0,00161 D35 К5 0,00105 D36 Х2 0,03372 D37 К8а 0,00356 0,033333 1,515152 0,01082 0,721326 0,007056 0,705645 0,226613 9,442204 0,023925 0,724992 4 8 29 16 18 ∑Q=0,1488 37 ncp i i 37 =15,6=16 проверок i 1 37 i i 1 j 1 ср i j 37 37 =423,41=424 минуты 26 III. Анализ риска 3.1. Планирование и организация работ (постановка задач на построение деревьев) Проведение риск-анализа сложной технической системы - установки для низкотемпературной обработки природного газа, в данной курсовой работе, вызвано тем, что газоперерабатывающие заводы имеют высокую степень пожарной опасности. На основании статистики пожаров и взрывов, произошедших на газоперерабатывающих установках всего мира, можно сделать вывод, что к наиболее тяжелым последствиям приводят аварии, связанные с разрушением сборников, содержащих сжиженные газы, или со взрывами газовых смесей внутри резервуаров при их переполнении, повышении температуры сверхдопустимой, применении несоответствующих материалов и низком качестве изготовления сосудов. Основными причинами аварий являются ошибки и нарушение правил техники безопасности персоналом, неисправность и изношенность оборудования. Причины возникновения аварий на предприятиях нефтегазопереработки: ошибки персонала (30%); Нарушение технологического процесса (25%); отказы средств регулирования и защиты (20%); пропуск через фланцевые соединения (10%); коррозия (5%); механические повреждения (5%); сбои в подаче электроэнергии (5%); В связи с этим, необходим риск-анализ. Его цель - идентификация опасностей и количественная оценка риска с учетом воздействия поражающих факторов аварии на персонал, население, материальные объекты, окружающую природную среду; разработка предложений по совершенствованию работы установки. В курсовой работе приемлем как количественный, так и качественный метод анализа риска. 27 3.2. Идентификация опасностей на рассматриваемом объекте Компрессорная станция является пожаровзрывоопасной и при нарушении эксплуатации это может вызвать негативные последствия, ставящие под угрозу жизнь и здоровье людей. Для того чтобы минимизировать эту угрозу проделаем анализ риска для самых ненадёжных элементов системы, которыми являются байпасный кран (К3б) и обратный кран (К8). При этом будем также учитывать действия оператора и систему защиты системы. Установим пять событий, которые возможны для нашей системы: 1. Взрыв. 2. Пожар. 3. Нормальная эксплуатация. 4. Угроза пожара. 5. Угроза взрыва. 3.3. Построение «дерева событий». RК3б(t) = 0,99504 RК8(t) = 0,99644 RДО(t) = 0,777 RСЗ(t) = 0,954 QК3б(t) = 0,00496 QК8(t) = 0,00356 QДО(t) = 0,223 QСЗ(t) = 0,046 28 Инициирующее событие Байпасный кран (К3б) Обратный кран (К8) Система защиты Действия оператора Нормальная эксплуатация 0,777 P1 = 0,624 0,223 P2 = 2,62*10-1 0,777 0,295 P3 = 0,77*10-1 Угроза Угроза пожара пожара P4 = 0,32*10-1 Угроза пожара 0,954 0,99644 0,046 0,99504 0,223 0,00356 0,777 P5 = 0,32*10-3 Угроза взрыва 0,223 P6 = 0,133*10-3 Угроза Пожар взрыва 0,954 0,777 Потеря давления в системе 0,046 0,223 pин=1 0,777 0,99644 0,954 0,777 0,223 P7 = 0,395*10-4 0,777 0,046 0,223 0,00356 0,777 0,954 0,223 0,046 Угроза взрыва P8 = 0,165*10-4 Угроза взрыва пожара P9 = 0,445*10-3 Угроза пожара взрыва P10 = 0,186*10-3 Угроза взрыва 0,00496 0,11 Угроза пожара P11 = 0,55*10-4 P12 = 0,23*10-4 P13 = 0,23*10-6 P14 = 0,1*10-6 0,777 P15 = 0,3*10-7 0,223 P16 = 0,1*10-7 Угроза взрыва Пожар Взрыв Пожар Взрыв Взрыв Используя дерево событий, рассчитаем: Pнормал.экспл= P1 = 6,24*10-1 Pвзрыва= P13+ P15+ P16= 6,3*10-7 Pпожара= P6+ P12+ P14= 4,63*10-5 Pугрозы взрыва= Р8+P11+ P10+ P9+ P7+ P5= 2,7*10-5 Pугрозы пожара =Р2+Р3+Р4=3,71*10-1 Индивидуальный риск взрыва на КС оставляет что соответствует приемлемому уровню риска ∑Рi=1 29 3.4. Построение «дерева отказов». Взрыв газа Повышение давления ИЛИ Отказ хотя бы одного из кранов, входящих в1 группу ГПА Утечка газа И Нарушение в эксплуатации ИЛИ Отказ хотя бы одного из кранов, входящих во 2 группу ГПА Человеческий фактор Халатное отношение И И Несоблюдение требований безопасности . Отказ кранов К3б Отказ кранов К8 и К8а 3.5. Отказ крана К8 Отказ крана К8а Выводы по проделанному этапу: В результате проделанной работы была разработана схема соединения элементов компрессорной станции с заданными параметрами, а также среднее время наработки на отказ для ГПА. Также была разработана схема поиска 30 неисправностей с помощью последовательного метода (время- вероятность). Проведен анализ (оценка) риска методами составления «дерева событий» и «дерева отказов». Вероятность взрыва, полученная при построении «дерева событий», является количественной характеристикой опасности на КС, а ее качественная сторона была отражена в «дереве отказов». Я считаю, что вероятность наступления ЧС мала и, предпринимать какиелибо мероприятия нет смысла. 31 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В ходе курсовой работы были рассмотрены такие вопросы, как основные задачи теории надёжности, технического диагностирования и анализа риска, принципы расчёта структурной схемы, расчёт показателей диагностической модели, этапы анализа риска. В расчётной части курсовой работы была разработана схема соединения по надёжности элементов КС, оценена вероятность безотказной работы системы на временном интервале t=1 года, она равна Rс(t)=0,99548 и так как Rс(t)>Rзад(t), то повышение вероятности безотказной работы не имеет необходимости. Определена средняя наработка до отказа системы Т0=7,6 лет. Разработана диагностическая модель неисправностей последовательного метода (времявероятность). Проведен анализ риска, были построены «дерево событий» и «дерево отказов». 32 Список использованной литературы: 1. Коновко А.В., Шаповалова Г.Н. «Учебно-методические рекомендации для выполнения курсовой работы по дисциплине: Надёжность технических систем и техногенный риск», Новогорск, 2001. 33
