Расчет основы надежности

        Работа содержит 19стр., 4 рис., 5 таблиц, 6 источников.

    Цель  работы - рассчитать надежность системы узла подготовки сырья отделения производства нафталина и мероприятии по обеспечению надежной работы.

    Методы  исследования – составление технологической схемы ее описание; построение дерева отказов и описание возможных отказов; количественный и качественный анализ; применение мероприятий для улучшения надежности; построение новой схемы и нового дерева отказов; количественный и качественный анализ.

    Результатом данного проекта является улучшение  надёжности системы и её качественной работы. 
 
 
 

    НАФТАЛИН, НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМЫ, МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ 

РЕФЕРАТ………………………………………………………………………..2

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………  …….4

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ  СИСТЕМА  И ЕЁ ОПИСАНИЕ…………….…….5

2 КАЧЕСТВЕННЫЙ  АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ………………………….....7

3 КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ  АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ……………………..…..9

4 РАЗРЕШЕНИЕ  МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ

НАДЕЖНОСТИ.....................................................................................................13

5 КАЧЕСТВЕННЫЙ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

НАДЕЖНОСТИ  СИСТЕМЫ ПОСЛЕ ВНЕДРЕНИЯ МЕРОПРОЯТИЙ…..14

ВЫВОД…………………………………………………………………………18

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………………..19 
 
 

    В состав любой технической системы  входит большое количество различных  элементов, отказ одного или нескольких из них может вызвать выход из строя всей системы. По мере усложнения и повышения стоимости систем на стадии конструирования возникает задача синтеза логических структурных схем надежности и оптимизации безотказности.

    Надежность  – это свойство предметов или систем, выдерживать свои параметры в заданных пределах в течение заданного интервала времени.

    Надежность  является внутренним свойством объекта. Оно проявляется во взаимодействии этого объекта с другими объектами  внутри технической системы, а также  с внешней средой, являющейся объектом, с которым взаимодействует сама техническая система в соответствии с ее назначением. Это свойство определяет эффективность функционирования технической системы во времени через свои показатели. Являясь комплексным свойством, надежность объекта (в зависимости от его назначения и условий эксплуатации) оценивается через показатели частных свойств - безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохранности - в отдельности или определенном сочетании.

    Численно  надежность выражается вероятностью безотказной работой. Эта вероятность должна быть не ниже заданного значения, которая для систем обычного назначения составляет 85%.

    Системой  исследования является узел подготовки сырья отделения производства нафталина. Целью данного проекта является определение надежности системы, с помощью математических расчетов и разработка мероприятий по обеспечению надежности работы.

    Рисунок 1.1 – Технологическая схема узла подготовки сырья отделения производства нафталина: 1 – напорный бак; 2 – барабанные кристаллизаторы; 3 – механические кристаллизаторы; 4 – центрифуги; 5 – ловушка; 6 – вентилятор. 

    Нафталиновая  фракция при температуре 85-95 °С из хранилищ склада нафталина и сырья насосом подается в напорные баки (1), а при избытке часть ее передается в хранилище, откуда по мере необходимости также перекачивается в эти напорные баки. Из напорных баков после частичного охлаждения до 70-75 °С фракция поступает в ванны барабанных кристаллизаторов (2), где происходит интенсивная кристаллизация нафталина

в виде корки по наружной поверхности вращающегося барабана,

    С поверхности барабанов корка  нафталина снимается специальными ножами и подается на прессование.

    Образующиеся  в прессах прессовые отеки, содержащие нафталин, подаются в механические кристаллизаторы (3). Откристаллизованная масса из механических кристаллизаторов (3) направляется в центрифуги (4) периодического действия. Здесь происходит отделение каменноугольных масел от смеси нафталина и масел. Масла каменноугольные передаются в другое отделение для переработки, а смесь нафталина и масел возвращаются на прессование.

    Все оборудования прессового отделения расположено в помещении. Поэтому источники выделения нафталина оборудованы системой местной вытяжной вентиляции. Отвод производится из ванны барабанных кристаллизаторов (2) и центрифуг (4). Отвод воздуха, осуществляется с помощью вентилятора (6). Перед вентилятором установлена ловушка (5), в которой происходит отделение крупных кристаллов нафталина от воздуха. Нафталин, периодически удаляемый из ловушки (5), передается на склад, а воздух выбрасывается в атмосферу.

Дерево отказов 

      Отказ системы – это полный выход установки из строя.

    Базовые события соединяются на дереве отказов  с главным событием, с помощью  логических операторов «или» (к отказу системы ведет или отказ элемента 1 или отказ элемента 2 и т.д.) и «и» (к отказу системы ведет одновременный отказ элементов 4.1 и 4.2, и т.д.).

    Описание  возможных аварийных ситуации с  анализом их последствий, рассмотрение предусмотренных технологией методов предотвращения аварий, приведены в таблице 2.1.

    Количественный  анализ включает расчет параметров надежности. Основной количественной характеристикой надежности является коэффициент безопасности (коэффициент готовности) Р_С(t).

    Коэффициент безопасности системы Р_С(t) представляет собой вероятность того, что система в данный момент времени находится в рабочем состоянии.

    Коэффициент безопасности Р_С(t) вычисляется через соответствующие показатели  Р_i базовых элементов.

    При последовательном  соединении двух элементов и более, то есть при  соединении их при помощи оператора «ИЛИ» на дереве отказов, зависимость имеет вид: 

                                                          Р_С = Р₁× Р₂ ,                                             (3.1) 

где  Р_С – надежность всех элементов;

    Р₁,  Р₂ – надежность каждого элемента.

    При параллельном соединении двух элементов или более, то есть при соединении на дереве отказов при помощи оператора «И», зависимость принимает вид: 

                                                     Р_С =  1 – (1-Р₁) × (1-Р₂)                                (3.2) 

    Значение параметров надежности для базовых элементов вычисляются в предположении, что зависимость коэффициента надежности от времени эксплуатации t носит экспоненциальный характер, а элементы находятся на основном участке жизнедеятельности, то есть интенсивность отказов и интенсивность ремонтов – постоянные величины (λ=соnst, µ=соnst).

                                                   Р_i(t) = exp(-lt),                                              (3.3) 

где ехр  – это  экспоненциальная функция;

      l – интенсивность отказов;

      t – время безотказной работы.

    Для восстанавливаемых элементов: 

                                             Р_i(t) = ,                          (3.4) 

 где t – это время без отказной работы элемента;

       m – интенсивность ремонтов за время;

       l – интенсивность отказов;

      ехр – экспоненциальная функция.

    Для расчета надежности системы узла подготовки отделения производства нафталина знаем, что система  невосстанавливаемая и работает беспрерывно 15 лет.

      Для расчетов потребуется интенсивность отказов, которую берем из таблицы 3.1.

    t = 15×365×24= 131400 час

    Расчет  надежности каждого элемента системы:

    Р₁ = е^{-0,03×10-4×131400} = 0,67 (67%)

    Р₂ = е^{-10-6×131400} = 0,88 (88%)

    Р₃ = е^{-10-7×131400} = 0,97 (97%)

    Р₄ = е^{-5×10-5×131400} = 0,0014 (0,14%)

    Р₅ = е^{-10-7×131400} = 0,97 (97%)

    Р₆ = е^{-2,5×10-4×131400} = 5,4×10^-15

    Расчет  надежности всей системы:

    Р_С = [1- (1-0,67)] × [1- (1-0,88) × (1-0,88) × (1-0,88)] × [1- (1-0,97) × (1-0,97)] × [1- (1-0,0014) × (1-0,0014)] × [1- (1-0,97)] × [1- (1-5,4×10^-15)] =1,9×10^-11

    Результаты  расчетов надежности записаны в таблице 3.2 
 
 

    В данной технологической схеме ненадежной является 3 из 6 элементов. Для этих трех элементов разрабатываются и применяются следующие мероприятия по повышению надежности:

1. Установить новый напорный бак (1.1) и резервировать его дублирующим напорным баком (1.2) со временем работы t=0,5года.
2. Поменять старые центрифуги (4.1, 4.2) на новые и сделать их ремонтируемыми, а так же резервировать их дублирующей центрифугой (4.3) со временем работы t=0,5года.
3. Заменить старый вентилятор (6.1) на новый, сделать его ремонтируемым и добавить ещё один резервный дублирующий вентилятор (6.2) со временем работы t=0,5года.

    Изменения показаны в новой технологической  схеме.

    Рисунок 5.1 – Технологическая схема узла подготовки сырья отделения производства нафталина: 1.1 – новый напорный бак; 1.2 – резервный дублирующий напорный бак; 2 – барабанные кристаллизаторы; 3 – механические кристаллизаторы; 4.1 – новая центрифуга;  4.2 – новая центрифуга; 4.3 – резервная дублирующая центрифуга;  5 – ловушка; 6.1 – новый вентилятор; 6.2 – резервный дублирующий вентилятор.

           Для расчетов потребуется интенсивность отказов, которую берем из таблицы 5.1.

    Таблица 5.1 – Исходные данные

           Рассчитаем время (t) в часах:

        t = 0,5×365×24= 4380 час

    Расчет  надежности элементов (1.1) с заменой  его и применение резервного дублирующего элемента (1.2):

    Р_1.1 = Р _1.2 = 1 – Q_1.1 ×  Q_1.2,

    где Q- вероятность отказа.

    Р1.1 = Р 1.2 = 1 – 0.01×0.01=0.99

    Расчет  элементов без применения каких-нибудь мер, так как их надёжности равны:

    Р₂ = е^{-10-6×131400} = 0,88 (88%)

    Р₃ = е^{-10-7×131400} = 0,97 (97%)

    Р₅ = е^{-10-7×131400} = 0,97 (97%)

    Расчет  надежности элементов (4.1) и (4.2) с заменой их на новые, применение  резервного дублирующего элемента (4.3) с восстановлением:

    Р₄= (10×10^-2/(10×10^-2 + 5×10^-5)) + [(5×10^-5/(10×10^-2 +10×10^-2)) е^{-(10×10-2 + 5×10-5)4380}]= 0,99

    Расчет  надежности элемента (6.1) с заменой  его на новый, применение  резервного дублирующего элемента (6.2) с восстановлением:

    Р₄= (10^-2/(10^-2 + 2,5×10^-4)) + [(2,5×10^-4/(10^-2 +10^-2)) е^{-(10-2 + 2,5×10-4)4380}]= 0,97

    Расчет  надежности системы после внедрения  мероприятий по повышению надежности:

    Р_С = [1- (1-0,99) × (1-0,99)] × [1- (1-0,88) × (1-0,88) × (1-0,88)] × [1- (1-0,97) × (1-0,97)] × [1- (1-0,99) × (1-0,99) ×(1-0,99)] × [1- (1-0,97)] × [1- (1-0,97) × (1-0,97)] = 0,9999 + 0,9983 + 0,999 + 0,9995 + 0,972 + 0,9991 = 0,97 (97%)

    Результаты  расчетов надежности после внедрения мероприятий по повышению надежности, записаны в таблице 5.2 
 
 
 

    В данном курсовом проекте приобретены навыки расчета параметров надежности технологической схемы,  разработаны мероприятия по повышению надежности системы, после которых система соответствует предъявленным требованиям.

    В случае данного проекта, схема узла подготовки отделения производства нафталина до внедрения мероприятий по повышению надежности имела время  работы 15 лет и была без восстановления. И дало очень ненадежную систему. Надежность 3 ее элементов из 6 была очень низка. Из чего сделан вывод, что нужно принять мероприятия для улучшения надежности:

1. Установить новый напорный бак (1.1) и резервировать его дублирующим напорным баком (1.2) со временем работы t=0,5года.
2. Поменять старые центрифуги (4.1, 4.2) на новые и сделать их ремонтируемыми, а так же резервировать их дублирующей центрифугой (4.3) со временем работы t=0,5года.
3. Заменить старый вентилятор (6.1) на новый, сделать его ремонтируемым  и добавить ещё один резервный дублирующий вентилятор (6.2) со временем работы t=0,5года.

    После принятых мероприятий надежность системы значительно увеличилась Р_С =0,97. Это значит, что система соответствует необходимым требованиям и оправдывает свою эксплуатацию.

1. Бобров  В.И. Надежность технических систем. - М: МГУП, 2004. - 236с.
2. Схиртладзе А.Г., Уколов М.С., Скворцов А.В. Надежность и диагностика технологических систем. – М.: Новое знание, 2008. – 518с.
3. Артаманов В.И. Производство нафталина,-М., «Химия», 1983. - 230С.
4. Половко А.М., Маликов И.М., Жигарев А.Н., Зарудный В.И. Сборник задач по теории надёжности. - М.: Советское радио, 1977. - 408 С.
5. Надежность технических систем: Справ./Ю.К. Беляев, B.А. Богатырев, В, В. Болотин и др.; Под ред. И.А. Ушакова. М.: Радио и связь, 1983. -608с.
6. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Основы надежности природоохранных объектов»,  Кравец В.А. – Донецк: УкрНТЭК. 2001.-16с.