Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Надежность технологического оборудования. Анализ видов и последствий отказов. Учебник
.pdf
ВВЕДЕНИЕ
– применение автоматизированных и робототехнических комплексов, что предъявляет дополнительные требования к качеству функционирования и надежности оборудования, в том числе создание систем диагностирования
и управления его техническим состоянием.
Недостаточная надежность технологических машин и
входящих в них элементов и устройств не только приводит
к значительным простоям систем, но и существенно удорожает стоимость их эксплуатации. Кроме того, проблемы
надежности технологических машин и оборудования тесно
связаны с проблемами промышленной безопасности, уменьшения риска возникновения аварий и катастроф. В настоящее время из-за экономических санкций и в условиях экономического спада на многих предприятиях различных
отраслей промышленности наблюдается снижение целенаправленной инвестиционной политики, направленной
на своевременную замену, восстановление и модернизацию
оборудования, что приводит не только к моральному, но и
к интенсивному физическому износу и старению технологических машин и оборудования, достигшему в некоторых
случаях 80 %. В связи с этим возрастает угроза роста аварийности, которая не только вызывает снижение производительности и ритмичности работы технологических машин
и оборудования, но и чревата человеческими жертвами и
экологическими катастрофами. Особенно актуально это для
угольной, горнорудной, химической, нефтегазовой и металлургической отраслей промышленности, транспорта, атомной энергетики, при эксплуатации военной техники и т.д.
В настоящее время в ведущих индустриальных странах,
в том числе и в России, при эксплуатации промышленного
оборудования осуществляется переход от регистрации свершившегося факта отказа (принцип «реагировать и выправлять») к осознанию необходимости использования инженерных методов предварительного анализа и исследования
11
Введение
технических систем и объектов повышенного риска с целью предупреждения аварий (принцип «предвидеть и предупреждать»). Поэтому методы исследования возможных отказов должны стать хорошим подспорьем для специалистов
по надежности технологических машин и оборудования,
инженерной защите окружающей среды или безопасности
жизнедеятельности, а поиск возможных отказов и анализ
последствий должен стать распространенной, обычной процедурой при оценке сложных и дорогостоящих предприятий, технологий и установок. В предлагаемом учебнике
систематизированы эти методы, а их научное изложение
было адаптировано к учебному процессу по дисциплине «Надежность технологического оборудования» для студентов,
обучающихся в НИТУ МИСИС по направлению подготовки
15.03.02 «Технологические машины и оборудование».
1. Общие принципы
методов анализа видов
и последствий отказов
1.1. Планирование и организация
работ
Анализ видов и последствий неисправностей и отказов
технологического оборудования (далее – АНО), особенно
на опасных производственных объектах, является составной частью управления их надежностью и тесно связано
с вопросами промышленной безопасности. АНО заключается в систематическом использовании всей доступной информации для идентификации опасностей и оценки риска
возможных нежелательных событий. Основные задачи
АНО заключаются в предоставлении лицам, принимающим
решения, объективной информации о техническом состоянии технологических машин и оборудования, сведений
о наиболее «слабых» местах и обоснованных рекомендаций
по снижению вероятности появления отказов и аварийных
ситуаций.
Процесс проведения АНО включает следующие основные
этапы: планирование и организация работ; идентификация
опасностей; оценка надежности и разработка рекомендаций
по уменьшению опасностей. Результаты каждого этапа АНО
должны быть обоснованы и оформлены таким образом, чтобы выполненные расчеты и выводы могли быть проверены и
повторены специалистами, которые не участвовали в первоначальном анализе. Процесс анализа риска следует документировать. Объем и форма отчета с результатами анализа
зависят от целей проведенного анализа риска.
Этап планирования работ обычно включает следующие
процедуры:
13
1. Общие принципы методов анализа видов и последствий отказов
1) определение анализируемого производственного объ-
екта и его общее описание;
2) описание причин и проблем, которые вызвали необхо-
димость проведения АНО;
3) подбор группы исполнителей для проведения АНО;
определение и описание источников информации об анализируемом объекте;
4) указание ограничения исходных данных, финансовых
ресурсов и других обстоятельств, определяющих глубину,
полноту и детальность проводимого АНО;
5) четкое определение целей и задач проводимого АНО;
6) обоснование используемых методов и определение
критериев принятия решений.
Основными задачами этапа идентификации опасностей
являются выявление и четкое описание всех источников
опасностей и путей (сценариев) их реализации. Это ответственный этап анализа, так как не выявленные на этом
этапе опасности не подвергаются дальнейшему рассмотрению и исчезают из поля зрения. При идентификации
следует определить, какие элементы, технические устройства, технологические блоки или процессы в технологической системе требуют более серьезного анализа и какие
представляют меньший интерес с точки зрения надежности. Результатом идентификации опасностей являются
перечень нежелательных событий, описание источников
опасности, условий возникновения и развития нежелательных событий (например, сценариев возможных аварий) и предварительные оценки степени опасности. Идентификация опасностей завершается выбором дальнейшего
направления деятельности. В качестве варианта дальнейших действий может быть решение прекратить дальнейший анализ ввиду незначительности опасностей или
достаточности полученных предварительных оценок. Другим вариантом может быть решение о проведении более
14
1.1. ПЛАНИРОВАНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ
детального анализа опасностей и выработка предварительных рекомендаций по уменьшению опасностей.
Основные задачи этапа оценки надежности заключаются в определении частот возникновения инициирующих
и всех нежелательных событий; оценке последствий возникновения нежелательных событий и обобщении оценок
риска. Для определения частоты нежелательных событий
рекомендуется использовать статистические данные по аварийности и надежности технологической системы, соответствующие специфике производственного объекта или
виду деятельности, а также логические методы анализа
(деревьев событий, деревьев неисправностей и др.) или экспертные оценки путем учета мнения специалистов в данной
области. Оценка последствий опасностей включает анализ
возможных воздействий на людей, имущество и окружающую природную среду. Для оценки последствий необходимо оценить физические эффекты нежелательных событий
(отказы, разрушения технических устройств, зданий, сооружений, пожары, взрывы, выбросы токсичных веществ
и т.д.) и уточнить объекты, которые могут быть подвергнуты опасности. Следует также учитывать и по возможности
выявлять связь масштабов последствий с частотой их возникновения.
Разработка рекомендаций по повышению надежности является заключительным этапом АНО. Меры по уменьшению
опасностей могут носить технический и (или) организационный характер. На стадии эксплуатации анализируемого
объекта организационные меры могут компенсировать ограниченные возможности для принятия крупных технических
мер по уменьшению риска. При разработке мер необходимо
учитывать, что вследствие возможной ограниченности ресурсов в первую очередь должны разрабатываться простейшие и связанные с наименьшими затратами рекомендации,
а также меры на перспективу. В большинстве случаев пер-
15
1. Общие принципы методов анализа видов и последствий отказов
воочередными мерами, как правило, являются меры предупреждения отказов (аварий): по уменьшению вероятности
возникновения аварийной ситуации; по уменьшению тяжести последствий аварии и т.д. Для определения приоритетности выполнения мер в условиях заданных средств или
ограниченности ресурсов следует определить совокупность
мер, которые могут быть реализованы при заданных объемах финансирования, ранжировать эти меры по показателю
«эффективность – затраты» и обосновать и оценить эффективность предлагаемых мер.
При выборе методов проведения АНО необходимо учитывать этапы жизненного цикла объекта (проектирование, изготовление, эксплуатация и т.д.), цели анализа,
критерии приемлемого риска, тип анализируемого производственного объекта и характер опасности, наличие ресурсов для проведения анализа, опыт и квалификацию исполнителей, наличие необходимой информации и другие
факторы.
На стадии идентификации опасностей и предварительных оценок рекомендуется применять методы качественного анализа, опирающиеся на продуманную процедуру,
специальные вспомогательные средства (бланки, опросные
листы, инструкции и др.) и практический опыт исполнителей. Практика показывает, что трудоемкие количественные
методы АНО часто дают значения показателей надежности,
точность которых для сложных технических систем невелика. Однако количественные методы всегда полезны, а в некоторых ситуациях и единственно допустимы, в частности для
сравнения опасностей различной природы, оценки последствий крупных аварий или для иллюстрации результатов.
При выборе и применении метода АВПО обычно считают,
что метод должен быть научно обоснован, соответствовать
рассматриваемым опасностям и давать результаты в виде,
позволяющем лучше понять формы реализации опасностей
16
1.2. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ АНАЛИЗА
и наметить пути снижения риска их появления; кроме того,
метод должен быть повторяемым и проверяемым.
1.2. Краткая характеристика методов
анализа
На стадии идентификации опасностей рекомендуется использовать один или несколько из перечисленных ниже методов АНО: «Что будет, если...?»; проверочный лист; анализ
опасности и работоспособности; анализ видов и последствий
отказов; анализ дерева отказов неисправностей; анализ дерева событий и др.
Методы проверочного листа и «Что будет, если...?» или
их комбинация относятся к группе методов качественных
оценок опасности, основанных на изучении соответствия условий эксплуатации объекта или проекта требованиям промышленной безопасности. Результатом проверочного листа
являются перечень вопросов и ответов о соответствии опасного производственного объекта требованиям промышленной безопасности и указания по их обеспечению. Метод проверочного листа отличается от «Что будет, если...?» более
обширным представлением исходной информации и представлением результатов о последствиях нарушений безопасности. Эти методы наиболее простые (особенно при обеспечении их вспомогательными формами, унифицированными
бланками, облегчающими на практике проведение анализа
и представление результатов), нетрудоемкие (результаты
могут быть получены одним специалистом в течение одного
дня) и наиболее эффективные при исследовании объектов
с известной технологией.
Анализ видов и последствий отказов (АВПО) применяется для качественного анализа опасности рассматриваемой
технической системы. Существенной чертой этого метода
является рассмотрение каждого аппарата (установки, блока,
17
1. Общие принципы методов анализа видов и последствий отказов
изделия) или составной части системы (элемента) на предмет
того, как он стал неисправным (вид и причина отказа) и какое было бы воздействие отказа на техническую систему.
Анализ видов и последствий отказа можно расширить до количественного анализа видов, последствий и критичности
отказов (АВПКО). В этом случае каждый вид отказа ранжируется с учетом двух составляющих критичности – вероятности (или частоты) и тяжести последствий отказа. Определение параметров критичности необходимо для выработки
рекомендаций и определения приоритетности мер безопасности. Результаты анализа представляются в виде таблиц с перечнем оборудования, видов и причин возможных отказов,
с частотой, последствиями, критичностью, средствами обнаружения неисправности (сигнализаторы, приборы контроля
и т.п.) и рекомендациями по уменьшению опасности. Систему классификации отказов по критериям вероятности – тяжести последствий следует конкретизировать для каждого
объекта или технического устройства с учетом его специфики. Методы АВПО, АВПКО применяются, как правило, для
анализа проектов сложных технических систем или технических решений. Выполняются группой специалистов различного профиля (например, специалистами по технологии,
химическим процессам, инженером-механиком) из 3–7 человек в течение нескольких дней, недель.
Методом анализа опасности и работоспособности (АОР)
исследуются опасности отклонений технологических параметров (температуры, давления и пр.) от регламентных
режимов. АОР по сложности и качеству результатов соответствует уровню АВПО и АВПКО. В процессе анализа для
каждой составляющей опасного производственного объекта
или технологического блока определяются возможные отклонения, причины и указания по их недопущению. При
характеристике отклонения используются ключевые слова
«нет», «больше», «меньше», «так же, как», «другой», «ина-
18
1.2. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ АНАЛИЗА
че, чем», «обратный» и т.п. Применение ключевых слов помогает исполнителям выявить все возможные отклонения.
Конкретное сочетание этих слов с технологическими параметрами определяется спецификой производства. Результаты
анализа представляются на специальных технологических
листах (таблицах). Степень опасности отклонений может
быть определена количественно путем оценки вероятности
и тяжести последствий рассматриваемой ситуации по критериям критичности аналогично методу АВПКО.
Практика показывает, что крупные аварии, как правило, характеризуются комбинацией случайных событий, возникающих с различной частотой на разных стадиях возникновения и развития аварии (отказы оборудования, ошибки
человека, нерасчетные внешние воздействия, разрушение,
выброс, пролив вещества, рассеяние веществ, воспламенение, взрыв, интоксикация и т.д.) Для
выявления причинно-
следственных связей между этими событиями используют
логико-графические методы анализа деревьев неисправностей (АДН) и анализа деревьев событий (АДС). При АДН
выявляются комбинации неисправностей (отказов, неполадок) оборудования, инцидентов, ошибок персонала и нерасчетных внешних (техногенных, природных) воздействий,
приводящие к головному событию (аварийной ситуации).
Метод используется для анализа возможных причин возникновения аварийной ситуации и расчета ее частоты (на основе
знания частот исходных событий). АДС – алгоритм построения последовательности событий, исходящих из основного
события (аварийной ситуации). Используется для анализа
развития аварийной ситуации. Частота каждого сценария
развития аварийной ситуации рассчитывается путем умножения частоты основного события на условную вероятность
конечного события.
Методы количественного анализа, как правило, харак-
теризуются расчетом нескольких показателей и могут вклю-
19
1. Общие принципы методов анализа видов и последствий отказов
чать один или несколько вышеупомянутых качественных
методов (или использовать их результаты). Проведение количественного анализа требует высокой квалификации исполнителей, большого объема информации по аварийности,
надежности оборудования, выполнения экспертных работ,
учета особенностей окружающей местности, метеоусловий,
времени пребывания людей в опасных зонах и других факторов. Количественный анализ риска позволяет оценивать
и сравнивать различные опасности по единым показателям,
он наиболее эффективен на стадии проектирования и размещения производственного объекта; при обосновании и оптимизации мер безопасности; при оценке опасности крупных
аварий на опасных производственных объектах, имеющих
однотипные технические устройства (например, магистральные трубопроводы); при комплексной оценке опасностей
аварий для людей, имущества и окружающей природной
среды.
Основное преимущество количественных методов – наглядность результатов и возможность сравнивать различные
варианты и объекты по единым показателям риска. Их основной недостаток – сложность применяемых моделей, многообразие принимаемых допущений (зачастую упрощающих
технологический процесс) и неопределенность исходной
информации зачастую ставят под сомнение значимость полученных расчетов, особенно в вопросе применения критериев приемлемого риска. В связи с этим качественные (или
инженерные) методы анализа опасностей, предполагающие
детальное рассмотрение возможных отклонений и отказов
в технологическом процессе, могут существенно повысить
достоверность анализа опасностей для обоснования технических решений. Многие ведущие зарубежные и отечественные компании требуют обязательного проведения такого
анализа уже в самом начале проектирования с его повторением на последующих этапах жизненного цикла производ-
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]