7.3. Определение вероятности безотказной работы оборудования

Пусть имеется совокупность N аппаратов (машин, оборудования) или уз лов типа Л. Считаем, что любой аппарат или у зел эксплуатируется при одина­ковых условиях (среда, давление, температура, квалификация обслуживаю­щего персонала и т. д.) 133, 42, 48, 71, 85, 861.

Показатели надежности нового оборудования можно получить в основ­ном только при проведении испытаний на надежность.

Основная цель испытаний на надежность-определить уровень надежности оборудования трубопроводов и оценить его числовыми показателями. Знание уровня надежности объектов трубопроводов и его зависимости от основных факторов эксплуатации позволит решить широкий круг вопросов, таких как: подтверждение характеристик надежности, установленных на эта­пе разработки или эксплуатации оборудования; выявление слабых мест конкретного оборудования, включенного в технологическую схему трубопрово­дов, и разработка мероприятий по повышению его надежности; применение рациональной системы технического обслуживания и ремонта оборудования фубопроводов; определение эффективности и экономической целесообраз­ности дальнейшей эксплуатации оборудования; проведение проверки расче­те и прогнозов, выполненных при проектировании технологической систе­мы трубопроводов, и оценка качества технологического процесса, обеспе­чивающего нормальный режим перекачки газа, нефти и нефтепродуктов по трубопроводам.

Испытания на надежность любого, а тем более сложного механического, электротехнического оборудования и технологических систем трубопрово­дов являются весьма трудной задачей, поскольку они связаны со значитель­ными затратами времени и должны учитывать диапазон режимов и условий работы оборудования и технологических систем трубопроводов. Результа­ты испытаний как правило, дают сведения о надежности оборудования опре­деленного типа (мощности, производительности) с большей или меньшей полнотой и степенью достоверности и позволяют получить одну из необхо­димых характеристик. Параметр наработки на отказ для каждого вида обору­дования с учетом условий и режимов его работы является наиболее полным и позволяет определить все необходимые показатели надежности и, в пер­вую очередь, вероятность безотказной работы Р за данный период времени (/ = Г). Однако выявление законов о плотности распределения J[t) обычно трудно осуществимо, так как требует большого статистического материала, получение которого связано с длительными испытаниями и большими мате­риальными затратами. Законы о плотности распределения могут быть полу­чены, например, для однотипного оборудования с одинаковыми условиями эксплуатации в пределах одного трубопровода. Случай, когда определены отдельные параметры законов распределения или получены данные, неполно характеризующие эти законы, является типичным результатом испытаний на надежность оборудования трубопроводов. По этой ограниченной информа­ции с редкими отказами также надо сделать заключение об уровне надежности данной системы.

Сложность и продолжительность испытаний может привести к невозмож ности оценки изменения выходных параметров оборудования трубопрово­дов во времени. В этом случае показателем может служить запас надежнос­ти по каждому из параметров, который хотя и не связан со временем, но дает определенную информацию о надежности испытываемого оборудования трубопроводов. В сочетании с методами прогнозирования эти результаты испытаний могут быть использованы для определения уровня надежности оборудования трубопроводов.

Наконец, во многих случаях из-за сложности задачи вообще невозможно оценить уровень надежности оборудования трубопроводов в абсолютных значениях, а можно лишь сравнить его в относительных показателях приме­нительно к прототипу или аналогичным объектам трубопроводов. Следует иметь в виду, что относительный уровень надежности может не отражать действительного состояния дел. Например, безотказность вертикальных подпорных насосов повысилась по сравнению с прототипом, однако этот уровень в настоящее время на трубопроводах большого диаметра не удов­летворяет требованиям эксплуатации по напору.

Таким образом, в результате испытаний на надежность могут быть полу­чены как полные характеристики оборудования трубопроводов, позволяю­щие решить все основные задачи надежности, так и ограниченные данные, которые могут быть использованы лишь в сочетании с методами расчета и прогнозирования.

При планировании и проведении испытаний оборудования трубопроводов всегда борются две противоположные тенденции: желанию получить наибо­лее полную характеристику надежности препятствуют длительность и сто­имость испытания. Для высоконадежного оборудования (например, запор­ной арматуры) часто никакие затраты не могут ускорить получение информа­ции о показателях надежности, и фактор времени является основным крите­рием при выборе методов и объемов испытаний на надежность

Основные принципы методики испытаний на надежность оборудования трубопроводов при ограниченном числе объектов испытания следующие:

испытания должны сочетаться с прогнозированием и расчетом надежно­сти;

должна быть использована разнообразная информация, как данные перио­да эксплуатации и ремонта, так и результаты испытания на надежность от­дельных элементов и применяемых материалов;

для сложных систем или комплекса технологического оборудования до­пустимо испытание не во всей области состояний (существование парамет­ров), а на границах, которые определяют степень удаления агрегатов от пре­дельного состояния;

в ряде случаев достаточно получить лишь некоторые показатели надеж­ности или сравнительные оценки.

На основании полученных результатов испытаний в условиях эксплуата­ции разрабатывают рекомендации и предложения по выбору оборудования при проектировании трубопроводов, по оценке ремонтопригодности и степе­ни унификации, по улучшению конструкции технологических установок, уз­лов и деталей агрегатов, подъемно-транспортных средств, ремонтных при­способлений и т. п.

Объектом испытаний оборудования на надежность в условиях эксплуата­ции трубопроводов могут быть:

образцы, если испытываются свойства материалов, определяющие дол­говечность оборудования (испытания на износостойкость, усталостную прочность, коррозионную стойкость и т. п.);

детали, сопряжения и кинематические пары - для учета влияния конст­руктивных и технологических факторов на срок службы данных сопряжений (испытание контактных пар торцевых уплотнений насосов и компрессоров, подшипников, зубчатых муфт, валов, уплотняющих втулок вала и рабочего колеса, зубчатых муфт и т. п.);

узлы агрегатов, когда учитывается взаимодействие отдельных механиз­мов и элементов конструкции и их влияние на показатели работоспособности (испытание торцовых уплотнений на максимальное статическое давление, системы управления агрегатом и отдельных функциональных систем);

агрегаты в целом, когда учитывается взаимодействие всех механизмов и узлов в агрегате, условия его эксплуатации и режимы работы (стендовые и эксплуатационные испытания оборудования, системы смазки и охлаждения агрегатов, запорной арматуры, действие автоматической защиты и др.);

технологические схемы (системы), когда показатели надежности учиты­вают взаимодействие отдельных агрегатов, связанных в единый технологи­ческий комплекс (надежность работы группы агрегатов в технологической схеме НС и КС, системы автоматического включения резерва, самозапуска электродвигателей при кратковременных отключениях электроэнергии, ком­плекса автоматических защит и управления агрегатами и т. п.).

Таким образом, объектами испытания могут быть разнообразное обору­дование трубопроводов, НС или КС от очень простых, обладающих одно­родными свойствами и одним или несколькими выходными параметрами, до сложных агрегатов и комплексов, а также специально изготовленные моде­ли. Для проведения этих испытаний необходимо разработать специальную методику испытания на надежность, и их объем будет зависеть от сложности оборудования трубопроводов и специфики его эксплуатации.

Характеристики, оцениваемые при испытании на надежность оборудова­ния трубопроводов, которые являются объектами изменения и оценки, мож­но разделить на две основные группы.

1. Характеристики процессов старения и разрушения и определение соот­ветствующей им степени повреждения оборудования. Так, при испытании оборудования в динамическом режиме (насосы, приводы) изучается проте­кание процессов износа, вибрации, деформации, коррозии, усталостных раз­рушений и других, которые являются основной причиной потери агрегатом работоспособности.

2. Характеристики изменения выходных параметров оборудования (напо­ра, прои зводительности, мощности, KПД и т. д.), выход которых за допусти­мые пределы приводит к отказу. Хотя изменение параметров оборудования трубопроводов п является следствием процессов повреждения, но они мо­гут зависеть от нескольких процессов с невыявленными функциональными связями.