Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы и выбор метода оценки работоспособности ХТС 16
1.1 Надежность аппаратов и ХТС 16
1.1.1 Развитие надежности, как научно-технического направления 18
1.1.2 Термины и определения. Значение надежности 20
1.1.3 Основы математического аппарата теории надежности 24
1.1.4 Системные методы обеспечения надежности систем 26
1.1.5 Методы расчета надежности систем 28
1.1.6 Методы обеспечения надежности систем 32
1.1.7 Прогнозирование надежности на стадии проектирования 35
1.2 Оптимизация реакторов и ХТС 36
1.2.1 Алгоритм проведения оптимизации 37
1.2.2 Оптимизация ХТС в целом на устойчивость работы 42
1.3 Выводы 47
Глава 2. Методика оценки работоспособности ХТС 49
2.1 Термины и определения 49
2.2 Введение понятия случайности 52
2.3 Место метода оценки работоспособности ХТС 53
2.4 Гипотезы и предпосылки метода 54
2.5 Алгоритм проведения оценки работоспособности ХТС
2.5.1 Исходные данные 55
2.5.2 Установление множества заданных параметров 57
2.5.3 Упрощение технологической схемы ХТС 58
2.5.4 Разработка математической модели ХТС 58
2.5.5 Установление множества внешних воздействий з
2.5.6 Разработка алгоритма расчета каждого заданного параметра в зависимости от всех внешних воздействий 62
2.5.7 Обоснование методики и организации численного эксперимента 63
2.5.8 Проверка адекватности модели и анализ полученных результатов 65
2.6 Выводы 67
Глава 3. Организация численного эксперимента 68
3.1 Исходные данные 69
3.1.1 Общая характеристика производства 69
3.1.2 Описание технологической схемы и нормы технологического режима ...
3.2 Установление множества заданных параметров 77
3.3 Формализация математической модели
3.3.1 Отделение обжига сырья и очистки обжигового газа 79
3.3.2 Контактное отделение 84
3.3.3 Абсорбционное отделение 86
3.3.4 Теплообменная аппаратура 3.4 Установление множества внешних воздействий 93
3.5 Организация и проведение численного эксперимента 98
Глава 4. Анализ результатов численного эксперимента 103
4.1 Вероятность работоспособности в зависимости от всех внешних воздействий 103
4.2 Определение влияния отдельных внешних воздействий и их групп на вероятность работоспособности ХТС 106
4.3 Обсуждение полученных результатов 111
Выводы... 113
Библиографический список. 115
Приложения
- Развитие надежности, как научно-технического направления
- Место метода оценки работоспособности ХТС
- Описание технологической схемы и нормы технологического режима
- Определение влияния отдельных внешних воздействий и их групп на вероятность работоспособности ХТС
Введение к работе
Цель представленной работы - разработать новые элементы инструментария метода оценки работоспособности химико-технологических систем (ХТС). При этом решались следующие задачи:
Провести систематизацию существующих методов определения надежности ХТС и выбрать метод, позволяющий определить надежность ХТС на пред-проектной стадии разработки, т.е. последней стадии системного анализа ХТС.
Доказать объективность выбранной методики и ее информативность.
Предложить, развить и апробировать предложенные элементы инструментария выбранного метода.
Для осознания необходимости проведения исследования работоспособности ХТС достаточно даже укрупнено рассмотреть положение дел в химической промышленности в эпоху ее расцвета.
В [57] приводятся данные, что химическая отрасль ни разу за всю историю существования СССР не выполнила ни годовых, ни пятилетних планов и работала примерно на 70% от своих проектных возможностей. Основная причина такого положения дел - внезапные, внеплановые остановки производства, приводящие к длительным простоям.
Там же дается анализ обстоятельств, приводящих к остановке и простою ХТС, позволяет различить их по происхождению. Оказывается, 50-75 % причин остановки и простоя производств обусловлены социально-организационными явлениями и только 25-50 % причин связаны с научно-техническими обстоятельствами разработки и создания ХТС. Именно последние и стали предметом изучения в представленной диссертации.
В интервью министра химической промышленности СССР Л.А. Костандова журналу «Химия и жизнь» на вопрос журналиста о первоочередных проблемах отрасли министр ответил: «Я назвал бы две проблемы: аппаратурное оформле-
ниє химических производств и проблему качества. Очень часто мы не можем поставить на службу народному хозяйству ценные научные работы только потому, что сталкиваемся с огромными трудностями в практическом их оформлении - в виде надежно разработанной технологии и современной аппаратуры [64]. Для химии - больше, чем для какой-нибудь другой отрасли хозяйства -жизненно необходима тесная связь или, если хотите, постоянная преемственность между учеными, с одной стороны, и технологами, машиностроителями -с другой».
В работах профессора МИХМа И.Б. Жилинского [70, 75] эта же мысль была конкретизирована: «Надежность механических свойств не может полностью характеризовать качественную сторону функционирования оборудования химических производств, ибо работоспособность оборудования в данном случае определяется и характером параметров, необходимых для совершения тех или иных процессов, т.е. параметрической надежностью».
Сразу стоит отметить, что под словом «надежность» сегодня, как правило, понимается некоторое свойство объекта с позиции машиностроителя, который изучает де градационные, деструктивные процессы в деталях, узлах, элементах аппаратов (коррозия, износ, усталостные явления, вибрация, усталостные напряжения и т.д.). Здесь создан, ставший на сегодняшний день традиционным, мощный научный аппарат расчета показателей надежности элементов. Развитие этого аппарата началось в 50-е годы с работ Б.В. Гнеденко [9, 21], далее он развивался работниками школы В.В. Кафарова [24, 25, 83] и школы И.Б. Жилинского [70, 75], сейчас над ним плодотворно работает B.C. Шубин [71, 72, 75, 76].
Необходимо отметить, что существующие методы расчета надежности систем проводятся исходя из того, что показатели надежности элементов, составляющих схему заранее известны. Но такие данные не всегда доступны, а для некоторых аппаратов попросту не существуют. Также возникает вопрос, а бу-
дут ли показатели надежности для одного и того же элемента независимыми от того, в какой участок схемы он включен?
В тоже время в литературе весьма мало публикаций по проблеме технологической надежности и работоспособности химико-технологических систем, на сегодняшний день, в основном известны исследования, начатые И.Б. Жилин-ским и его коллегами в МИХМе.
Для проведения оценки работоспособности ХТС, после систематического изучения современного состояния проблемы, был выбран вариант метода, предложенный Н.Н. Прохоренко [37], позволяющий провести оценку работоспособности ХТС еще на предпроектной стадии разработки.
Для демонстрации возможностей метода и его дальнейшего развития заведомо была выбрана хорошо изученная линия производства серной кислоты методом двойного контактирования и двойной абсорбции (ДКДА) из серного колчедана, мощностью 360000 т/год мнг (моногидрата). В литературе достаточно информации по работе аналогичных производств, что позволит нам сопоставить полученные в результате исследования данные с накопленным опытом по эксплуатации существующих производств.
Например, в работе Орлова М.А. и др. [31] проведен сравнительный анализ уровня надежности однотипных производств серной кислоты из колчедана (Череповецкого химического завода, Мелеузовского химического завода, Дорогобужского завода азотных удобрений), основываясь на статистическом материале. Выявлена группа аппаратов, технический уровень которых существенно снижает надежность производства в целом. Приведены количественные показатели надежности технологических отделений и отдельных аппаратов систем. Указаны основные пути повышения надежности сернокислотного производства в целом.
В нашем Dice исследовании, мы намерены провести оценку работоспособности ХТС, считая, что проводим его на предпроектной стадии, следовательно, мы заранее не обладаем никакой статистической информацией.
При выполнении работы (в частности при создании программы расчета)
пришлось обращаться к сторонним специалистам. В связи с этим хочется вы
разить благодарность Эвенчику С.Д. (ГИПРОХИМ) за предоставление проекта
линии производства серной кислоты; Мишину Н.И. за неоценимую помощь в
создании программы расчета вероятности работоспособности.
Развитие надежности, как научно-технического направления
Исторически сложилось так, что надежность свое развитие получила в конце 50-х годов XX века в связи с решением крупных задач в области металлургии, авиационной и электронно-вычислительной техники, атомной и космической промышленности, химической и родственных отраслей и ряда других.
Каждый случай непредвиденной остановки ХТС вызывает огромные убытки, причем убытки связаны не только с тем, что значительное время оборудование простаивает в ремонте и поэтому имеет место недовыработка соответствующей продукции, а также и с тем, что к восстановлению привлекается значительное количество ремонтного персонала, что требует дополнительных затрат.
Кроме этого, отказы оборудования ХТС могут привести не только к экономическим, но и к экологическим, а также социальным потерям.
С середины 80-х годов появилась задача о возможности эксплуатации оборудования, введенном в строи в 60-70-х годах XX столетия, - так называемая «большая химия». Это послужило толчком к разработке и развитию методик по оценке остаточного ресурса оборудования, которые учитывали бы все многообразие факторов, отражающих де градационные процессы, приводящие к выходу оборудования из работоспособного состояния.
Существует два пути оценки надежности оборудования и систем [72]: статистическая обработка экспериментальных данных о надежности и аналитическое вероятностное представление закономерностей химических процессов, протекающих в объектах. Второй путь, естественно, обходится много дешевле.
Очень важной задачей является решение проблемы повышения надежности технического объекта с помощью методов прогнозирования показателей надежности на стадии проектирования. Определение количественных характеристик при проектировании позволит выбрать оптимальные варианты технических решений и конструктивных исполнений элементов и всего объекта и, следовательно, управлять формированием надежности объекта при его разработке и изготовлении.
На стадии эксплуатации надежность должна поддерживаться за счет разработки эффективной системы технического обслуживания и ремонта.
Понятие надежность тесно связано с понятием качества. Затраты на обеспечение качества продукции на сегодняшний день распределяются следующим образом: 1 На предупредительные мероприятия (анализ производственных процессов, исследование в области надежности, создание системы сбора информации, содержание управленческого аппарата по качеству продукции и др.) 5-10%; 2 На оценку качества продукции (входной контроль, проведение текущего контроля и испытаний, содержание контрольно-измерительной лаборатории и т.д.) 16-32%; 3 Мероприятия, связанные с браком (анализ дефектов, исправление дефектов, потери от брака, изготовление деталей взамен дефектных, содержание станций обслуживания и т.д.) 79-58%. Значительный вклад в развитие надежности в машиностроении внесли работы академиков Н.Г. Бруевича и Б.В. Гнеденко [9, 21], А.Д. Соловьева, Н.Н Йц-ковича, И.А. Ушакова [39, 48, 49, 50, 51] и многих других, в том числе зарубежных ученых. Следует также отметить работы М.Г. Акопова [1, 2, 3], читав 18 шего лекции по надежности систем (на примере систем авиационного оборудования) в МИТХТ им. М.В. Ломоносова. Особое внимание следует уделить работам д.т.н. И.Б. Жилинского [70, 75], проводимых в МИХМе на кафедре «Конструирование аппаратов химических производств», где была создана группа надежности, которая занялась реализацией возникших задач надежности как в области образования (подготовке специалистов), так и в промышленности. 1.1.1 Развитие надежности, как научно-технического направления Уже в начале века для обеспечения надежности использовали «запасы» прочности. Однако такой «запас» часто приводил к увеличению габаритов и массы изделий и соответственно к дополнительному расходу материалов. Стремление уменьшить нежелательные эффекты стимулировало изучение реальных нагрузок на изделие в эксплуатации, несущей способности материалов и конструкции, процессов изменения их состояния вследствие старения, усталости и других факторов. Основой для решения задач по обеспечению надежности явились теория вероятностей и математическая статистика. На их базе уже в 30-е годы установлена статистическая природа коэффициентов запаса прочности и сформулировано понятие отказа как превышение нагрузки над прочностью. В нашей стране программа электрификации дала толчок развитию идеи «резервирования» при параллельном использовании генераторов и трансформаторов в процессе создания энергосистем, обеспечивающих бесперебойное снабжение электроэнергией всех отраслей народного хозяйства.
Полуэмпирические подходы к обеспечению надежности перестали удовлетворять производственную практику, связанную с необходимостью уменьшения массы и габаритов аппаратуры, сокращением сроков проектирования и внедрения образцов новой техники.
Научно-техническое направление «надежность» прошло в своем развитии несколько этапов [73]. Первый этап: был связан с выяснением причин отказов оборудования. Решались следующие вопросы: - каковы основные причины ненадежности элементов и имеются ли пути их устранения? - существуют ли способы создания надежных систем из ненадежных элементов и можно ли прогнозировать надежность проектируемой системы?
Ответ на поставленные вопросы потребовал изучения влияния на отказы эксплуатационных факторов - температуры, среды и пр. В результате был собран богатый статистический материал для оценки характеристик надежности элементов и зависимости ее от нагрузок.
Место метода оценки работоспособности ХТС
Автор определяет следующую область применимости для представленного метода: 1 Предпроектная стадия создания новых технологий (появляется возможность избежать ненужных затрат на проектные работы, тем более, после того как проект готов и что-либо изменить для повышения вероятности работоспособности практически невозможно). 2 Предпроектная стадия модернизации или реанимации ХТС. 3 Реклама разработанных ХТС на рынке технологий. 4 Защита инвесторов от неплатежей заёмщика капитала. В данной работе мы попытаемся достигнуть новой цели: расширить инструментарий метода, чтобы получить возможность повысить вероятность работоспособности ХТС на стадии ее разработки.
1 Все социально-организационные причины внезапных остановок ХТС не рассматриваются.
2 Проектные работы, изготовление оборудования и монтаж проведены на уровне высочайшего качества. Все рассматриваемое оборудование не имеет ни явных, ни скрытых дефектов.
3 Обслуживающий персонал грамотен, квалифицирован, неукоснительно выполняет условия технологического регламента и правила техники безопасности.
4 Метод экспертизы работоспособности ХТС базируется на стационарном приближении. Это означает, что при разработке математической модели ХТС не рассматриваются переходные процессы, динамика химических и фазовых превращений, динамика процессов переноса субстанции.
5 В наше рассмотрение не входят деградационные, деструктивные процессы. Таким образом, мы не занимаемся надежностью в том виде, как она представлена в машиностроении.
Следствие все полученные количественные результаты (вероятность работоспособности ХТС и ее частей) являются максимальными, т.к. при учете всех выше перечисленных факторов эти значения будут явно ниже рассчитываемых по предлагаемой методике.
Для оценки работоспособности необходимо иметь исходные данные на проектирование, сборочные чертежи нестандартного оборудования, характеристики тягодутьевых средств и насосов. Это минимум для начала экспертизы.
Особое внимание надо обращать на раздел "Физико-химические свойства сырья, промежуточных и конечных продуктов". Там должны быть представлены зависимости свойств от температуры, давления, концентраций, влажности, запылённости и т.д. На практике пришлось обращаться к разработчикам документации за дополнительной количественной информацией и к дополнительной литературе. I. Исходные данные
Здесь необходимо быть очень критичным к своим решениям. Перестраховка и, как следствие, завышение числа элементов множества заданных параметров, приводит к тому, что расчётное значение вероятности работоспособности будет заведомо ниже действительного (которого мы не знаем, и которое хотим оценить своим методом). Здесь, с одной стороны, появляется большой риск отвергнуть, хорошую ХТС от созидания, от инвестирования. Труд разработчиков пропадёт даром. С другой стороны, подобный подход лежит в основе экспресс-оценки двух альтернативных технологий.
Отбрасывание из рассмотрения каких-то элементов множества заданных параметров приводит к завышению расчетной величины вероятности работоспособности по сравнению с действительной. Плохая по качеству ХТС будет инвестирована и создана в металле, а экономического эффекта не будет.
Пожалуй, урон во втором варианте много больше, чем в первом. Поэтому на практике нам пришлось немного перестраховываться, а потом анализ результатов позволил корректировать свои решения (далее будет показано, что заданные параметры, взятые из-за перестраховки, можно исключить из рассмотрения без нанесения ущерба результатам эксперимента).
В общем случае, если заданных параметров много, то они вместе со своими разрешёнными диапазонами образуют многомерный куб. Напомним, что, если внешние воздействия таковы, что вектор заданных параметров попадает в указанный куб, то ХТС по определению находится в работоспособном состоянии, иначе — в состоянии отказа.
Необходимо отметить, что с увеличением числа заданных параметров происходит резкое увеличение размерности задачи, её математическое усложнение, растут трудности с разработкой алгоритма и расчетной программы, и, как правило, уменьшается точность расчётов, появляется многозначность решений, наконец, сильно увеличивается время расчёта.
Упрощение схемы состоит в том, что хочется исключить из рассмотрения те виды процессов и оборудования, которые не имеют заданных параметров. Достичь этого удаётся только частично. По существу процесс упрощения технологической схемы оказался непрерывным, так как заранее, до формализации математической модели трудно решать, что выбросить, а что оставить.
Разработку математической модели можно начинать с любого вида оборудования, которое имеет хотя бы один заданный параметр. Следует аккуратно вводить обозначения физических и химических величин, и отдельно фиксировать обозначение и смысл каждой из них. Это позволит не плодить лишних обозначений и не обозначать одной буквой разные величины. Получается спецификация обозначений.
Позднее, в формализацию математической модели включаются теплофизик и специалист по процессам и аппаратам. Теплофизик обязан рассмотреть кинетику процессов, их развитие в динамике и увязать эту динамику со временем пребывания реагентов в реакторах и аппаратах. Здесь приходиться писать уравнения интенсивностей переносов во времени и в пространстве.
В нашем случае наиболее трудоёмким оказался процесс поиска количественной информации о взаимосвязи коэффициентов интенсивности переноса в функции от химической, гидродинамической и температурной обстановки. Вообще, 70% - 80% всего времени формализации математической модели занимает поиск количественной информации об интенсивностях переноса. Приходиться многократно обращаться к разработчикам ХТС, выискивать информацию в специализированных монографиях, в статьях научных журналов, в диссертационных работах.
В процессе формирования математической модели ХТС мы придерживались следующих правил: 1 Согласно технологической схеме ХТС выходные потоки из одного аппарата являются входными в другой, соседний. Поэтому параметры состояния этих потоков (давление, температура, концентрации компонент, запылённость, влажность, расход массовый и т. д.) должны иметь одно и тоже обозначение, что на выходе из аппарата, что на входе следующее по схеме оборудование.
Описание технологической схемы и нормы технологического режима
Принципиальная схема представлена в Приложении 2. Важнейшими данными для последующего проведения экспертизы работоспособности являются нормы технологического режима, характеристики оборудования и расходные коэффициенты по сырью, промежуточным продуктам и отходам производства. Эта информация приводится в приложении 3. Выгрузка колчедана, поступающего на завод в железнодорожных вагонах, осуществляется с помощью вагоноопрокидывателя. Из бункера вагоноопрокидывателя колчедан подается ленточным конвейером в открытый склад колчедана или в закрытый склад с установкой подготовки колчедана. После подготовки колчедан поступает в печное отделение. Технологическая схема приведена в приложении 2. 1. Печное отделение Для обжига колчедана устанавливаются три агрегата. В состав каждого агрегата входят печь «КС-450» (51), котел утилизатор «КС-450-ВТКУ» (54), два циклона (64) и два трехпольных электрофильтра «УГТ 1-30-ЗС» (65).
Колчедан из закрытого склада двумя конвейерами подается на два горизонтальных конвейера, которые наращиваются на три печи «КС-450». Колчедан с горизонтальных конвейеров поступает в бункера (55). На каждую печь установлено по два бункера, запас колчедана в них обеспечивает восьмичасовую работу печи. Из бункеров (55) колчедан пластинчатыми питателями (58) подается в печь (51).
Воздух для горения колчедана подается в печь воздуходувкой типа 11.11-900/0,30, производительностью 50000 нм3/час.
Обжиговый газ из печи с содержанием 13,5% S02 и t =900С направляется в котел-утилизатор, где охлаждается до 450С.
Далее газ проходит два параллельных циклона, где происходит грубая очистка газа от огарковой пыли.
Тонкая очистка газа осуществляется в двух параллельных сухих электрофильтрах. Содержание пыли на выходе из электрофильтра не более 0,1 г/нм3 газа.
Очищенные газы с температурой 390 - 380 С собираются в общий коллектор и направляются в промывное отделение.
Для пуска каждая печь снабжена газовыми горелками (3 шт.), производительностью 350 м3/час каждая, воздух к которым подается от вентилятора, производительностью 20000 нм /час. Для разогрева электрофильтров устанавливается топка (69). Топка снабжена двумя газовыми горелками производительностью 600 м3/час каждая.
Газ, выходящий из второй промывной башни, последовательно проходит через мокрые электрофильтры типа «ШМК — 14,6» первой и второй ступени очистки (203 и 205). После второй ступени мокрых электрофильтров газ с температурой 40С и содержанием тумана не более 0,005 г/нм3 направляется в сушильное отделение.
Конденсат из электрофильтров направляется на установку улавливания селенового шлама или в сборник второй промывной башни. Часть кислоты из цикла первой промывной башни (8 - 10 м3/час) постоянно отводится на объединенную установку улавливания селенового шлама для фильтрации, фильтрат возвращается в циркуляционный сборник первой промывной башни (206). Образующийся в первой промывной башне избыток 35%-ной серной кислоты после фильтрации отводится в смесительную установку, где закрепляется олеумом до продукционной 93%-ной серной кислоты.
Аварийные кислые стоки из поддона оросительных холодильников собираются в сборник кислой воды (227), а затем используются вместо воды в промывном и сушильно-абсорбционных отделениях.
Организован сбор ливневых закисленных вод с промплощадки главного корпуса в сборник первой промывной башни.
Очищенный от тумана серной кислоты влажный газ с t = 40С и концентрацией 11% SO2 поступает в сушильное отделение. Осушка газа производится 95% серной кислотой в сушильной башне диаметром 8 м, загруженной керамическими кольцами. Закрепление серной кислотой производится моногидратом, поступающим из цикла I и II моногидратных абсорберов, выводимая из цикла сушильной башни 95% кислота проходит через отдувочную башню (251), где происходит отдувка кислоты от SO2, воздухом, поступающим затем на разбавление газа до 9% SO2. Количество подсасываемого воздуха регулируется поворотной регулирующей заслонкой по концентрации S02 перед контактным аппаратом.
После отдувочной башни кислота направляется на склад кислоты. В сборнике отдувочной башни (274) производится разбавление кислоты водой или кислой водой из сборника (227) до концентрации 93% H2SO4. Сушка газа и воздуха производится до концентрации 0,01 % (объемы) воды. Высушенный газ проходит башню-брызгоуловитель (252) диаметром 10 м, насаженную керамическими кольцами и поступает на 1-ю стадию контактиро 74 вания, а затем на первую ступень абсорбции, которая осуществляется последовательно в олеумном абсорбере (260), моногидратном абсорбере 1-й ступени (264). Затем газ после башни-брызгоуловителя (277) направляется на II стадию контактирования. После второй стадии контактирования газ направляется во П-й моногидратный абсорбер (278), где поглощаются остатки SO3. Степень абсорбции составляет 99,99 %. Для получения нужной концентрации кислот в сборники (274, 265, 279) подается вода. Олеумный абсорбер представляет собой аппарат полочного типа диаметром 8 м, моногидратные абсорберы - аппараты, диаметром 8 м загруженные керамическими кольцами. Для подачи кислоты в сушильную башню, I и II моногидратные абсорберы установлены по три погружных насоса типа АХП 500/37/6-И (9хпа-9И-1), производительностью по 500 м3/час. Для подачи кислоты в олеумный абсорбер установлены два насоса типа АХП 500/37/6-4 (9ХПА-9И-І) (поз 262). Орошение сушильной башни I и II моногидратных абсорберов - 800 м /час, орошение олеумного абсорбера - 700 м3/час. В каждом цикле орошения предусмотрена ретурная линия. Олеумный абсорбер орошается 20% олеумом, моногидратные абсорберы 98% H2S04. Газ после I и II стадий контактирования поступает с температурой 170 С и 180 С (соответственно) и охлаждается в абсорберах до 60 С. Для охлаждения кислоты в циклах сушильной башни и абсорберов установлены воздушные холодильники типа АВЗ, поверхностью оребрения 7500 м2 каждый (258, 263, 268, 281).
Определение влияния отдельных внешних воздействий и их групп на вероятность работоспособности ХТС
Для повышения вероятности работоспособности системы необходимо выяснить, какие внешние воздействия и их группы оказывают наиболее сильное влияние на работу рассматриваемой технологии. Подобные данные могут быть полезны при создании технологий, ведь у разработчиков появляется возможность устранения или снижения влияния колебаний внешних воздействий.
Для определения вероятности работоспособности в зависимости от групп внешних воздействий и от каждого внешнего воздействия было принято решение внести в программу возможность исключения из расчета колебаний любого внешнего воздействия.
В столбце «Анализируемый параметр» представлены те параметры, для которых проводилась оценка работоспособности. К ним относятся вся линия производства серной кислоты и оборудование, имеющее установленные заданные параметры. В столбце «Группы экспериментов» представлены результаты оценки работоспособности в зависимости от числа внешних воздействий: «Все внешние воздействия» - в зависимости от всех внешних воздействий; «Группа III» — учитывались только те внешние воздействия, которые связаны с неопределенностью научно-технической информации; «Группа II» - учитывались только те внешние воздействия, которые связанны с неточностью изготовления оборудования; «Группа I» - учитывались только те внешние воздействия, которые связаны с колебаниями расходов сырья и концентраций веществ на входе в ХТС; «Группа III (без учета Ккс)» - учитывались только те внешние воздействия, которые связаны с неопределенностью научно-технической информации, однако, здесь из рассмотрения был исключен коэффициент теплопередачи в кипящем слое печи КС-450 (Ккс). Это было сделано для того, чтобы избежать занижения Р из-за недостоверной информации об этом коэффициенте, полученной из различных источников литературы, а также это позволило оценить влияние данного внешнего воздействия на вероятность работоспособности системы.
1 Соотношение Pi Рн для заданного параметра «Температура в кипящем слое печи КС-450» показывает, что более вероятен вариант, когда температура в слое будет ниже 780 С, что приводит к уменьшению скорости выделения диоксида серы, и снижению концентрации S02 в обжиговом газе, а также может привести к потери части серы в связи с образованием сульфатов железа.
2 Соотношение Pi Рн для параметра «Содержание диоксида серы при входе в контактное отделение» показывает, что более вероятен вариант повышения концентрации S02 в обжиговом газе, что может привести к нарушениям в работе контактного отделения.
3 Для температур газа при входе на слои катализатора соотношение PL Ри , показывает, что более вероятен случай ухудшения работы катализатора из-за недостаточной температуры газа на входе в слой. Соотношение PL Ри будет характеризовать повышение вероятности разрушения катализатора из-за деструкции активных комплексов.
4 Значения PL и Ри для массовой доли триоксида и диоксида серы в выхлопном газе после второй ступени абсорбции, специально устанавливать не имеет смысла, так как из самой природы этих заданных параметров ясно, что чем ниже концентрация этих веществ в сбросных газах, тем лучше.
Из полученных данных видно, что все группы внешних воздействий оказываются одинаково опасными для технологии, вероятность работоспособности ни для одной из них не превышает 18 %. Однако, исключив из рассмотрения коэффициент теплопередачи в кипящем слое печи КС-450 (он же является и самым неблагоприятным внешним воздействием), вероятность работоспособности для группы, отвечающей за неопределенность научно-технической информации резко возрастает до 59 %. Таким образом, работоспособность системы в значительной степени будет зависеть от того, насколько достоверно (максимально точно) удастся определить значение Khx:, т.е. исследователи должны уделить этому параметру первостепенное внимание.
Результаты определения вероятности работоспособности в зависимости от каждого внешнего воздействия представлены в Приложении 4,
В данной таблице представлены те внешние воздействия, при колебании которых вероятность работоспособности системы меньше 90%.
Проводя подобное ранжирование внешних воздействий и их групп по вероятности работоспособности, разработчики технологии получают возможность видеть, каким внешним воздействиям следует уделить наибольшее внимание, для сужения диапазонов их возможных колебаний и, следовательно, для повышения работоспособности системы в целом. Без проведения подобного исследования практически невозможно предугадать, какие внешние воздействия окажутся более или менее опасными для технологии.
На базе данной информации появляется возможность не только предложить комплект рекомендаций по повышению качества системы, но и разработать комплект рекомендаций по проведению пуско-наладочных работ.
5 Вероятность работоспособности исследуемой ХТС, у которой рассматривались только химико-технологические заданные параметры (см. столбец таблицы 4.2 - «Анализируемый параметр»), оказалась равной 0.008. Из математического смысла вероятности работоспособности следует, что из 1000 во всем одинаковых ХТС только у 8 установок заданные параметры будут находиться в разрешенном технологами диапазоне отклонения от номинала.
6 Если же включить в рассмотрение еще две части ХТС, кроме собственно химической технологии (процессы переноса субстанции и само оборудование), то неизбежно увеличится число заданных параметров, возрастет число внешних воздействий и, следовательно, вероятность работоспособности только уменьшится.
7 Среди всех процессов, происходящих в исследуемой ХТС, наименьшую вероятность работоспособности имеет процесс обжига колчедана в печи КС-450 (0,13). Такая величина Р означает, что из 100 тиражированных во всем одинаковых ХТС, только в 13 процесс обжига будет происходить в соответствии с требованиями технологов. Процессы во второй ступени абсорбции происходят с вероятностью 1, т.е. все созданные ХТС будут выбрасывать диоксид серы в атмосферу в рамках гигиенических нормативов.
8 Расчет оценок вероятности случайного события выхода заданного параметра за верхнюю (Ря) или нижнюю (Р) границу разрешенного диапазона отклонения заданного параметра от номинала дает очень важную информацию для пусковой бригады. Эти оценки позволяют знать, что ожидать от установки при пуско-наладочных работах, попробовать понять причины этих выходов и принять инженерные решения.
