Предисловие.
Масштабы и темпы развития газовой промышленности и газоснабжающих систем определяет добыча газа, по которой Советский Союз занимает первое место в мире. Значительный рост добычи газа существенно изменил топливный баланс страны. Если в 1950 г. удельный вес газового топлива занимал в общем топливном балансе СССР лишь 2,3%, то в 1983 г он был равен 27%, а в 1990 г. по расчетам доля газа составит 33% всех видов потребляемых топлив.
В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года предусмотрено довести объем добычи газа в 1990 г. до 835... 850 млрд. м3, ускорить развитие отрасли. Планируется дальнейшее расширение газификации городов. В настоящее время в СССР газифицировано более 70% городов. К 2000 году предполагается завершить газификацию всех городов страны.
Совершенствование, интенсификация и автоматизация технологических процессов приводят к необходимости повысить качество расходуемых теплоносителей. В наибольшей мере по сравнению с другими видами топлива этим требованиям удовлетворяет природный газ.
Рациональное использование газообразного топлива с наибольшей реализацией его технологических достоинств позволяет получить значительный экономический эффект, который связан с повышением КПД агрегатов и сокращением расхода топлива, более легким регулированием температурных полей и состава газовой среды в рабочем пространстве печей и установок, в результате чего удается значительно повысить интенсивность производства и качество получаемой продукции. Применение газа для промышленных установок улучшает условия труда и способствует росту его производительности. Использование природного газа в промышленности позволяет осуществить принципиально новые, прогрессивные и экономически эффективные технологические процессы. Кроме того, применение газа в качестве топлива позволяет значительно улучшить условия быта населения, повысить санитарно-гигиенический уровень производства и оздоровить воздушный бассейн в городах и промышленных центрах
Распределительные системы газоснабжения становятся едиными для областей и республик, и для их проектирования, строительства и эксплуатации необходимы глубокие знания специалиста. Рост потребления газа в городах, поселках и сельской местности, а также масштабность распределительных систем ставят перед инженером по газоснабжению новые и сложные задачи, связанные с развитием
и реконструкцией систем, повышением их надежности, необходимостью экономического использования газа и защиты воздушного бассейна от загрязнений. Решение этих задач возможно лишь с применением вычислительной техники.
Распределительные системы являются сложными многокольцевыми системами, экономичное проектирование которых должно базироваться на современных методах оптимизации с учетом вероятностного характера функционирования и обеспечения требуемой надежности подачи газа потребителям. Поэтому методики расчета системы, изложенные в учебнике, построены на базе современных представлений о случайных процессах потребления газа и функционирования элементов системы и использования математических методов оптимизации Изложенные методики иллюстрируются конкретными примерами расчета.
В основу проектирования и расчета систем снабжения сжиженными углеводородными газами положены термодинамические свойства двухфазных, многокомпонентных систем с учетом климатических условий расположения газоснабжаемых объектов.
Выбор газогорелочных устройств и газооборудования агрегатов базируется на современных представлениях теории и практики сжигания газа, методах расчета и проектирования газовых горелок, технологических особенностей агрегатов.
В учебнике приведены методы гидравлического и технико-экономического расчета газовых сетей, дан анализ гидравлических режимов, изложен метод определения расчетных расходов газа, отдельная глава посвящена методу расчета надежности газоснабжающих систем, изложен метод расчета эжекционных газовых горелок.
Четвертое издание учебника дополнено и переработано. В нем учтены новые нормативные документы (ГОСТы и СНиП), а также отражены научные исследования и конструкторские разработки. Методы расчета, примеры, таблицы и графики приведены в международной системе единиц СИ. Все методики расчета представлены в виде алгоритмов, которые должны служить основой для составления программ расчета на ЭВМ. Это будет способствовать расширению применения вычислительной техники в проектировании систем газоснабжения.
Автор выражает признательность заведующему кафедрой Днепропетровского инженерно-строительного института профессору, докт. техн наук М. Я. Розкину за ценные предложения и замечания, сделанные при рецензировании рукописи.
Оценка надежности систем с помощью математического аппарата заключается в определении закономерностей распределения случайных величин (отказов).
Определение закономерностей производится, как правило, путем проведения экспериментов или сбора данных по наблюдению за поведением системы и ее элементов в течение длительного времени.
При экспериментальном испытании образцов в заводских или полигонных условиях расчет вероятности безотказной работы осуществляется по формуле
Надежность систем рассчитывается или устанавливается на стадах проектной (конструкторской) разработки, заводских (полигонных) испытаний или при повседневной эксплуатации на объектах.
При расчете надежности, как и при других расчетах, используются или налагаются некоторые ограничения. В частности, при расчетах с учетом внезапных отказов поток их (т. е. последовательность отказов, следующих один за другим в случайные моменты времени) в системе предполагается простейшим значит, что поток отказов удовлетворяет одновременно условиям стационарности, отсутствия последействия и ординарности. В эти понятия вкладывается такой смысл:
стационарность случайного процесса означает, что на любом промежутке времени At вероятность возникновения определенного числа отказов зависит только от X и величины промежутка At, но не изменяется от сдвига At по оси времени;
отсутствие последействия означает, что вероятность наступления определенного числа отказов (п) в течение At не зависит от того, сколько было отказов до этого и как они распределялись;
ординарность потока отказов означает невозможность появления в один и тот же промежуток времени более одного отказа.
При принятии этих условий отказы элементов любой системы являются событиями случайными и независимыми, а вероятность безотказной работы системы
При расчетах также принимается, что однотипные элементы равнонадежны. Расчет надежности сложной системы рекомендуется вести по узлам (блокам), конструктивно оформленным в одно целое. Такой подход позволяет сравнивать узлы по надежности, выявляя при этом слабые места системы, что дает возможность их совершенствования.
Расчет надежности рекомендуется осуществлять в следующей последовательности: рассматривается принципиальная схема системы, изучается ее функционирование и связь между отдельными элементами системы; сложные системы разбиваются на подсистемы, которые, в свою очередь, делятся на группы (агрегаты), узлы (блоки); дается формулировка отказа; составляется структурная схема для расчета; составляется таблица расчета надежности; на основании данных таблицы вычисляются количественные характеристики блоков, подсистем и системы в целом.
Говоря о схемах, следует дать определение принципиальным (функциональным) и структурным (логическим) схемам.
В первых системах показываются реальные связи между элементами системы: технологические, кинематические, электрические и т. п. В этих схемах каждый элемент отражает конкретную технологическую принадлежность.
Во вторых системах показываются лишь те связи, которые по своему смыслу отражают надежность системы при выполнении ею заданных функций. Каждый элемент обозначается условным значком и не отражает конкретного функционального назначения.
Для повышения надежности используют 2 пути. Первый — повышение надежности и качества элементов, из которых состоит система, но когда возможности повышения качества элементов исчерпаны, идут по второму пути — пути резервирования, который позволяет построить систему с надежностью выше надежности элементов, из которых она состоит. Состояние системы в любой момент определяется состоянием ее элементов. Если все элементы исправны, система исправна в целом. При определенной совокупности отказавших элементов система приходит в состояние отказа в целом. Сложная техническая система характерна тем, что наряду с указанными крайними состояниями она может находиться в промежуточных состояниях, обладать частичной работоспособностью. Переход системы из одного состояния в другое связан с отказами или восстановлениями ее элементов. Этот процесс описывается вектором случайных состояний системы. Каждое состояние системы оценивается характеристикой качества функционирования, которая определяется технологическими задачами системы. Основная задача распределительной системы газоснабжения — обеспечить подачу потребителям расчетного расхода газа. Его и принимают за характеристику качества функционирования. Каждому состоянию системы ставят в соответствие долю расчетного расхода газа, которую может подать система неотключенным от сети потребителям. Этот расход газа дает численную оценку степени выполнения задачи системой. Надежность элементов характеризуется параметром потока отказов. После отказа элемент выключают из системы, ремонтируют (заменяют) и вновь включают в работу. Последовательность отказов элементов во времени и составляет поток отказов, который определяют экспериментально или из статистических данных повреждений, фиксируемых службами экспл
|
Газовик - промышленное газовое оборудование |
|
Версия
для печати
Газовик
- промышленное газовое оборудование 
Продукция 
Статьи 
Надежность систем газоснабжения
Показатели надежности.
Согласно ГОСТ 27.002—83, надежность — это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах все параметры, характеризующие способность выполнять требуемые функции в заданных режимах в условиях применения, технического обслуживания, ремонта и транспортирования. Для систем газоснабжения и газопотребляющих агрегатов такими параметрами являются пропускная способность, мощность, давление, расход газа и др.
Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта, его специфики и условий эксплуатации может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость или определенное сочетание этих свойств — как для всего объекта, так и для его частей.
Под безотказностью понимают свойство системы непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки, под долговечностью — свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Ремонтопригодность заключается в приспособлении объекта к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений, а также к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния проведением технического обслуживания и ремонтов. Свойство объекта сохранять безотказность, долговечность и ремонтопригодность в течение и после хранения и (или) транспортирования является сохраняемостью. Эти свойства численно характеризуются соответствующими единичными показателями.
К единичным показателям безотказности систем газоснабжения относятся вероятность безотказной работы, интенсивность отказов и наработка на отказ. Вероятность безотказной работы, т. е. вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ не произойдет, определяется отношением количества объектов, безотказно проработавших до момента времени t, к количеству объектов, работоспособных в начальный момент времени t = 0.
Интенсивность отказов ג (t) — это условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник. Под плотностью понимают предел отношения вероятности отказа в интервале времени от t до t + Δt к значению интервала Δt при Δt —> 0. Физический смысл вероятности отказа — это вероятность отказа в достаточно малую единицу времени:
где р(t) — вероятность безотказной работы за время t, f(t) — плотность распределения наработки до отказа.
Наработка на отказ τo представляет собой отношение наработки объекта к математическому ожиданию количества его отказов в течение этой наработки. При экспоненциальном распределении наработки между отказами наработка на отказ оценивается выражением τo = λ-1. В общем случае наработка на отказ зависит от длительности периода, в течение которого она определяется.
Единичными показателями ремонтопригодности систем газоснабжения являются вероятность восстановления и среднее время восстановления.
Вероятность восстановления в заданное время — это вероятность того, что время восстановления работоспособности объекта (время обнаружения, поиски причины и устранения последствий отказа) не превысит заданного.
Среднее время восстановления является математическим ожиданием времени восстановления работоспособности. При наличии статистических данных о длительности восстановления n объектов τ1, τ2, …., τn среднее время восстановления оценивается выражением:
Вероятность безотказной работы объектов (газопроводов, ГРП и др.)
Большое значение имеет определение надежности линейной (трубопроводной) части газораспределительных систем. Это связано с тем, что при подземной прокладке обнаружение и ликвидация неисправностей затруднительны и требуют продолжительного времени (низкая ремонтопригодность) по сравнению с надземными объектами газового хозяйства. Кроме того, утечки газа из поврежденных подземных газопроводов могут привести к насыщению газом близлежащих зданий и сооружений. Интенсивность отказов и надежность участков подземных газопроводов приведены в табл. 1.
Таблицa 1. Интенсивность отказов ג и надежность участков газопроводов Н
|
Диаметр газопровода, мм |
ג 105 м-1 в год |
Н, % при длине участка, м | ||||
|
100 |
150 |
200 |
250 |
300 | ||
|
≤80 |
307 |
99,693 |
99,563 |
99,385 |
99,230 |
99,074 |
|
100 |
38 |
99,962 |
99,943 |
99,925 |
99,910 |
99,889 |
|
125 |
20 |
99,98 |
99,97 |
99,96 |
99,951 |
99,941 |
|
150 |
1 |
99,999 |
99,998 |
99,997 |
99,996 |
99,995 |
|
≥200 |
0 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
Определение надежности газопроводов. При тупиковом (последовательном) соединении элементов (рис. 1, а)
где P1, Р2, Р3 — надежность 1-го, 2-го, 3-го и т. д. по ходу газа участков; q — общий объем газа, проходящего через газопровод; q1, q2 — путевые расходы газа в 1-м, 2-м и т. д. по ходу газа участках.
При параллельном соединении (рис. 1, б) с суммируемыми показателями эффективности отдельных элементов, если надежность и пропускная способность всех газопроводов одинаковы, т. е. если
если надежность и пропускная способность газопроводов различны.
