Основные задачи теории надёжности, технического диагностирования и анализа риска.

АКАДЕМИЯ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ

 

 

Кафедра

«Устойчивости экономики и систем жизнеобеспечения»

                 Дисциплина

 

«Надёжность технических систем и техногенный риск»

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Анализ надежности и риска сложной технической системы -

установки для низкотемпературной обработки природного газа»

                                                                     

Выполнил: курсант 261 учебной группы                                              Богуно в Е.К.                                                        Проверил: _________________________                                                                             «____»____________ 20___ г.   Химки-2020г.

 

 

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ.. 3

ГЛАВА 1.ТЕОРИЯ.. 4

1.1. Основные задачи теории надёжности, технического диагностирования и анализа риска. 4

1.2. Принципы построения и расчёта структурной схемы. 6

1.3. Расчёт показателей диагностической модели. 8

1.4.Этапы анализа риска. Особенность построения «дерева событий» и «дерева отказов». 8

ГЛАВА 2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ. 11

2.0. Исходные данные. 11

2.1. Определение вероятности безотказной работы [R(t)] 12

2.2. Резервирование. 15

2.3. Наработка до отказа. 19

2.4. Составление диагностической модели. 20

ГЛАВА 3. ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗА РИСКА.. 21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 24

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ: 25

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире важную роль играет производство, которое в последние годы модернизируется и увеличивает свои масштабы. Помимо удовлетворения потребностей человека, производство выступает одним из главных источников, появления несчастных случаев, аварий и катастроф.
 Обеспечения безопасности, является важным аспектом в производстве.

Решение этой проблемы требует анализирование и разработку мероприятий, по повышению безопасности. В свою очередь, анализ аспектов техногенного воздействия, связан с рассмотрением технических систем, так как возникновение и проявление отказов, является причиной развития техногенных чрезвычайных ситуаций.

Целью данной курсовой работой является рассмотрение вопросов надежности, связанных с оценкой показателей безотказности установки для низкотемпературной обработки природного газа, определением путей обеспечения характеристик безотказности, анализом вопросов ремонтопригодности, анализом условий возникновения техногенных аварии, разработкой рекомендаций по снижению риска, составлением плана контроля опасного производственного процесса.

Процесс эксплуатации потенциально опасной промышленной установки сопровождается возникновением большого числа отказов. Для решения задачи поиска неисправностей будет использован последовательный метод диагностирования.

 

ГЛАВА 1.ТЕОРИЯ

Задачи анализа риска:

Предоставить лицам, принимающим решения:

- объективную информацию о состоянии промышленной безопасности объекта;

- сведения о наиболее опасных, "слабых" местах с точки зрения безопасности;

- обоснованные рекомендации по уменьшению риска.

Использовать:

- при декларировании промышленной безопасности ОПО;

- экспертизе промышленной безопасности;

- страховании;

- экономическом анализе безопасности по критериям "стоимость – безопасность – выгода";

- оценки воздействия на окружающую среду.

Анализ риска может быть определен как процесс решения сложной задачи, требующий рассмотрения широкого круга вопросов и проведения комплексного исследования и оценки технических, экономических, управ­ленческих, социальных, а в ряде случаев и политических факторов.

 

Принципы построения и расчёта структурной схемы.

Под структурной схемой понимается наглядное представление (графическое или в виде логических выражений) условий, при которых работает или не работает исследуемый объект (система, устройство и т.д.), то есть показывать взаимовлияние элементов друг на друга для объяснения условий работоспособности системы.

Дерево событий (ДС)

       Конструкция дерева, показывающая последовательность и хронологическую связь между инициирующими и последующими событиями, важна для систем безопасности. Для количественного анализа используются вероятности событий; знание отказов оборудования и нарушений в системе; знание систем безопасности, включая механизмы аварийного отключения; привлекаются 2 – 4 опытных специалиста.

    Результаты метода представляются в форме диаграмм последовательности событий, ведущим к авариям с ожидаемой вероятностью.

 

Дерево отказов (ДО)

Деревья отказов являются сложными логическими структурами. Они состоят из последовательностей событий, которые ведут к отказам системы или происшествию. Нежелательное событие в структуре дерева отказов помешается сверху (конечное событие) и соединяется с рядом элементарных исходных отказов путем констатации событий и логических символов. Главное преимущество дерева отказов по сравнению с другими методами, заключается в том, что анализ ограничивается выявлением только тех элементов системы и событий, которые приводят к данному конкретному отказу системы или аварии.

ГЛАВА 2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Постановка задач

По условию темы 1, из 5 скважин, 3 обеспечивают работоспособность (основные), следовательно, 2 резервные (5-3=2), служат резервом для каждой из основных скважин (раздельное резервирование). Но так как для подключения к теплообменнику газ должен находиться в рабочем состоянии, то есть предварительно очищен за счет сепаратора 2, то необходимо к каждой из 5 скважин подключить и сепараторы. К каждой скважине подключен сепаратор для обеспечения совместной работы, где при отказе скважины работа не имеет смысла и наоборот. Для прохождения дальнейшего технологического цикла, требуется работа прямоточного рекуперативного теплообменника 3 для каждой скважины, следовательно, 3 теплообменника 3 соединены в структурной схеме последовательно. Коллектор 4 и турбодетандер 5 входят в систему последовательно, потому что в них происходит понижение температуры газа; его очистка происходит в сепараторе 7, который так же подключен последовательно, т.е. отказ любого вызывает отказ системы. Газ после сжатия проходит в коллектор 8, после отказа коллектора работа системы нецелесообразна, поэтому он подключен последовательно. Коллектор 9 необходим для работы установки для низкотемпературной обработки природного газа, поэтому он тоже подключен последовательно. Управляемый кран 10, привод 11 и противоточный рекуперативный теплообменник подключены последовательно. Таких комплекта три, между собой они соединены параллельно. Объект обеспечивает выполнение заданных технических требований, если работают 3 скважины из 5 разработанных, значит, три скважины соединены последовательно и к ним подключены параллельно еще две соединённых последовательно скважины.

Исходные данные

R(t) _зад = 0,987

t_экспл = 4 лет

Элементы схемы	Интенсивность отказов элементов системы l, [1/год]	t [мин.] – поиска неисправности элемента
1	0,00011	10
2	0,00044	22
3	0,00062	12
Элементы схемы	Интенсивность отказов элементов системы l, [1/год]	t [мин.] – поиска неисправности элемента
4	0,00004	34
5	0,00080	26
6	0,00054	15
7	0,00069	20
8	0,00004	34
9	0,00004	34
10	0,00039	50
11	0,00036	30

2.1. Определение вероятности безотказной работы [R(t)]

 

Вычисления проводим по основному закону Надежности 

с нахождением R(t), определим вероятность отказа 

Рассчитаем вероятность безотказной работы и вероятность отказа и составим таблицу для данных значений.

Для расчета R(t) нам потребуются следующие исходные данные:

l- Интенсивность отказа;

t- время эксплуатации

e = 2,718

4

 

Внесем данные в таблицу 

Элементы схемы	Интенсивность отказов λ [1/год]	Вероятность безотказной работы R(t)	Вероятность отказа Q(t)
1	0,00011
2	0,00044
3	0,00062
4	0,00004
5	0,00080
6	0,00054
7	0,00069
8	0,00004
9	0,00004
10	0,00039
11	0,00036

Условие работоспособности 3 скважины из 5 следовательно 3 скважины последовательно соединены.

Резервирование

        Для повышения вероятности безотказной работы системы используется раздельное резервирование. Для этого необходимо разделись нашу схему на 13 участков, чтобы вычислить вероятность безотказной работы системы - R_с. Найдем вероятность безотказной работы R(t) на каждом участке.

В первую очередь определим приблизительное значение R(t) каждого участка, учитывая заданное значение R(t) _зад = 0,987.

9

4

5

6

7

8

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

1

2

10-3

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

XIII

X IV

 

 

                                                                                
                                                                                           Рисунок 3

 

                                R _уч (t) =

где, N – количество участков функциональных элементов.

Зная, R _уч (t), до которого нам необходимо производить резервирование каждого участка, начинаем расчеты.

I участок.

 

 Резервирование не требуется т.к. R_I (t) > R _уч (t)

Исходя из схемы участки I, III,  одинаковые, поэтому расчеты будут аналогичны как для I участка. Следовательно, резервирование не требуется.

 

II участок

R_II (t) = 0.99752

Резервирование требуется т.к. R_II (t) < R _уч

Для определения числа резервных элементов m_o, обеспечивающих заданную вероятность безотказной работы, используется формула:

- вероятность безотказной работы i – го участка                             

 

 

Исходя из  схемы участки II, IV, VII одинаковые, поэтому расчеты будут аналогичны как для II участка. Следовательно,  нам нужно добавить 1 резервный элемент на этих участках.

 

V участок

 

 Резервирование  требуется т.к. R_V (t) < R _уч (t)

Нам необходимо добавить 1 резервный элемент на этом участке.

 

VI участок

 

 Резервирование требуется т.к. R_VI (t) < R _уч (t)

Нам необходимо добавить 1 резервный элемент на этом участке.

VIII участок

R_VIII (t) = 0.99984

Резервирование требуется т.к. R_VIII (t) < R _уч

Нам необходимо добавить 1 резервный элемент на этом участке.

IX участок

R_IX (t) = 0.99784

Резервирование требуется т.к. R_IX (t) < R _уч

Нам необходимо добавить 1 резервный элемент на этом участке.

X участок

R_X (t) = 0.99784

Резервирование требуется т.к. R_X (t) < R _уч

Нам необходимо добавить 1 резервный элемент на этом участке.

XI участок

 

 Резервирование  требуется т.к. R_XI (t) < R _уч (t)

Нам необходимо добавить 1 резервный элемент на этом участке.

XII участок

 

 Резервирование требуется т.к. R_XII (t) < R _уч (t)

Нам необходимо добавить 1 резервный элемент на этом участке.

XIII участок

 

 Резервирование не требуется т.к. R_XIII (t) > R _уч (t)

 

XIV участок

 

 Резервирование требуется т.к. R_XIV (t) < R _уч (t)

Нам необходимо добавить 1 резервный элемент на этом участке.

      Рассчитаем  после резервирования

    =

 

 = 0,99999

=

 0,99982

Вывод: После резервирования, вероятность безотказной работы соответствует заданной, т.е. , (0,99982 > 0,987). С помощью метода раздельного резервирования, мы добились повышения вероятности безотказной работы системы .

Наработка до отказа

Наработка до отказа определяется по формуле:

 = (t) dt =

Т_О = dt

T_O =  * (  *  (
dt

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе курсовой работы было рассмотрено такие вопросы, как основные задачи теории надёжности, технического диагностирования и анализа риска, принципы расчёта структурной схемы, расчёт показателей диагностической модели, этапы анализа риска.

В расчётной части курсовой работы я разработал схему соединения по надёжности элементов КС, оценил вероятность безотказной работы системы на временном интервале t=4 года, она равна R_с(t)= 0,938736, определил среднюю наработку до отказа системы Т₀= 54.384 года. Отработал предложение по повышению надёжности системы введением раздельного резервирования, после чего вероятность безотказной работы системы увеличилась с R_с(t)= 0,938736 до R^’_с(t)= 0,99982, что удовлетворяет нашему условию R_зад(t)=0,991. Разработал диагностическую модель неисправностей комбинационного типа. Провел анализ риска, построил «дерево событий» и «дерево отказов» и предложил ряд мероприятий по повышению надёжности функционирования КС.

 

 

 

Список использованной литературы:

1. Воскобоев В.Ф. "Надёжность технических систем. Оценка показателей надёжности элементов и систем", Новогорск 2002;

2. В.Ф. Воскобоев «Основы теории надежности и управления качеством», Химки 2012.

3.Воскобоев В.Ф. «Надёжность технических систем и техногенный риск.

 Часть 1. Надежность технических систем», Химки 2019.

 

АКАДЕМИЯ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ

 

 

Кафедра

«Устойчивости экономики и систем жизнеобеспечения»

                 Дисциплина

 

«Надёжность технических систем и техногенный риск»

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Анализ надежности и риска сложной технической системы -

установки для низкотемпературной обработки природного газа»

                                                                     

Выполнил: курсант 261 учебной группы                                              Богуно в Е.К.                                                        Проверил: _________________________                                                                             «____»____________ 20___ г.   Химки-2020г.

 

 

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ.. 3

ГЛАВА 1.ТЕОРИЯ.. 4

1.1. Основные задачи теории надёжности, технического диагностирования и анализа риска. 4

1.2. Принципы построения и расчёта структурной схемы. 6

1.3. Расчёт показателей диагностической модели. 8

1.4.Этапы анализа риска. Особенность построения «дерева событий» и «дерева отказов». 8

ГЛАВА 2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ. 11

2.0. Исходные данные. 11

2.1. Определение вероятности безотказной работы [R(t)] 12

2.2. Резервирование. 15

2.3. Наработка до отказа. 19

2.4. Составление диагностической модели. 20

ГЛАВА 3. ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗА РИСКА.. 21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 24

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ: 25

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире важную роль играет производство, которое в последние годы модернизируется и увеличивает свои масштабы. Помимо удовлетворения потребностей человека, производство выступает одним из главных источников, появления несчастных случаев, аварий и катастроф.
 Обеспечения безопасности, является важным аспектом в производстве.

Решение этой проблемы требует анализирование и разработку мероприятий, по повышению безопасности. В свою очередь, анализ аспектов техногенного воздействия, связан с рассмотрением технических систем, так как возникновение и проявление отказов, является причиной развития техногенных чрезвычайных ситуаций.

Целью данной курсовой работой является рассмотрение вопросов надежности, связанных с оценкой показателей безотказности установки для низкотемпературной обработки природного газа, определением путей обеспечения характеристик безотказности, анализом вопросов ремонтопригодности, анализом условий возникновения техногенных аварии, разработкой рекомендаций по снижению риска, составлением плана контроля опасного производственного процесса.

Процесс эксплуатации потенциально опасной промышленной установки сопровождается возникновением большого числа отказов. Для решения задачи поиска неисправностей будет использован последовательный метод диагностирования.

 

ГЛАВА 1.ТЕОРИЯ

Основные задачи теории надёжности, технического диагностирования и анализа риска.

Теория надежности – научная дисциплина, изучающая закономерности сохранения во времени техническими системами свойства выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта и транспортирования. Основные задачи, которые изучает теория надежности, следующие:

· Отказы технических элементов (средств, систем);

· 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 повышения надежности.

Техническая диагностика (ТД) –  отрасль знаний, исследующая техниче­ские состояния (ТС) объектов диагностирования и проявления ТС, разрабаты­вающая методы их определения, а также принципы построения и организацию использования систем диагностирования.

Объект технического диагностирования (ОД) – изделие или его составные части, ТС которых подлежит определению.

Техническое диагностирование – процесс определения технического состояния с определённой точностью. Здесь под точностью понимают требуемую детализацию в определении места и состава неисправностей. Эта детализация называется глубиной поиска или глубиной диагноза, является характеристикой поиска. Она задаётся указанием составной части объекта диагностирования (ОД) или его участка, с точностью до которого определяется место неисправности (отказа). Глубина поиска неисправностей задаётся, как правило, в виде конструктивно законченного элемента, который называют функциональным элементом (ФЭ).

 

Система технического диагностирования (СТД) – совокупность средств и ОД и, при необходимости, исполнителей, подготовленная к диагностированию или осуществлению его по правилам, установленным технической документацией. 

Система технического диагностирования в настоящее время решает следующие задачи:

1. Проверка исправности (работоспособности) технических систем, как в совокупности объектов, так и каждого объекта в отдельности;

2. Обнаружение и поиск неисправного (неработоспособного) ФЭ с заданной глубиной;

3. Прогнозирование технического состояния;

4. Контроль правильности действий оператора или экипажа при эксплуатации;

5. Информирование оператора о возникновении технических состояний, влияющих на безопасность использования и эффективность применения;

6. Реконфигурация структуры технической системы в случае обнаружения отказа;

7. Накопление и обобщение статистических данных в интересах совершенствования системы эксплуатации и ремонта.

Рассмотрение основных задач, решаемых СТД, позволяет выделить цель диагностирования, сводящуюся к необходимости определения технического состояния с заданной подробностью.

 

Риск – неотъемлемый компонент жизнедеятельности человека, присущий ей с самого рождения цивилизации. Статистика чрезвычайных ситуаций в Российской Федерации свидетельствует об увеличении количества и росте тяжести последствий крупных аварий, катастроф и стихийных бедствий. В этой связи решение весьма важной проблемы предупреждения ЧС возможно лишь при наличии надёжного прогноза (оценки) природных и техногенных рисков, что предполагает наличие соответствующего методического аппарата. К настоящему времени сложились основы самостоятельного научного направления – теории анализа риска, в рамках которого разработаны методы анализа риска крупных производственных аварий, стихийных бедствий и катастроф.

 

Анализ риска, или риск-анализ (risk analysis), — процесс идентификации опасностей и оценки риска для отдельных лиц, групп населения, объектов, окружающей природной среды и других объектов рассмотрения.

Задачи анализа риска:

Предоставить лицам, принимающим решения:

- объективную информацию о состоянии промышленной безопасности объекта;

- сведения о наиболее опасных, "слабых" местах с точки зрения безопасности;

- обоснованные рекомендации по уменьшению риска.

Использовать:

- при декларировании промышленной безопасности ОПО;

- экспертизе промышленной безопасности;

- страховании;

- экономическом анализе безопасности по критериям "стоимость – безопасность – выгода";

- оценки воздействия на окружающую среду.

Анализ риска может быть определен как процесс решения сложной задачи, требующий рассмотрения широкого круга вопросов и проведения комплексного исследования и оценки технических, экономических, управ­ленческих, социальных, а в ряде случаев и политических факторов.