Классификация повреждений и отказов по видам и группам

Основными видами повреждений газопроводов являются механические, коррозионные и разрывы сварных швов.

Механические повреждения возникают при неправильном или небрежном ведении строительно-монтажных работ вблизи мест про­кладки газопроводов, поэтому механические повреждения не следует рассматривать как отказы элементов газовых сетей.

Коррозионные повреждения возникают под воздействием грунта или блуждающих токов. Активно процессы электрохимической коррозии протекают в местах нарушения изоляции или дефектов изоляции газо­проводов и приводят к появлению сквозных отверстий и, следователь­но, утечкам газа.

Разрывы сварных швов возникают при случайном совпадении пониженных сопротивлений шва из-за дефектов сварки и увеличенных нагрузок на трубопровод, обычно связанных с дефектами строительства. Разрушение сварных соединений происходит под действием напряжений, возникающих в трубопроводах в продольном направлении. Основная составляющая суммарного напряжения – это температурное напряжение, которое усиливается напряжением от упругого изгиба и растягивающего напряжения, связанного с просадкой газопровода.

Повреждения отключающей арматуры газопроводов подразделяются на два вида:

Первый вид повреждений характеризуется нарушением плотности перекрытия потока газа, т.е. теряется (нарушается) работоспособность отключающего элемента. В результате для производства ремонта возникает необходимость использовать отключающую арматуру соседних участков и прекращать подачу газа большему количеству потребителей.

Ко второму виду относятся такие повреждения, которые приводят к утечкам газа через арматуру. Этот вид повреждений представляет наибольшую опасность, т.к. в результате утечек может произойти загазованность колодцев и каналов подземных сооружений, а также подвалов и полуподвалов вблизи расположенных зданий. К утечкам газа приводят следующие повреждения арматуры: нарушение герметичности сальников, нарушение герметичности разъемных соединений, трещины в корпусах.

Все рассмотренные виды повреждений влияют на надежность газоснабжающих систем, но не все повреждения требуют исключения элемента из сети для производства ремонта. Мелкие повреждения ликвидируют на действующей системе. При этом газоснабжение потре­бителей не нарушается, следовательно, такие повреждения не являют­ся отказами. Если для производства ремонта поврежденного элемента его необходимо отключить от системы, то такое повреждение приводит к отказу элемента.

Исходя из этого, все повреждения и отказы эле­ментов систем газоснабжения разделяют на две группы:

Первая группа – повреждения, приводящие к отказу элемента и требующие его отключения для производства ремонта. Это: трещины в сварных швах, разрывы швов, сквозные коррозионные повреждения труб размером более 5 мм, трещины в корпусах задвижек и пробковых кранах, утечки газа во фланцевых соединениях, повреждение линзовых компенсаторов и кор­пусов конденсато-сборников, разрывы газопроводов и оборудования, вызванные механическими повреждения­ми.

Вторая группа – повреждения, не приводящие к отказу: несквозные коррозионные повреж­дения (каверны) и сквозные размером до 5 мм, утечки газа в саль­никовых уплотнениях кранов и задвижек.

Лекция 4, 5

Показатель надёжности. Надёжность элементов системы. Статистические данные потока отказов отдельных элементов газовой сети.

При оценке надежности систем газоснабжения следует исходить из принципиальной недопустимости отказов системы. Существуют два основных пути повышения надежности газоснабжающих систем.

Первый путь (наиболее часто используемый) – это повышение надежности элементов, из которых состоит система. Это использование труб и оборудования из более прочных и качественных материалов (сталь бронза, латунь); использование более долговечных изоляционных материалов; повышение качества конструкций оборудования; повышение качества строительно-монтажных работ и повышение требований к контролю качества строительства. Однако следует учитывать, что при этом повышается стоимость системы, а надежность системы оказывается меньше надежности составляющих ее элементов.

Второй путь – путь резервирования, т.е. кольцевания сетей, дублирование наиболее важных элементов системы, рациональное секционирование газопроводов. Этот путь реализуется при проектировании и позволяет создавать системы, надежность которых выше надежности элементов, из которых они состоят. Следует учитывать, что резервирование связано с большими материальными затратами и поэтому должно быть строго обосновано. Только кольцевание газовых сетей низкого давления не требует существенных дополнительных затрат ввиду большой плотности из прокладки по селитебной территории.

Городская система газоснабжения – это комплекс газовых сетей, устройств и сооружений на них, предназначенных для подачи необходимых количеств газа с заданными параметрами бытовым, коммунальным и промышленным потребителям.

Городские системы газоснабжения получают газ через газораспределительные станции (ГРС) из магистральных газопроводов, объединенных в Единую автомати­зированную систему газоснабжения страны.

Современные распределительные системы газоснабжения представляют собой сложные разветвленные и кольцевые сети, а также устройства и сооружения для редуцирования и очистки газа электро­химической защиты от коррозии, отключения отдельных участков и т.д. С увеличением протяженности газовых сетей и ростом мощности городских систем газоснабжения уменьшается их надежность, количество аварий и отказов увеличивается. В связи с этим системы газоснабжения должны быть спроектированы при удовлетворении заданного уровня надежности, а их эксплуатация должна быть организована таким образом, чтобы принятый уровень надежности выдер­живался в течение всего срока службы системы. Решить эти задачи можно, лишь опираясь на теорию надежности и используя методы ее расчета при проектировании и эксплуатации газоснабжающих систем.

Следует заметить, что расчеты надежности носят оценочный, приближенный характер. Для повышения их точности большое значение имеет анализ статистических данных по отказам действующих систем.

Надежность тупиковых сетей

О надежности газовых сетей можно судить, прежде всего, по их структуре (конфигурации). Существуют две характерные структуры газопроводов: тупиковая и кольцевая.

Тупиковая разветвленная сеть представляет собой «Дерево». Роль ствола выполняет цепочка последовательно соединенных участ­ков и элементов оборудования главной наиболее нагруженной магист­рали от точки питания до наиболее удаленной точки или потребителя. Главная магистраль прокладывается вблизи основных потребителей. От главной магистрали, как от ствола дерева, отходят ответвления, которые представляют собой также цепи последовательно соединенных участков. К каждому потребителю имеется единственный путь потока газа.

К полному отказу тупиковой сети приводят лишь отказы головного участка ствола. Отказы других участков и головных участков ответвлений приводят к существенным нарушениям работы сети, в результате которых прекращается подача газа значительной части потребителей. Но при этом некоторая часть потребителей будет получать газ в необходимом количестве, и не будет ощущать ущерб от аварийных ситуаций сети. Отказы в участках ответвлений приводят к незначительным нарушениям системы газоснабжения и отражаются на обеспечении газом наименьшего количества потребителей.

Таким образом, с точки зрения надежности участки тупиковой сети неравноценны. Для возможности расчета показателей надежности системы отказом системы принято считать такое ее состояние, когда хотя бы один потребитель отключен от сети и не получает газ.

Надежность (вероятность безотказной работы) тупиковых сетей составляет около 0,95, т.е. из ста систем газоснабжения за десятилетний период эксплуатации откажет от двух до пяти систем. Следовательно, тупиковые сети высокого (среднего) давления можно проектировать только для поселков и небольших городов. Причем следует учитывать, что с увеличением длительности эксплуатации системы вероятность ее отказов растет. Поэтому желательно предусматривать при развитии и реконструкции сети возможность повышения ее надежности кольцеванием или дублированием наиболее ответственных участков.

Надежность подачи газа отдельным потребителям тупиковой сети определяется как произведение вероятностей безотказной работы всех последовательно соединенных элементов системы от источника питания до данного потребителя по формуле (2.7).

 

Надежность кольцевых сетей

Основное отличие кольцевых сетей от тупиковых заключается в том, что они состоят из замкнутых контуров, в результате чего газ может поступать к потребителям по двум или нескольким линиям.

Надежность кольцевой сети достигает 0,9988, что значительно выше надежности тупиковое сети (0,95), т.к. кольцевая сеть имеет резервирующие элементы – замыкающие участки. При отказе одного из элементов сети, расположенного на расчетном пути движения газа к потребителю, возникает другой путь движения газа через резервирующий элемент. Обычно резервный путь оказывается длиннее расчетного пути и для преодоления гидравлических сопротивлений на нем необходимо располагать дополнительным давлением.

Кольцевание сети, само по себе не может обеспечить достаточно надежного газоснабжения. Структурный резерв должен сопровождаться резервом мощности (пропускной способности), который создается во время проектирования сетей и выражается в запасах диаметров труб сети. Диаметры труб сети подбирается по расчетным расходам с оставлением некоторого резерва давления, и проверяют их достаточность в аварийных гидравлических режимах.

Сеть высокого (среднего) давления резервируется путем коль­цевания и дублирования отдельных участков. В результате образуется кольцевая сеть, которая содержит основные и второстепенные контуры. Основные контуры должны объединять источники питания и охватывать весь город. Второстепенные контуры образуются при сое­динении перемычками главных магистралей. Сети высокого (среднего) давления малых и средних городов обычно состоят из одного или нескольких колец и только у больших и крупных городов они представляют собой многокольцевые системы.

Кольцевая сеть низкого давления имеет ряд отличий от сети высокого (среднего) давления:

- большое количество точек питания, соответствующее числу ГРП;

- ГРП располагаются, как правило, в центрах своих зон, сеть достаточно равномерно простирается во все стороны от ГРП и протяженность от точек питания до концевых точек невелика (до 1000 м);

- сеть низкого давления представляет собой низший уровень городских газопроводов, следовательно, надежность газоснабжения коммунально-бытовых потребителей, присоединенных к ней, зависит и от надежности элементов сетей высокого (среднего) давления, по которым газ движется от ГPC до сетевых ГРП;

- большая часть ремонтов сети низкого давления производится под газом без выключения участков из сети и без отключения потребителей.

Учитывая изложенные особенности, сети низкого давления следует выполнять смешанной конфигурации с кольцеванием только основных трубопроводов, включающих головные участки, выходящие из ГРП.

Большое значение для повышения надежности газоснабжения потребителей от сетей всех давлений имеет рациональное секционирование кольцевых газопроводов с помощью задвижек.

 

Лекция 6

Показатель надёжности. Надёжность элементов системы. Статистические данные потока отказов отдельных элементов газовой сети.

Комплексный показатель надежности количественно характеризует не менее двух свойств, составляющих надежность, например безотказность и ремонтопригодность. Примером комплексного показателя надежности служит коэффициент готовности , который обозначает вероятность застать систему в рабочем состоянии и определяется по формуле

где – средняя наработка на отказ;

– среднее время восстановления.

Вероятность безотказной работы определяется в предположении, что в начальный момент времени (момент начала исчисления наработки) объект находился в работоспособном состоянии. Обозначим через время или суммарную наработку объекта (в дальнейшем для краткости называем просто наработкой). Возникновение первого отказа – случайное событие, а наработка от начального момента до возникновения этого события – случайная величина. Вероятность безотказной работы объекта в интервале от до включительно определяют как

.

Аналогично вводят вероятность безотказной работы в более общем случае, когда состояние объекта характеризуется набором параметров с допустимой по условиям работоспособности областью значений этих параметров.

Наряду с понятием «вероятность безотказной работы» часто используют понятие «вероятность отказа», которое определяется следующим образом: это вероятность того, что объект откажет хотя бы один раз в течение заданной наработки, будучи работоспособным в начальный момент времени. Вероятность отказа на отрезке от до определяют по формуле

.

Точечные статистические оценки для вероятности безотказной работы от до и для функции распределения наработки до отказа даются формулами

Для получения достоверных оценок объем выборки должен быть достаточно велик.

Определение безотказной работы в соответствии с формулами (2.2) и (2.3) относится к объектам, которые должны функционировать в течение некоторого конечного отрезка времени. Для объектов одноразового (дискретного) применения вероятность безотказной работы определяют как вероятность того, что при срабатывании объекта отказ не возникает. Аналогично вводят вероятность безотказного включения (например, в рабочий режим из режима ожидания).

Надежность подачи газа городской системой газоснабжения какому-либо потребителю определяется как произведение вероятностей безотказней работы всех последовательно соединенных элементов системы от источника питания (ГРС) до потребителя по формуле

,

где , , и – вероятность безотказной работы элементов системы.

Вероятность отказа (ненадежность) подачи газа системой газоснабжения

.

Вероятность безотказной работы элементов систем газоснабже­ния подчиняется экспоненциальному закону.

Параметр потока отказов является важной характеристикой надежности элементов системы газоснабжения, вычисляется на основе статистических данных по повреждениям и отказам, зафиксированных эксплуатирующими службами, по следующей формуле

В процессе эксплуатации параметр потока отказов элементов системы газоснабжения сохраняется примерно постоянным.

Для проектируемых систем газоснабжения рекомендуются следующие значения параметров потока отказов:

· для газопроводов = 2 10^–3 1/(км год);

· для чугунных задвижек = 1,7 10^–3 1/год;

· для стальных задвижек = 0,3 10^–3 1/год;

· для кранов = 0,2 10^–3 1/год;

· добавка на компенсаторы и конденсатосборники

= 0,11 10^–3 1/год.

Используя расчетные значения вероятности безотказной работы элементов газовых сетей, можно вычислять вероятность безотказности газоснабжения потребителей за данный период и, следовательно, можно производить сравнение надежности различных схем присоединения потребителей газа, и надежности различных конфигураций сети.

Рассмотрим вопрос о возможных значениях коэффициентов обеспеченности. Коммунально-бытовых потребителей обычно питают от сети низкого давления после ГРП. Возможное уменьшение подачи газа ограничено нижним пределом, который устанавливают из соображений минимально допустимого давления газа перед приборами. Это минимальное давление определяется минимальной нагрузкой, которую принимают равной 50% расчетного значения. Такое сокращение подачи газа снизит качество системы газоснабжения, но не поставит потребителей в условия, когда они будут вынуждены искать другой вид топлива. Половину нормы газообразного топлива будут получать примерно 20…30% потребителей, причем такое снижение подачи топлива существенно не отразится на приготовлении пищи. Коэффициент обеспеченности следует принимать:

- для коммунально-бытовых потребителей, присоединенных к сети низкого давления, =0,8…0,85;

- для отопительных котельных =0,7…0,75;

- для промышленных предприятий, имеющих резервное топливо, =0;

- для технологических нужд предприятий =1.

 

Лекция 7

Резервирование объектов СУГ. Технология Propane-air. Схемы резервирования. Методы воздействия на факел.