Введение
Надежность является одним из важнейших комплексных свойств качества сложных технических систем, отказ которых может привести к авариям и чрезвычайным происшествиям. По международному стандарту ИСО (ISO, International Organization for Standardization) качество - это совокупность характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворять установленные и предполагаемые потребности. Надежность - специфическое свойство, поскольку это свойство проявляется только в эксплуатации и на всем ее периоде. Надежность - это качество объекта, развернутое во времени. Основные вопросы, которые изучает теория надежности, отказы технических элементов и систем, в целом, 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 мероприятий по повышению надежности.
Теория надежности как наука исследует влияние конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов на уровень надежности изделия. Математические методы, используемые в теории надежности, базируются на теории вероятностей и математической статистике, поскольку каждый конкретный отказ есть событие случайное, появление которого не может быть точно предсказано заранее.
Необходимость установления и исследования закономерностей, характеризующих надежность технических устройств, желание получать количественное описание характеристик их надежности привели к созданию теории надежности.
Изучением закономерностей, свойственных случайным событиям, занимается теория вероятностей. Характеристики случайных событий на практике определяются на основе массовых наблюдений, а объективно обоснованная оценка получаемых при этом статистических материалов основывается на методах математической статистики. Надежность одновременно является важным и самостоятельным научным направлением.
По общепринятому определению (ГОСТ 27.002-89), надежность - это свойство изделия (объекта) выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных показателей в пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.
Цель курсовой работы ? анализ и расчет надежности и рисков системы газоснабжения.
Задачи курсовой работы:
ознакомится с технической системой газоснабжения;
рассчитать показатели надежности системы газоснабжения при наработке на отказ 32000 часов;
построить дерево неисправностей системы газоснабжения;
произвести расчёт риска травмирования работников;
произвести оценку эффективности мероприятий по снижению риска травмирования работников.
1. Описание системы газоснабжения
Рассматривается типовая схема газоснабжения цехов, изображенных на рисунке 1.
Рисунок 1 - Типовая схема газоснабжения цехов, участков или мастерских пропаном стационарных рабочих (сварочных) постов:
1 - сухой затвор; 2 - шкаф ввода пропана с запорным вентилем и манометром; 3, 4 - газоразборные посты.
Кислород (К) поступает к стационарным рабочим постам, расположенным в цехе (помещения) по газопроводу от кислородной установки, газификатора или перепускной рампы. Пропан (П) подается по газопроводу от пропановой установки, стационарного генератора или перепускной рампы (непосредственно в цеховой газопровод). При применении других источников питания пропаном на входе пропанопровода в цех, а также на всех ответвлениях газопровода, от которых питаются несколько постов, устанавливается центральный (групповой) предохранительный жидкостной или сухой затвор 1.
Тип затвора выбирают в зависимости от давления и расхода пропана. Непосредственно за затвором (по ходу газа) на вводе газа в цех устанавливается шкаф 2 ввода пропана с запорным вентилем и манометром, которые должны располагаться в доступном и удобном месте. Запорные вентили должны устанавливаться также на цеховых ответвлениях пропанопроводов, предназначенных для подачи пропана на отдельные участки цеха.
К пропанопроводу должен быть присоединен через сбросной вентиль трубопровод для сброса продувочных газов в атмосферу. Сбросной трубопровод должен быть не менее чем на 1 м выше конька перекрытия. Аналогично к кислородопроводу присоединяется сбросной трубопровод через сбросной вентиль. На входе кислородопровода в цех также должна устанавливаться запорная арматура на каждом ответвлении внутрицеховой разводки газопроводов. Высота прокладки пропанопровода над полом должна быть не менее 2,2 м, а кислородопровода - не менее 8 м. Кислородопровод должен прокладываться не менее чем на 250 мм ниже пропанопровода (при параллельном их расположении). Расстояние между газопроводами при их пересечении должно быть не менее 100 мм.
В местах потребления газов на газопроводах пропана и кислорода должны быть установлены газоразборные посты 3 и 4, в состав которых входят соответствующие запорные, регулирующие и предохранительные устройства, обеспечивающие нормальную работу огневой аппаратуры.
Оценка возможности отказа или безотказной работы отдельных элементов технических систем производится на основе статистических данных по интенсивности их отказа. Наработка на отказ составляет 32000 ч. Значения интенсивности отказов приведены в табл. 1.
2. Расчет показателей надежности системы газоснабжения
Наработка системы на отказ t = 32000 ч.
Рассчитаем вероятность безотказной работы одного из элементов:
|
(1) |
Рассчитаем вероятность отказа элемента по следующей формуле:
|
(2) |
Результаты расчетов всех элементов представлены в таблице 1
Таблица 1 - Результаты расчета надежности газоснабжения
|
№ отказа |
Наименование отказа |
Интенсивность отказов ·, ч -1 |
Вероятность безотказной работы, P(t) |
Вероятность отказов, Q(t) |
|
|
1 |
Недолив смеси |
1,98 |
0,938 |
0,062 |
|
|
2 |
Перелив смеси |
1,87 |
0,941 |
0,059 |
|
|
3 |
Повышение температуры |
0,102 |
0,996 |
0,004 |
|
|
4 |
Отказ запорной арматуры |
0,158 |
0,994 |
0,006 |
|
|
5 |
Отказ шкафа ввода пропана |
1,08 |
0,966 |
0,034 |
|
|
6 |
Отказ поста газораспределительного |
1,2 |
0,962 |
0,038 |
|
|
7 |
Отказ клапана обратного |
0,092 |
0,997 |
0,003 |
|
|
8 |
Отказ клапана обратного огнепреградительного |
1,07 |
0,966 |
0,034 |
|
|
9 |
Отказ трубопровода пропана |
3,14 |
0,904 |
0,096 |
|
|
10 |
Отказ запорной арматуры |
0,156 |
0,995 |
0,005 |
|
|
11 |
Отказ газификатора холодного криогенного ГХК-3/1,6 |
1,15 |
0,963 |
0,037 |
|
|
12 |
Отказ регулятора давления |
0,014 |
0,9995 |
0,0005 |
|
|
13 |
Отказ дифференциального манометра |
0,018 |
0,9994 |
0,0006 |
|
|
14 |
Отказ редуктора БКО |
0,0089 |
0,9997 |
0,0003 |
|
|
15 |
Отказ трубопровода кислорода |
2,85 |
0,912 |
0,088 |
Определение безопасности оборудования достаточно сложный процесс. Существует множество способов, но наиболее часто используемым является метод «дерева неисправностей».
Предлагаемые мероприятия по повышению надежности всей рассматриваемой системы в общем является:
сокращение времени непрерывной работы;
выбор наиболее надежных элементов.
Наименьшая вероятность безотказной работы по данным таблицы 1 в механической части системы. Для повышения безотказной работы механической части системы необходимо обеспечить резервирование топливоподачи, т.е. в случае отказа (аварий) основной топливоподачи, переключали бы на резервный.
Резервное топливное хозяйство - комплекс оборудования и устройств, предназначенных для хранения, подачи и использования резервного (аварийного) топлива.
3. Расчет вероятности отказа и вероятности безотказной работы системы газоснабжения
Расчет вероятностей возникновения неисправностей производится по формулам:
- если отказ зависит от возникновения одного из n событий;
- если отказ зависит от одновременного возникновения n событий.
P - вероятность возникновения события.
Рассчитаем вероятность события И:
|
= 1 - · · · · · ; |
(3) |
Рассчитаем вероятность события Г:
|
= 1 - · · · · ; |
(4) |
Рассчитаем вероятность события Д:
|
= 1 - · ; |
(5) |
Рассчитаем вероятность события Б:
|
= ; |
(6) |
Рассчитаем вероятность события Е:
|
= 1 - ; |
(7) |
Рассчитаем вероятность события Ж:
|
= 1 - ( · ); |
(8) |
Рассчитаем вероятность события В:
|
= 1 - · ; |
(9) |
Рассчитаем вероятность события А:
|
(10) |
Результаты расчета вероятностей возникновения неисправностей представлены в таблице 2.
неисправность надежность отказ газоснабжение
Таблица 2 - Результаты расчета вероятностей возникновения неисправностей
|
№ п/п |
Событие |
Вероятность отказов |
|
|
И |
Прекращение подачи кислорода (Событие И) |
0,127 |
|
|
Г |
Прекращение подачи пропана (Событие Г) |
0,195 |
|
|
Д |
Отказ механической части (Событие Д) |
0,297 |
|
|
Е |
Повышение давления (Событие Е) |
0,297 |
|
|
Ж |
Понижение давления (Событие Ж) |
0,004 |
|
|
Б |
Функциональный отказ (Событие Б) |
0,117 |
|
|
В |
Параметрический отказ (Событие В) |
0,1205 |
|
|
А |
Отказ резака (Событие А) |
0,382 |
На основании анализа вероятности отказа системы газоснабжения на предприятии для наработки t = 32000 ч можно сделать вывод, что заданная система является надежной. Дерево неисправностей используют для анализа сложных систем, включающих несколько функционально связанных или зависимых подсистем, что особенно удобно в случаях, когда системный проект требует сотрудничества нескольких специализированных групп проектировщиков.
4. Расчет риска травмирования работников
Исходные данные для выполнения расчета представим в виде таблицы 3.
Таблица 3 - Вероятность событий, приводящих к причинению ущерба здоровью электрогазосварщика
|
№ п/п |
Событие |
Вероятность Р |
|
|
1 |
Прикосновение к токоведущим частям станка |
5 · 10-5 |
|
|
2 |
Нарушение требований безопасности |
2 · 10-4 |
|
|
3 |
Выполнение работ без сварочной маски |
2 · 10-5 |
|
|
4 |
Неприменение СИЗ |
4 · 10-5 |
|
|
5 |
Получение травм при выполнении сварочных работ |
3 · 10-5 |
|
|
6 |
Получение травм при выполнении подготовительно-заключительных операций |
2 · 10-4 |
|
|
7 |
Попадание раскаленных стружек на легковоспламеняющийся материал |
4 · 10-5 |
|
|
8 |
Утечка газа из баллона |
3 · 10-4 |
|
|
9 |
Попадание раскаленных капель металла и искр на открытые части тела |
2 · 10-4 |
|
|
10 |
Соприкосновение с открытым пламенем |
2 · 10-5 |
|
|
11 |
Превышение концентрации марганца и диоксида кремния (в сварочных аэрозолях) в воздухе рабочей зоны |
5 · 10-4 |
|
|
12 |
Утечка газа из баллона |
3 · 10-6 |
|
|
13 |
Возникновение взрывоопасной концентрации |
4 · 10-5 |
|
|
14 |
Работа вблизи горючих веществ |
3 · 10-4 |
|
|
15 |
Наличие источника огня |
5 · 10-4 |
На основании данных таблицы 3 производим расчет риска причинения вреда здоровью