Работоспособность химико-технологических систем icon

Работоспособность химико-технологических систем



Смотрите также:
Программа учебной дисциплины «системный анализ химико-технологических систем и расчета аппаратов...
Рабочая программа дисциплины общая химическая технология для специальности 240502 «Технология...
Рабочая учебная программа дисциплины Моделирование химико-технологических процессов Направление...
Решение двухэтапной задачи стохастической оптимизации при проектировании комбинированной...
Программа учебной дисциплины «процессы и аппараты химической технологии» Направление подготовки...
Конспект лекций по дисциплине «Коллоидная химия» для студентов химико-технологических...
Конспект лекций по дисциплине «Коллоидная химия» для студентов химико-технологических...
Конспект лекций по дисциплине «Коллоидная химия» для студентов химико-технологических...
Задачи анализа, синтеза и оптимизации хтс 45...
Курс I группа 517 Дисциплина: информатика. Курсовая работа...
Рабочая программа дисциплины «Математические модели технологических процессов» для специальности...
Итоги деятельности Отделения химико-технологических наук за 2008 2010 гг. Уфа 2011...



скачать
Работоспособность химико-технологических систем.
источник

(Расширенная аннотация доклада на научно-технической

конференции в г. Тамбове, 2002 г.)


Н.Н. Прохоренко. Москва.


Введение. Качество продукции химического машиностроения и технологических систем, созданных из оборудования согласно технологической схеме, является основным, если не единственным, показателем разработки и создания. В понятии «качество» императивную роль играет надежность объекта (надежностью называется работоспособность объекта во времени). А работоспособность - это состояние объекта, при котором значения всех ПАРАМЕТРОВ, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и/или конструкторской документации. (ГОСТ 27. 002-83, Надежность в технике. Термины и определения.)Получилась схема:

Качествонадежностьработоспособность,

в которой, согласно авторитету ГОСТа, ключевым понятием являются ПАРАМЕТРЫ состояния оборудования и технологического потока в химической установке. Следовательно, сутью концепции надежности химико-технологических систем (далее просто ХТС) является множество заданных параметров ХТС: если хоть один заданный параметр ХТС вышел из разрешенного диапазона отклонения от номинального значения, то ХТС объявляется НЕ работоспособной, в состоянии ОТКАЗА. В противном случае - ХТС работоспособна.

Источниками заданных параметров ХТС (см. определение работоспособности) являются:

  1. Химики-технологи, которые указывают условия проведения химических и фазовых превращений во всех переделах технологии (давление, температура, концентрации реагентов, состояние катализаторов и т.д.).

  2. Специалисты по процессам переноса, которые определяют гидродинамические, тепло-массообменные обстоятельства, при реализации которых можно осуществить требования технологов.

  3. Технические условия (ТУ) эксплуатации заводов-изготовителей на оборудование, в геометрическом объеме которого и реализуются химические превращения и процессы переноса.

^ Количественную меру работоспособности (а в пределе и надежности) ХТС вводим следующим образом. Практика показывает, что на всех жизненных стадиях ХТС от пробирочных исследований до демонтажа промышленная установка находится в море случайных воздействий, возмущений со стороны внешнего мира. Часть из них генетически заложена в ХТС в процессе разработки, а другая часть - случайные процессы. Следовательно, работоспособность, как СОСТОЯНИЕ ХТС, - случайна по самой сути вещей. И ей можно и нужно присвоить количественную меру - вероятность работоспособности.

В теории надежности вероятность работоспособности еще называют вероятностью параметрической надежности, подчеркивая то обстоятельство, что речь идет о параметрах состояния системы, и это для ХТС является органически присущей характеристикой.

По математическому смыслу вероятность работоспособности представляет собой долю работоспособных технологических установок среди всех тиражированных, а для инвестора, давшего деньги на создание ХТС, это вероятность возврата кредита с %-ми в срок.


^ Метод анализа работоспособности ХТС.


Цель метода:

1.Расчет оценки вероятности работоспособности ХТС.

  1. Разработка рекомендаций по увеличению вероятности работоспособности ХТС.

  2. Расчет средне-годовой себестоимости целевого продукта с учетом работоспособности.

Место применения метода:

  1. Процесс разработки новых технологий.

  2. Предпроектная стадия создания ХТС.

  3. Модернизация действующих и реанимация остановленных ХТС.

  4. Реклама и/или участие в конкурсе инвестора на создание ХТС.

  5. Пуско-наладочные работы.

  6. Разработка иерархической системы автоматического управления ХТС.

Предпосылки метода:

  1. Производство регулярно, планомерно в соответствии с технологическим регламентом снабжается сырьем, энергией нужного количества и качества, рабочей силой, транспортом, запасными частями и материалами для всех видов ремонта. Следовательно, простоев ХТС из-за отсутствия этих обстоятельств - нет.

  2. Обслуживающий персонал грамотен, квалифицирован, выполняет правила эксплуатации и техники безопасности. Следовательно, простоев ХТС из-за поломок оборудования, арматуры и нарушений технологической дисциплины - нет.

  3. Оборудование ХТС не имеет ни явных, ни скрытых дефектов, оно квалифицированно смонтировано, а проект ХТС выполнен на высоком профессиональном уровне. Следовательно, простоев ХТС по этим причинам не будет.

  4. Промышленный капитал кровно заинтересован в том, чтобы время эксплуатации ХТС было существенно больше времени возврата кредита с %-ми инвестору. Следовательно, масштаб времени рассмотрения, анализа работоспособности позволяет не учитывать деградационные процессы в ХТС (коррозию, износ, усталостные явления, старение катализаторов, отложения солей и других веществ в трубопроводах и т.д.).

  5. Метод исследования работоспособности промышленного объекта основан на стационарном подходе: переходные процессы, их динамика не рассматриваются. Эта предпосылка основана на гигантских трудностях построения детальной, подробной и достоверной динамической модели ВСЕЙ ХТС.

Иными словами, метод рассматривает только научно-техническиие аспекты параметрической надежности вечно юных и вечно новых технологических линий и установок.

Вся совокупность гипотез и предпосылок метода показывает, что полученная в конце анализа оценка вероятности работоспособности является максимальной: лучше не будет ни при каких обстоятельствах.

^ Основа метода экспертизы работоспособности.

В основе, в фундаменте предлагаемого метода находится физико-химико-процессно-математическая модель ХТС (далее просто модель). Именно здесь авторы метода претендуют на системность и естественно-научную строгость рассмотрения проблемы работоспособности ХТС. Действительно, системой обычно называют совокупность взаимодействующих частей. Такими частями у нас являются собственно химические и фазовые превращения, процессы переноса и оборудование. Конкретная форма проявления системности: в модели выходные потоки и их параметры из одного вида оборудования являются входными в следующее по технологической схеме ХТС оборудование. Естественно-научная строгость обусловлена тем, что модель каждого вида оборудования, процессов переноса в нем обязательно содержит запись законов сохранения массы, количества движения и энергии.

Императивным требованием к модели ХТС является замкнутость системы уравнений модели, как элемента ее корректности, и адекватности, достоверности. Последнее проверяется следующим способом. Для действующих и модернизируемых ХТС проводится сравнение расчетных по модели и измеренных на установке величин параметров, желательно нескольких, разной физической природы и в разных местах технологии. Если произошло совпадение этих величин с точностью до КИПа установки, то модель признается достоверной. Для новых, т.е. еще не существующих ХТС, модель считается достоверной, если рассчитанные по модели величины совпали с таковыми же, но в химико-технологическом регламенте ХТС, с точностью расчетов в последнем. При этом регламент ХТС объявляется истиной. После проверки достоверности модели она становится добротным научным продуктом, пригодным для разработки алгоритма и программы расчетов на ЭВМ.

Сама модель содержит искомые величины, в том числе и заданные параметры, остальные образуют множество внешних возмущений ХТС. Последние можно разбить на три группы:

  1. Колебания расхода сырья, его компонентов, потоков энергии и ее качества.

  2. Отклонения размеров (габаритов) изготовленного оборудования от размеров, указанных в рабочей конструкторской документации (эти отклонения особенно опасны для гидродинамики, которая в свою очередь влияет на тепло-массообмен).

  3. Неопределенность научно-исследовательской информации, которую использовали при разработке ХТС. Здесь напомним, что точность расчета коэффициента теплоотдачи при вынужденном движении не лучше 30%, при кипении и конденсации - не лучше 50 - 100%, коэффициентов трения и местных сопротивлений в гидравлике не лучше 50%, константы равновесия химических превращений тоже имеют какую-то точность и т.д.

С математической точки зрения множество внешних воздействий на ХТС - это просто аргументы задачи (взаимно - независимые в детерминированном и в любом другом смысле величины). Тогда модель ХТС - это оператор, преобразующий множество внешних возмущений (аргументов) во множество заданных параметров.

С точки зрения теории вероятностей множество внешних возмущений образуют поле элементарных случайных величин, а модель - это оператор, который формирует, организует над этим полем сложное случайное событие - состояние работоспособности.

Отметим важный момент: без модели в принципе невозможно указать ВСЕ внешние возмущения, экспертный подход из-за большой размерности задачи не проходит.

Опыт применения метода экспертизы работоспособности к действующим и новым ХТС показывает, что, если число заданных параметров порядка 100, то число уравнений (т.е. число искомых величин) порядка 102, а число внешних возмущений порядка 101.


^ Сравнение с традиционным методом.


В начале 60-х годов с подачи Бориса Владимировича Гнеденко (мехмат МГУ им. М.В. Ломоносова) стал развиваться интересный метод оценки надежности объекта. Далее этот метод в теории надежности стали называть элементным подходом к проблеме надежности.

Суть подхода в том, что в качестве элементарного случайного события принимается момент времени t прихода объекта в состояние отказа. Мерой надежности назвали вероятность P(t) отказа на интервале времени (0 t). Плотность распределения вероятностей времени отказа находилась, исходя из некоторых гипотез, а коэффициенты определялись из статистических экспериментов.

Надежность системы, созданной из ЭЛЕМЕНТОВ, определяется следующим образом. Представьте себе склад оборудования, арматуры, насосов, вентиляторов, теплообменников, реакторов и т.д. В ячейках склада находится одноименное оборудование, а на ячейке висит бирка с указанием вероятности отказа P(t). Расчетчик надежности системы расставляет оборудование согласно технологической схеме и хочет рассчитать вероятность отказа всей ХТС. Проблема решения этой задачи вызвала большой поток диссертаций, монографий, статей, выступлений на конференциях, потребовала создание красивого математического аппарата и алгоритмов решения на ЭВМ.

Сравним наш подход к оценке параметрической надежности и традиционной, элементной.

  1. Оба подхода работают в разных определениях понятий, т.е. в разных вербальных полях. Элементный подход, основанный на идеях 60-х годов, рассматривает отказ элемента, как потерю каких-то свойств его. Наш подход основан на определениях понятий ГОСТа 1983 года.

  2. Поле элементарных случайных событий совершенно разное. У нас это внешние воздействия на систему, у элементного подхода - время наступления отказа элемента.

  3. Элементный подход работает с системой и ее частями как с «черным ящиком», его не интересует, что происходит в элементе. В нашем случае мы вынуждены максимально «просветлить» части системы, сделать их почти «бело-серыми».

  4. Системность рассмотрения проблемы надежности в элементном подходе заключается в поиске функциональной зависимости вероятности отказа системы от вероятности отказа элементов, собранных в систему согласно технологической схемы ХТС. В нашем случае системность рассмотрения проявляется не только тем, что выходные потоки и их параметры становятся входными в следующее по схеме оборудование. Главное, системность рассмотрения состоит во взаимосвязи химизма, процессов переноса и «железа».

  5. В элементном подходе два события - отказ одного и какого-то другого элемента системы являются взаимно-независимыми в вероятностном смысле. В нашем подходе отклонение одного и другого заданного параметра от номинального значения детерминировано, функционально взаимосвязаны через математическую модель, т.е. через законы сохранения.

  6. Сам способ определения вероятности отказа элемента системы показывает, что условия эксперимента, испытания элемента с целью определения вероятности отказа не имеют ничего общего с условиями эксплуатации элемента в реальной ХТС. Сама практика эксплуатации любого оборудования показывает, что это оборудование в РАЗНЫХ ХТС работает по разному. Более того, один и тот же вид оборудования в РАЗНЫХ местах по схеме одной и той же ХТС и работает по разному. Конечно, если говорить о вероятности отказа лампочки накаливания, то условия ее эксплуатации действительно всюду одинаковы. Но лампочка накаливания - это ведь не реактор в какой-нибудь серьезной ХТС.

Окидывая одним взглядом все 6 пунктов сравнения традиционного (элементного) подхода к расчету надежности систем и предлагаемого метода оценки вероятности работоспособности ХТС, можно увидеть, что они никак не пересекаются, даже точек контакта нет, кроме главной цели. Но не будем забывать свои корни, будем безмерно благодарны трудам предшественников, создавших питательный слой гумуса для развития других подходов, для генерации иных идей.


^ Особенности, «родимые» пятна метода экспертизы работоспособности.


  1. Длительность исследования работоспособности промышленных производств, как новых, так и действующих, по нашей практике составляет 1,0 - 1,5 года. 70% этого времени уходит на создание модели, а по существу на поиски количественной информации о химизме и процессах переноса. Остальные 30% - разработка алгоритма, программы расчета и проверка адекватности модели.

  2. Саму процедуру исследования в состоянии вести узкие специалисты-профессионалы, которые к тому же смогли найти общий язык.

  3. Наукоемкость процедуры исследования настолько велика, что метод анализа работоспособности ХТС разумно применять для высокотехнологичных и потому дорогих производств.

  4. Стоимость экспертизы работоспособности (по западным расценкам) составляет от 0,03% от капитальных вложений для дорогих ХТС до 5% - для дешевых. Во всяком случае эта стоимость находится в пределах погрешности определения самих капитальных затрат на создание ХТС и потому не вызывает возражений у заказчика.


^ Развитие метода экспертизы работоспособности.


  1. Новый взгляд на надежность систем (заданные параметры не должны выходить из разрешенного диапазона отклонения от номинала) позволяет провести экспресс- экспертизу, конечно, на качественном, описательном уровне: чем больше число заданных параметров, чем уже диапазон отклонения их, тем менее работоспособна ХТС.

  2. Вполне возможно и уже реализуется расширение применения метода экспертизы работоспособности ХТС в направлении экологии (определение меры опасности ХТС для окружающей природы и людей). Можно нацелить метод ТОЛЬКО на это, сделать его расчетным аппаратом экологической экспертизы ХТС.

  3. Метод экспертизы позволяет определить наиболее «вредоносные» внешние возмущения на ХТС, и это послужит руководством к действию при пуско-наладочных работах.

  4. Сама концепция параметрической надежности позволяет совсем иначе видеть проблему иерархической системы автоматического управления (АСУ) ХТС, сделать модель ХТС рабочим инструментом для создания АСУ и отказаться от широко распространенной манеры создания локальных систем управления ХТС. Тем более, что последние становятся еще и еще одним из возмутителей ХТС.

  5. Разработка рекомендаций по увеличению вероятности работоспособности ХТС по существу означает, что мы претендуем на управление надежности ХТС. Но сразу возникает вопрос: « А какая величина вероятности работоспособности ХТС оптимальна?».

  6. Сегодня разработчики ХТС, как нам представляется, должны ДОКАЗЫВАТЬ покупателю их товара КАЧЕСТВО его, ХТС придется как-то сертифицировать, и предлагаемый метод анализа является расчетным инструментом этой процедуры. В пределе следует изменить ГОСТ на технологический регламент на проектирование установки, в котором обязательно должна быть глава, специально посвященная расчету вероятности работоспособности разработанной ХТС. Одновременно, проектировщики должны вооружиться этим методом, чтобы рассчитывать не иллюзорную, мифически малую себестоимость целевого продукта ХТС, а близкую к реальности.

Литература.

1. Прохоренко Н.Н., Лекае А.В., Метод анализа работоспособности химико-технологических систем, М., ТОХТ АН СССР, ХХХ111, № 1, 1989, с. 135-139.

  1. Прохоренко Н.Н., Надежность технологических систем, М., ж-л «Энергия» РАН, Наука, №7, 2001 г. с. 30-35.

  2. Прохоренко Н.Н., Метод экспертизы надежности технологических систем, М., ж-л «Энергия» РАН, Наука, №8, с. 17-22.










Скачать 108,66 Kb.
оставить комментарий
Дата29.09.2011
Размер108,66 Kb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх