9.5 Общие положения к обеспечению повышения надежности. Виды надежности

При исследовании надежности сложных химико-технологических объектов или систем можно выделить следующие виды надежности:

– проектно-расчетную надежность (или надежность проектных решений);

– конструкционную надежность;

– эксплуатационную надежность;

– надежность автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ-ТП);

– надежность технологической топологии.

Проектно-расчетная надежность, или надежность проектных решений, системы зависит от двух факторов: от правильного выбора модели процесса ее функционирования и от точности исходных данных о конструкционных и технологических параметрах ее элементов.

Конструкционная надежность – это надежность системы в зависимости от качества конструкционных материалов, принятых для изготовления ее элементов (трубопроводов, арматуры, клапанов и т. п.). Конструкционную надежность определяют сроками межремонтного пробега элементов без простоев, без утечек жидкости и без выделений газа через неплотности в соединениях, без коррозии элементов.

Эксплуатационная надежность – надежность системы, зависящая от качества монтажа, эксплуатации и ремонта элементов, а также хранения резервных элементов до пуска их в работу.

Надежность АСУ-ТП – надежность системы, определяемая качеством работы контрольно-измерительных приборов и регуляторов, зависящая от правильности выбора каналов управления и принятой блок-схемы алгоритмов управления.

Надежность технологической топологии – это надежность системы, которая зависит от структуры технологических связей ее элементов и позволяет оценивать надежность производства уже на стадии проектирования. Анализ надежности технологической топологии объекта состоит в нахождении скрытых структурных недостатков в технологической схеме системы и в определении минимального множества элементов, отказ которых приводит к отказу системы в целом, т. е. в определении элементов, являющихся «узкими» местами системы (наиболее нагруженных технологическими связями), с целью выбора их оптимальной структуры.

В целях создания работоспособных и высоконадежных химико-технологических объектов (систем) на каждой стадии применяются соответствующие методы обеспечения и повышения надежности.

На стадии проектирования – это выбор (или разработка) высоконадежных узлов, составных частей элементов и систем, рациональных конструктивных и технологических схем, оптимальных режимов, номенклатуры нормируемых показателей надежности, использование научно обоснованных методик расчета надежности и прогнозирования ресурса с учетом всех возможных условий эксплуатации, внутренних процессов и внешних воздействий.

Конструкционную надежность объекта можно повысить за счет:

– совершенствования кинематических схем аппаратов и конструкции элементов, оптимизации конструктивных решений, разработки надежной и прогрессивной технологии их сборки и монтажа;

– применения стандартизированного типового оборудования, унификации узлов и единиц оборудования;

– применения высококачественных конструкционных материалов для изготовления оборудования и новых технологий упрочнения;

– увеличения запаса прочности узлов и деталей;

– предусмотрения удобства подхода к оборудованию для обслуживания и ремонта;

– защиты оборудования от износа, усталости материалов, коррозии, эрозии и других воздействий внешней окружающей среды.

На стадии изготовления – это контроль качества сырья, материалов и комплектующих, автоматизация и роботомеханизация процессов изготовления узлов и единиц оборудования, организация рациональных технологических процессов, применение упрочняющих технологий, отработка системы контрольных и приемо-сдаточных испытаний.

Эксплуатационную надежность объекта повышают за счет:

– разработки рациональных способов и условий хранения технологических элементов до эксплуатации;

– стабилизации параметров технологических режимов;

– снижения уровня нагрузок и воздействий;

– разработки инструкций по монтажу, эксплуатации, ремонту аппаратов и оборудования;

– повышения качества сборки, монтажа и восстановления элементов;

– устранения скрытых дефектов на стадии пуска и приработки;

– проведения предварительных испытаний элементов;

– оптимального планирования сроков проведения технического обслуживания (ремонта) элементов и систем.

Надежность АСУ объектом может быть повышена за счет применения высоконадежных датчиков, контрольно-измерительных и регулирующих приборов, путем оптимального выбора управляющих переменных и структуры блок-схем (алгоритмов автоматического управления) для АСУ.

Надежность технологической топологии системы повышают либо путем изменения структуры технологических связей, либо путем ввода резервных технологических связей и резерва для элементов, являющихся ее «узкими» местами. Для этих элементов также необходимо обеспечить повышение их конструкционной или физической надежности уже на стадии монтажа с оптимальной организацией и контролем качества монтажных работ, т. к. это обеспечит повышение эксплуатационной надежности объекта в целом.

Для повышения надежности объектов химического машиностроения в первую очередь необходимо проанализировать возможность повышения надежности ее элементов, причем эффект будет тем значительнее, чем сложнее система и чем больше в ней элементов. Однако чаще всего более надежные элементы имеют большие габариты и массу, более сложную собственную структуру и более высокую стоимость. Кроме того, осуществление некоторых методов повышения надежности элементов часто требует проведения сложных конструктивных, технологических, эксплуатационных и организационных мероприятий, поэтому в каждом конкретном случае необходимо соотнести полезный эффект от повышения надежности элемента с затратами на ее осуществление.

Для ряда систем возможно повышение надежности за счет сокращения числа элементов. Например, для системы с последовательным соединение 10 элементов при р = 0,99 уменьшение числа элементов в 2 раза уменьшает вероятность ее отказа с 9,6 % до 4,9 %. Однако перестройка технологической системы, как правило, означает изменение ее функциональной и конструктивной схемы (за исключением структурного резервирования) и применяется крайне редко.

При заданной конструкции элементов системы возможности повышения их безотказности весьма ограниченны. В этих условиях основным наиболее распространенным способом повышения надежности химико-технологической системы (установки, технологической линии) уже на стадии проектирования является структурное резервирование отдельных ее элементов, надежность которых будет определяющей для всей системы.

Вопросы для самоконтроля.

1. Дайте определение показателя надежности. Единичные и комплексные показатели.

2. Перечислите основные исходные данные для расчета надежности. Дайте определение и порядок расчет наработки до отказа и на отказ.

3. Дайте определение и характеристику комплексных показателей надежности.

4. Обоснуйте выбор показателей надежности и приведите порядок определения уровня надежности системы.

5. Перечислите основные виды надежности и охарактеризуйте их.