WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

В системе обеспечения безопасности принято опасность объекта оценивать его энергетическим потенциалом. Однако при реализации катастрофической аварии на ход событий оказывает влияние не только высвобождение энергии, но и такие факторы, как пожароопасность и токсичность. В то же время техническое состояние объекта также влияет на его потенциальную опасность.

Высокая вероятность отказа или полная реализация ресурса увеличивают потенциальную опасность технического устройства. Предлагается определять опасность технического устройства «интегральным параметром опасности», который объединяет параметры взрывоопасности, пожароопасности, токсичности и эксплуатационной надежности.

На рисунке 1 показан сценарий развития аварийной ситуации при разгерметизации оборудования и реализация указанных параметров, а на рисунке 2 представлен алгоритм определения интегрального параметра.

Интегральный параметр предлагается рассчитывать по формуле I = Мi ·qi, где Мi – вес I – го фактора, qi – факторы.

Целесообразно остановиться на четырех основных факторах I = M1·q1 + M2·q2 + M3·q3 + M4·q4, где M1 – коэффициент весомости фактора пожароопасности с учетом компетентности эксперта;

M2 – коэффициент весомости фактора взрывоопасности с учетом компетентности эксперта;

M3 – коэффициент весомости фактора токсичности с учетом компетентности эксперта;

M4 – коэффициент весомости фактора эксплуатационной надежности с учетом компетентности эксперта;

q1 – параметр пожарной опасности;

q2 – параметр взрывоопасности;

q3 – параметр токсичности;

q4 – параметр эксплуатационной надежности.

Фактор эксплуатационной Фактор надежности Образование взрывоопасности взрывопожароОтключение электроИсточник токсикоопасного Взрыв энергии, пара, воды, зажигания облака воздуха КИП, аварийВыброс ный останов соседпарогазоних блоков вой фазы Фактор поХимическое жароопас- заражение, ности загрязнение Выход параметОгненный Разгерметизация ров (давления, шар оборудования температуры) за Фактор хикритические мической Пожар значения опасности пролива Выброс жидКоррозия и механический Поглощение кой фазы износ оборудования, жидкости фланцевых соединений, грунтом прокладок Формирование очага пролива Сжигание на факеле Рисунок 1 - Сценарий развития аварийной ситуации при разгерметизации оборудования Источник зажигания ние ПК Срабатыва Испарение Источник Отдельные показатели опасности, их весовые значения оценивались экспертным путем. Подбор экспертов осуществляли методом «снежного кома», а опрос и обработку результатов методом априорного ранжирования.

Анализ факторов опасностей производства Фактор пожаро- Фактор взрыво- Фактор химиче- Фактор эксплуатационной надежности, опасности, опасности, ской опасности, qq1 q2 qЭкспертная оценка опасностей Расчет весовых коэффициентов факторов опасно- Интегральный параметр опасности для сти:

конкретного оборудования I является М1 – вес фактора пожароопасности;

безразмерной величиной и определяется М2 – вес фактора взрывоопасности;

по формуле:

М3 – вес фактора химической опасности;

I = M1q1 + M2q2 + M3q3 + M4qМ4 – вес фактора эксплуатационной надежности.

Создание геоинформационной системы опасного производстПостроение цифрового поля венного объекта опасности по интегральному параметру и определение объектов, попадающих в зоны Расчет радиусов зон разрушений полных, сильных и слабых и определение объектов, попав- разрушений ших в зоны сильных и полных разрушений Рисунок 2 - Алгоритм определения интегрального параметра Реализация применения интегрального параметра предлагается в двух направлениях. Первый путь реализации связан с применением геоинформационных систем (ГИС). За основу взято ГИС «ИнГео» и к нему разработан модуль расширения «Анализ зон разрушения опасных производственных объектов», запатентованный в установленном порядке. Модуль решает следующие задачи:

воспринимает объекты цифровой карты; анализирует смысловую информацию, характеризующую каждый объект карты, например, интегральный параметр опасности; анализирует площадь цифровой карты; дает перечень объектов; соединяет изолиниями объекты карты, характеризующиеся равными параметрами опасности; обрисовывает цифровое поле опасности. На рисунке 3 показан вариант реализации модуля, когда на карту установки наносится сетка, в узлах которой обозначается интегральный параметр опасности.

Е-Фрагмент поля с равными интегральными параметрами опасности Фрагмент поля с равными интегральными параметрами опасности К-Рисунок 3 - Изолинии с равными значениями интегрального параметра (колонна К-6 и емкость Е-15 технологической установки) На рисунке 4 в качестве примера показаны значения факторов опасности и интегрального параметра для печного оборудования технологических установок. Реализованный подход к оценке потенциальной опасности позволяет получить числовое значение, которое ранжирует самое разнообразное оборудование.

печь, апп.3/печь, апп.3/печь, апп.3/печь, апп.3/печь, апп.3/00,511,522,Фактор пожароопасности Фактор взрывоопасности Фактор химической опасности Фактор эксплуатационной надежности Интегральный параметр Рисунок 4– Значения факторов опасности и интегрального параметра для печного оборудования Второй путь реализации связан с анализом гипотетических зон разрушения при реализации аварий. Стандартная методика определения зон разрушения при взрыве технологического оборудования в совокупности с интегральным параметром опасности позволяет оценить возможные сценарии развития ситуации. Последовательно моделируется взрыв всех видов оборудования и производится ранжирование по следующим показателям: интегральный параметр, суммарный интегральный параметр в зоне полных разрушений (зона R1), суммарный интегральный параметр в зоне сильных разрушений (зона R2), суммарный интегральный параметр в этих двух зонах в совокупности. В результате ранжирования определяется ряд наиболее опасных объектов по убыванию оцениваемого параметра и выявляется наиболее вероятный кандидат для распространения катастрофического разрушения. Этим вопросам посвящается глава 2. Для примера в таблице 2 показаны результаты ранжирования оборудования по показателю суммарного интегрального параметра в зоне полных разрушений.

Анализ различных технологических установок показывает, что нагревательные печи относятся к группе наиболее опасных видов оборудования. Тем более, что это единственный вид оборудования, где реализуется открытое пламя. Из всей совокупности нагревательных и реакционных печей в наиболее жестких условиях работают пиролизные печи.

Таблица 2 - Результаты ранжирования оборудования по показателю суммарного интегрального параметра в зоне полных разрушений RАВТ-3 АВТ-2 АВТ- ИнтегральИнтегральный Интегральный Наименова- ный парапараметр в Наименование параметр в Наименование ние оборудо- метр в зоне зоне полных оборудования зоне полных оборудования вания полных разрушений разрушений разрушений R1 RR1 2 3 4 5 К –1 14,949 П-1 10,872 - 7, Продолжение таблицы 2 3 4 5 К–2 14,949 К–1 3,634 П-1,2 7,Д 3-6 5,615 К–2 3,634 К-2 6,Д-7,2 4,492 К–5 2,381 К-4 4,П-1,2 4,414 2,136 К-1 4,К–6/К-4 3,386 К–3/1, 2 1,583 П-2 4,Д-8 3,369 П-2 1,534 К-3/1,2 3,Д-1 3,369 К– 4 1,171 К-5 2,К–5 1,653 E– 1 1,004 Е-1 2,Поэтому в дальнейшем будем рассматривать блок пиролиза установки для получения этилена. В работе показана технологическая схема блока пиролиза углеводородов и общий вид печи пиролиза.

По разработанной методике поиска опасных объектов исследована установка получения этилена. Некоторые результаты показаны в таблице 3, из которой видно, какие виды оборудования для рассматриваемой установки требуют наибольшего внимания при эксплуатации.

Таблица 3 – Ранжирование оборудования по суммарному коэффициенту для зоны полного разрушения ИнтеИнтегра- граль- Интегра- Интельный Энергопономер ный па- льный гральный параметр Аппарат тенциал, R1, м R2, м апп. раметр параметр параметр по R1, кДж аппарапо R1 по RRта 1 2 3 4 5 6 7 8 Емкость 1а 4,46E+08 59,6 87,8 0,474 6,897 0,873 7,Емкость 1б 4,46E+08 59,5 87,7 0,379 6,897 0,873 7, Продолжение таблицы 1 2 3 4 5 6 7 8 Колонна 309 1,05E+09 83,5 123,0 1,501 6,674 3,231 9,Колонна 302 1,00E+09 82,0 120,9 1,132 6,674 3,447 10,Колонна 240/2 4,23E+08 58,2 85,7 0,429 6,674 0,000 6,Сборник 201 1,83E+08 37,9 55,8 0,273 6,674 0,000 6,Колонна 240 4,23E+08 58,2 85,7 0,429 6,418 0,257 6,Отстойник 238 1,43E+08 32,7 48,3 0,313 6,246 0,429 6,Отстойник 238а 1,43E+08 32,7 48,2 0,313 5,817 0,857 6,Колонна 246 1,58E+08 34,7 51,1 0,315 5,670 1,004 6,Колонна 4а 1,16E+08 28,8 42,5 0,272 5,471 0,947 6,Сепаратор 316 1,90E+08 38,7 57,1 0,257 4,736 1,510 6,Осушители 13/3 1,04E+08 26,8 39,5 0,440 3,917 1,994 5,Колонна 14 1,64E+08 35,4 52,1 0,337 3,637 2,934 6,Осушители 13/2 1,04E+08 26,8 39,5 0,440 3,617 1,199 4,Сепаратор 249 5,94E+07 18,7 27,5 0,227 3,541 1,930 5,Осушители 13/1 1,04E+08 26,8 39,5 0,440 3,317 0,600 3,Промывная 207 4,89E+07 16,5 24,3 0,200 3,018 1,445 4,колонна Таким образом, разработана и реализована для реальной технологической системы методика определения опасного объекта. Для каждого из таких объектов необходимо определить возможные механизмы адаптации к внешним нагрузкам. Проблемы адаптационных механизмов рассмотрены в работах В.С.

Ивановой и ее учеников. Подход, развитый в этих работах, послужил основой для наших разработок. Этим вопросам посвящена третья глава.

На начальном этапе для наиболее опасных объектов необходимо рассчитать показатели надежности элементов. Поскольку показатели надежности необходимо установить для элементов каждого агрегата, то расчет проводили по методике для оперирования малой выборкой.

Как было обосновано выше, отработка методики выявления механизмов адаптации на уровне агрегата проводилась на примере печи пиролиза углеводородов. Анализ показал, что наиболее опасные дефекты возникают в змеевике печи. На рисунке 5 показаны некоторые характерные дефекты: общая и локальная потеря устойчивости формы, трещины в кольцевом и меридианальном сечениях.

Были рассчитаны и построены зависимости вероятностей безотказной работы змеевиков, в результате чего обнаружилось, что все печи можно разделить на две группы: те, у которых при 50-ти процентной вероятности безотказной работы наработка составляет около 1500 суток, и те, у которых наработка около 2000 суток, как это показано на рисунке 6. Такой результат объясняется различными условиями работы отдельных труб. На рисунках 7-10 представлена наработка на отказ труб и двойников (калачей) сравниваемых змеевиков. Эти результаты показывают существенную неравномерность распределения отказов.

Рассматриваются две основные причины выхода из строя труб змеевиков.

Первая причина связана с накоплением повреждений в области сварных соединений, которые характеризуются геометрической неоднородностью. Вторая причина связана с явлением коксоотложения на внутренней поверхности труб змеевиков. Последнее обстоятельство оказывает двоякое воздействие на змеевик.

а) фрагмент труб в зоне сварного шва с трещиной б) необратимая пластическая в) труба с отдулиной деформация формы трубы г) пластически деформированная труба с трещиной в сварном шве д) пластически деформированная труба с продольной трещиной Рисунок 5 – Дефектные трубы 1,1,y = -2E-11x3 + 1E-07x2 - 0,0004x + 1,R2 = 0,0,0,y = -8E-12x3 + 7E-08x2 - 0,0004x + 1,0,R2 = 0,0,0,0,0,0,0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Наработка, сутки 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Наработка, сутки а) змеевик печи П- б) змеевик печи П-Рисунок 6 - Вероятность безотказной работы змеевиков печей (условное обозначение П-3 и П-4) с двумя характерными распределениями.

2500 Левый поток Левый поток Правый поток Правый поток 1 2 3 5 6 8 10 12 14 15 16 1 2 14 15 16 17 18 Номер калача Номер трубы Рисунок 8 - Наработка на отказ калачей Рисунок 7 - Наработка на отказ печи П-труб печи П-3000 2000 Левый поток Левый поток Правый поток Правый поток 1500 500 1 2 13 14 15 16 17 18 19 20 1 2 3 5 12 14 15 16 17 18 19 Номер трубы Номер калача Рисунок 9 - Наработка на отказ Рисунок 10 - Наработка на отказ труб печи П-калачей печи П-Вероятность безотказной работы Вероятность безотказной работы Наработка на отказ, сутки Наработка на отказ, сутки Наработка на отказ, сутки Наработка на отказ, сутки Коксоотложение создает неравномерное температурное поле в оболочке труб и способствует внедрению углерода в металл, что, в свою очередь, изменяет механические характеристики конструкционного материала. С другой стороны, периодически необходимо выжигать кокс, так как кокс ухудшает теплопередачу в зону пиролиза и изменяет условия протекания реакций. Процесс выжига кокса при определенных условиях происходит с образованием фронта горения. Прохождение фронта горения через участки с геометрической неоднородностью может быть причиной возникновения трещин.

Замеры толщин стенок труб позволили рассчитать остаточный ресурс змеевиков исследуемых печей. Значения ресурса существенно отличаются в результате неравномерного износа труб, так, например, скорость утонения труб в пределах одного змеевика варьируется от 4,7 до 10 раз.

При поиске механизмов адаптации на уровне элемента конструкции - змеевика на начальной стадии оценивали напряженно-деформированное состояние цельной конструкции. Использовали программу «Старт», в которой задавались реальная геометрия змеевика, рабочие условия и температуры по отдельным трубам. Температуры замеряли в условиях эксплуатации по каждой отдельной трубе в тех зонах, которые были доступны при использовании пирометра. Поскольку в программе «Старт» имеются ограничения по температуре труб, некоторые значения температур приходилось принимать в соответствии с регламентом на эксплуатацию. Даже при таких заниженных данных по температуре, напряжения в отдельных трубах превышали предел текучести. Поэтому в дальнейшем для расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) применяли безмоментную и моментную теории расчета оболочек и программный комплекс (ПК) «ANSYS», который основан на методе конечных элементов. Задачи по расчету напряженно-деформированного состояния конструкции в целом и ее отдельных узлов решали в упругой и упруго-пластической постановке, а также с учетом ползучести.

Уточненные расчеты с учетом реальной несимметричности расчетных схем производили с помощью ПК «ANSYS». На первом этапе моделировали змеевик как цельную конструкцию и получили реальное распределение эквивалентных напряжений по трубам змеевика печи в начальный момент времени.

Расчеты показали, что последние 7 труб работают в условиях пластических деформаций. Полученные данные хорошо согласуются с результатами экспериментальных наблюдений. Как показывает практика, последние трубы гораздо чаще выходят из строя.

Pages:     ||
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.