книги из ГПНТБ / Чельцов, А. В. Опыт нормирования надежности приборов контроля качества химической продукции

В системе управления процессом дегидрирования этилбензола з стирол в реакторах непрерывного действия в присутствии ката­ лизатора и перегретого пара хроматограф служит для анализа продуктов па выходе из реактора [12]. В связи с большим (до 75%

Рис. 4. Схема отбора и подготовки пробы для хроматографа на установке дегидрирования этилбензола в стирол:

1 — газоход; 2 — обогреваемый трубопровод; 3 — конденсатор со сбросом газов; 4 — накопитель; 5 — хроматограф; 6 — гид­ розатвор; 7 — расслоитель смеси

объема)’количеством водяного пара в контактном газе, затрудняю­ щим применение хроматографа, о ходе процесса дегидрирования судят по составу печного масла — отделенного от воды конденсата контактного газа. Отбор проб после технологических конденсато­ ров приводит к большому запаздыванию анализов. На рис. 4 пока­ зана схема отбора и подготовки пробы, дающая возможность ото­ брать контактный газ непосредственно на выходе из реактора, сконденсировать его, отделить воду и подать печное масло в жид­

21

кой фазе на хроматограф. Малый объем узлов системы определяет небольшое запаздывание анализа.

В процессах термического разложения промышленные хромато­ графы применяются реже, что связано, главным образом, с труд-

ностямн создания достаточно надежных пробоподготовительных'' систем. Однако, при определении содержания легких фракций в га­ зах пиролиза использование промышленных хроматографов оказы­ вается весьма эффективным. На рис. 5 показана схема привязки промышленного хроматографа используемого для контроля содер­ жания этилена в пирогазе на выходе из пиролизной печи после за­ калочного аппарата в производстве этилового спирта.

П р и м е р 3.

Приведем пример практического нормирования показателен точности и надежности промышленного хроматографа на установ­ ке для получения бутил каучука (рис. 3). Вначале определим це­ лесообразные значения показателей точности и надежности хрома­ тографа по методике, изложенной в разделе 2.

При отсутствии и простоях промышленного хроматографа кон­ троль содержания изопрена в шихте осуществляется с помощью' лабораторного хроматографа. При этом периодичность анализа со­ ставляет 4 ч, а продолжительность получения оператором уста­

22

новки результатов анализа достигает 2 ч (включая время на отбор пробы, доставку ее в лабораторию, проведение анализа, расши­ фровку хроматограммы, фиксирование и передачу на установку результатов анализа).

Применение промышленного хроматографа сокращает перио­ дичность анализа до 15 мин и позволяет оператору не реже, чем через каждые 0,5—1 ч использовать аналитическую информацию для управления технологическ'ой аппаратурой.

Целесообразное значение среднего квадратического отклонения абсолютной погрешности промышленного анализатора опреде­ ляется по формуле (6).

Исходные данные для расчета:

а'(Д.*,) = 1,5- 10-2% абс; та= 2 ч; /„' = 2; 4 и 8 ч;

г'оггН- ^3 = 0,5; 1 и 2 ч . .

Среднее квадратическое отклонение величины скачков измеряе­

мого параметра — концентрации изопрена в шихте ас определялось по формуле (9), а среднее время между скачками в значениях из­ меряемого параметра Тс — по формуле (12).

При обработке статистических данных для обследованной точки

держания изопрена сг(ДXi)n= 11,6 • 10_2% абс. Сравнение с регла­ ментированным в технической документации на хроматограф и подтвержденным экспериментально значением среднего квадрати­ ческого отклонения погрешности (2,5-10~2% абс.) позволяет сде­ лать вывод о целесообразности применения хроматографа в дан­ ной точке аналитического контроля.

Для расчета целесообразных характеристик надежности в [2] принимается допущение о справедливости нормального закона рас­ пределения величии скачков измеряемого параметра.

Исследование показывает, что распределение величин скачков Дс концентрации изопрена на обследованной технологической установке отличается от нормального и подчиняется закону распре­ деления с плотностью [9]

Расчет целесообразного значения наработки на отказ произво­ дится по формуле (8). При этом величина Яд определяется по фор­

23

По формуле (8), при i'a = 4 ч и t0n + t3= 1 ч, для различных Д, ле­

= 18-10-2% абс.) были произведены расчеты целесообразных зна­ чений наработки на отказ.

Расчеты показывают, что учет реального закона распределения значений скачков предъявляет более жесткие требования к нара­ ботке на отказ хроматографа, чем при предположении о нормаль­ ном распределении скачков.

Целесообразное значение наработки хроматографа на отказ, рассчитанное по формуле (8), лежит в пределах от

7=200 ч (Д= 4,0- 10-2% абс.) до 7=500 ч (Д= 18• 10-2% абс.)

Таким образом, при значениях характеристик точности хромато­ графа, регламентированных в технической документации целесооб­ разность его применения обеспечивается при наработке на отказ не

.ниже 200 ч.

Формула (8) позволяет также нормировать целесообразную периодичность контроля хроматографа ta [13].

Для окончательного решения вопроса о нормировании характе­ ристик, выявления слабых узлов и повышения эксплуатационной надежности хроматографа был произведен анализ надежности как хроматографа в целом так и отдельных его узлов.

Приведем пример 4 практического анализа надежности хрома­ тографа.

Промышленные хроматографы по характеру эксплуатации отно­ сятся к категории восстанавливаемых изделий, вероятность отка­ зов которых подчиняется экспоненциальному закону распределе­ ния.

Расчет теоретической надежности устройств такой категории, -в том числе и промышленного хроматографа ХП-499, производится -на основании табличных значений параметра потока отказов эле­ ментов.

Расчетное значение наработки на отказ 7 определяется по фор­ муле

=470 ч.

Влабораторных условиях проведены испытания по определе­ нию показателей надежности хроматографа ХП-499.

24

В ходе, испытаний устанавливалась способность приборов вы­ полнять заданные функции, сохраняя свои метрологические и экс­ плуатационные. характеристики в пределах, оговоренных техниче­ скими условиями. Критериями работоспособности приборов были приняты сходимость результатов измерений при анализе газовой: смеси постоянного состава, стабильность измерений в течение дли­ тельного времени и величина дрейфа нулевой линии. Испытаниям

Сходимость результатов измерений оценивалась через каждые240 ч работы прибора путем проведения 25 последовательных ана­ лизов смеси 2% пропана в азоте и оценивалась по относительно­ му значению среднеквадратичесцого отклонения погрешности вы­ сот пиков в процентах от измеряемой величины:

h'i — высота t-го пика.

П

2 h\

Л/г: = /;;_-С=2_ . (НО-

Исходные данные и результаты расчета выборочного определе­ ния сходимости измерений приведены в табл. 8.

Результаты обработки данных по отказам, полученных в про­ цессе испытаний, приведены в табл. 9.

Сведения б наработке на отказ основных блоков хроматографа,, полученные за все время испытаний (включая период приработки), приведены в табл. 10

25.

приборам

При испытаниях определены:

—наработка хроматографа на отказ в лабораторных условиях, 7=1010 ч с доверительными границами 640 и 1940 ч (при довери­ тельной вероятности 0,8);

—время восстановления хроматографа (без учета продолжи­

тельности выхода на режим)... = 0,4 ч.

Полученные при испытаниях в лаборатории показатели надеж­ ности были проверены в производственных условиях методом под­ контрольной эксплуатации.

Ввиду затруднений с организацией систематического контроля за работой хроматографов, было решено с целью повышения досто­ верности статистических данных ограничить выборку при достаточ-

' но большой (1,5—2 года) продолжительности испытаний. Подконтрольной эксплуатации подвергались семь хроматогра­

фов ХП-499.

Суммарное время наработки составило 98020 ч. При этом был зафиксирован 81 отказ, на устранение которых затрачено 390 ч.

27

Точное разграничение отказов по причинам возникновения весь­ ма затруднительно н зависит, в частности, от качества изготовле­ ния и уровня организации обслуживания приборов, однако для ориентировочной оценки распределения отказов за время подкон­ трольной эксплуатации хроматографов ХП-499 могут быть исполь­ зованы данные, приведенные, в табл. 12.

Для ХП-499 определены следующие показатели эксплуатацион­ ной надежности:

наработка на отказ в промышленных условиях 7’= 1210 ч с до­ верительными границами 910 и 1330 ч (при доверительной вероят­ ности 0,8);

28

время восстановления tB= 4,8 ч.

Проведенные исследования позволили нормировать для хрома­ тографа нижнее значение наработки на отказ 7 = 630 ч, выбранное в соответствии с ГОСТ 13216—67 и, удовлетворяющее, как целе­ сообразным,- так и реально достигнутым значениям наработки на отказ хроматографа.

Анализ отказов по элементам и причинам возникновения и оп­ ределение необходимых характеристик надежности прибора позво­ лили осуществить мероприятия по целенаправленному улучшению конструкции прибора.

Так, нормально открытый мембранный дозирующий кран (рис. 6. а), в котором открывание клапанов происходит под дейст-

б)

Рис. 6. Мембранные дозирующие краны:

втулка

вием давления отбираемого на анализ газа, а закрытие—-давле­ нием командного воздуха, оказался непригоодным для отбора проб из аппаратов, находящихся под вакуумом или при низком давле­ нии. Замена в ряде приборов указанного крана нормально-закры­ тым краном (рис. 6, 6), в котором открытие клапанов производится давлением командного воздуха, а их закрытие — пружинами [14], позволило повысить надежность приборов на ряде технологиче­ ских объектов (аппараты контактного разложения этилового спир­ та в дивинил, установка сернокислотной гидратации эфира и т. п.).

В промышленных хроматографах, использующихся в системе управления ректификационной колонной при производстве легко­

29