Свойства и характеристики надежности

В процессе эксплуатации газопроводы и арматура находятся в стационарном состоянии и испытывают, главным образом, статические нагрузки. Некоторые участки газовых сетей, которые находятся в зоне интенсивного движения транспорта, подвергаются также и динамическим нагрузкам. На газопроводы воздействуют: собственный вес, агрессивность окружающей среды (грунта и воздуха), температурные изменения и т.д. Действует и такой мощный фактор, как время, в котором происходит изменение молекулярной структуры материалов труб, изоляции и т.п. С ростом городов системы газоснабжения расширяются, реконструируются, а износившиеся элементы ремонтируются или заменяются.

Самостоятельными, весьма важными элементами распредели­тельных систем газоснабжения являются газорегуляторные пункты (ГРП), работа которых коренным образом отличается от работы газопроводов и их оборудования. Если для газопроводов и их оборудования характерны статические условия работы, то основное оборудование ГРП находится в непрерывной работе: перемечаются клапана и мембраны, деформируются пружины, имеют место эрозия, коррозия, вибрация и т.д.

Отличительной особенностью систем газоснабжения является их социальный характер, т.к. они обслуживают людей и обеспечивают их нормальную жизнедеятельность. В процессе эксплуатации происходят отказы элементов газоснабжающей системы.

Как видно, система газоснабжения состоит из совокупности множества элементов определенным образом связанных между собой. Если вся система газоснабжения работает стабильно, то говорят, что система работает надежно. Существует теория надежности, которая рассматривает закономерности возникновения нарушения работы отдельных элементов, или всей системы полностью (отказов), изучает влияние внешних и внутренних воздействий на процессы, происходящие в системах, создает основы расчета и прогнозирования отказов и намечает методы повышения надежности .

Согласно ГОСТ 27.002-89 надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств.

Долговечность – свойство сохранять работоспособное состояние системы до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживании и ремонта. Долговечность работы системы газоснабжения напрямую зависит от долговечности элементов системы газоснабжения: труб, арматуры, оборудования и пр. Срок службы элементов газовой сети выбирают таким, чтобы исключить фактор старения и обеспечить безопасность эксплуатации. При расчете надежности срок службы элементов газопроводов обычно принимают равным 10 годам.

Сохраняемость – это свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение определенного времени работы.

Ремонтопригодность – свойство, заключающееся в приспособленности системы к предупреждению, к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния, обнаружению и устранению причин возникновения отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Городские системы газоснабжения – ремонтируемые системы. Поэтому лишь незначительная доля повреждений приводит к необходимости замены элементов (участков газопроводов, арматуры, оборудования). Время, необходимое на ремонт, невелико по сравнению со сроком службы систем газоснабжения. В случае же отказа одного из элементов, система газоснабжения переходит на аварийный гидравлический режим, газ продолжает поступать к большинству потребителей с коэффициентом обеспеченности 0,7 (70%) учитывая кратковременность ремонтных работ.

Ремонтируемым принято называть такой объект, для которого проведение ремонтов предусмотрено в нормативно-технической или конструкторской документации. Такие объекты могут иметь более одного отка­за, многократно ремонтироваться и после каждого ремонта восстанавливать работоспособное состояние.

Для неремонтируемого объекта проведение ремонтов не предусматривается, поэтому в случае возникновения отказа он подлежит замене.

Безотказность – свойство системы непрерывно сохранять свое работоспособное состояние в определенных режимах и условиях эксплуатации в течение требуемого времени или наработки. Применительно к газовым сетям под безотказностью следует понимать возможность транспорта потребителям расчетных количеств газа заданных параметров при соблюдении условий нормальной эксплуатации (своевременная очистка и продувка газопроводов, обеспечение катодной защиты и др.).

Безотказность является основным количественным показателем надежности элементов системы. Вероятность безотказной работы может принимать значение в пределах от нуля до единицы. Вероятность безотказной работы тем меньше, чем больше заданный промежуток времени.

При работе систем газоснабжения может наступить так называемое предельное состояние, при котором дальнейшая эксплуатация систем газоснабжения недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

 

Лекция 2,3

Основные причины аварий систем газоснабжения. Понятие аварии. Внезапный отказ. Наработка на отказ. Постепенные отказы. Механические повреждения газопроводов, коррозия и разрывы сварных швов.

С точки зрения надежности рассматриваются два вида соединения элементов объекта: последовательное и параллельное.

Последовательное – соединение, при котором отказ хотя бы одного элемента приводит к нарушению работоспособного состояния всего объекта и с увеличением количества элементов надежность объекта уменьшается, какого бы высокого качества не были эти элементы.

Параллельное – соединение, при котором объект выйдет из строя только после отказа всех параллельно соединенных (дублирующих) элементов. При параллельном соединении надежность объекта выше, чем надежность отдельных его элементов. Параллельное соединение широко используется в технике.

Различают следующие нарушения работы отдельных элементов системы: повреждение (нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния ); отказ элемента (нарушение его работоспособного состояния), который не всегда приводит к отказу всей системы. Если же отказы отдельных элементов приводят к отказам всей системы газоснабжения, то возникают аварийнее ситуации, в результате которых газовое хозяйство несет значительный экономический и социальный ущерб.

Экономический ущерб связан с нарушением работы коммунально-бытовых и промышленных предприятий и достаточно точно может быть подсчитан.

Социальный ущерб выражается в том, что с прекращением подачи газа источникам теплоснабжения нарушается работа систем отопления зданий, снижается температура воздуха в помещениях и нарушается нормальная жизнедеятельность людей.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Отказ является важным понятием науки о надежности. Существуют отказы независимые и зависимые, внезапные и постепенные, а также конструкционные, производственные и эксплуатационные.

Однако для теории и практики надежности важнейшее и решающее значение имеет деление всех отказов на две основные категории: отказы внезапные и отказы постепенные.

Внезапный отказ характеризуется скачкообразным изменением значений одного или нескольких заданных параметров объекта. Причина внезапного отказа в большинстве случаев заключается во внезапной концентрации нагрузок, действующих внутри и вне объекта. Физическая сущность внезапного отказа сводится к тому, что после некоторого быстрого количественного изменения физико-химических свойств и параметров объекта происходит качественный скачок, в результате которого объект приходит в неработоспособное состояние. В основной период нормальной эксплуатации объекта вероятность внезапных отказов величина практически постоянная.

Постепенный отказ – это результат необратимых медленных физико-химических процессов, происходящих в любом объекте и каждом его элементе в результате их износа и старения. Характеризуется постепенным изменением значений одного или нескольких заданных параметров объекта. Постепенный отказ является неизбежным, закономерным резуль­татом износа и старения любого объекта, и поэтому рано или поздно он должен обязательно произойти, т.е. вероятность равна единице. Однако время наступления такого отказа является случайной величиной. Отдалить срок наступления постепенных отказов можно как путем повышения качества объекта и его элементов, так и своевременной про­филактической заменой. Чем больше время эксплуатации объекта, чем больше время приближается к среднему сроку службы данного объекта, тем чаще появляются постепенные отказы.

Зависимость интенсивности отказов от времени показана на рис. 2.1. В первый период работы, называемый периодом приработки, интенсивность отказов объекта вначале бывает высокой, затем быстро падает, в этот период отказывают те элементы, которые имели скрытые дефекты. Во второй период – период нормаль­ной эксплуатации – интенсивность отказов устанавливается на каком-то минимальном уровне. В это время происходят в основном случайные (внезапные) отказы. Третий период наступает после определенного времени эксплуатации объекта. В третий период – период износа и старения – интенсивность отказов начинает возрастать. Происходят как внезапные, так и постепенные отказы.

 

Интенсивность отказов (количество отказов)

Рисунок 2.1 – Зависимость интенсивности отказов от времени