Апр 29, 2022
Для предупреждения и устранения отказов трубопроводной арматуры на предприятиях имеются специальные эксплуатационные службы. Служба обычно состоит из участка, цеха, где осуществляется централизованный ремонт, и участков эксплуатации. Существующие системы технического обслуживания и ремонта основаны на комплексе взаимосвязанных положений и норм, предусмотренных нормативной документацией.
Оптимизация сроков проверок и ремонтов. Техническое обслуживание и ремонт бывают двух видов: плановое обслуживание и ремонт, которые проводятся регулярно с установленной периодичностью для предотвращения роста отказов; неплановое обслуживание и ремонт, которые проводятся после возникновения отказов для восстановления функций систем.
Первый вид технического обслуживания и ремонта, включающий профилактические осмотры и ремонты, относится к числу наиболее важных способов сохранения надежности технических устройств в процессе их эксплуатации. Однако при нормативной системе технического обслуживания и ремонта он оказывается недостаточно эффективным вследствие неоптимальной периодичности ремонтов отдельных систем, отсутствия системы прогнозирования отказов и нерационального распределения запасов резервных элементов.
Рассмотрим задачи оценки последствий отказов. Любой отказ приводит к выходу технологического процесса из оптимального режима, при этом неизбежно возникают потери, влияющие на эффективность ведения процесса. При отказе системы с арматурой технологический процесс проходит последовательно стадии: остановка процесса (перевод процесса на промежуточный режим); пребывание процесса на промежуточном режиме; пуск процесса (перевод процесса на нормальный режим после ремонта системы).
Последствия отказов можно измерить средней стоимостью одного отказа, которая выражает в стоимостных единицах среднюю потерю производительности, сырья, энергии и т.д. вследствие отказа.
Суммарная длительность стадий остановки и промежуточного режима определяется временем восстановления системы при аварийном ремонте. Рассмотрим составляющие времени восстановления системы более подробно.
Неисправность элемента системы можно устранить двумя способами: без замены неисправного элемента и с его заменой. В первом случае неисправность устраняет оперативная эксплуатационная служба на месте установки арматуры. Этапы ремонта системы даны на рис. 1. Простейшая схема устранения отказа приведена на рис. 1, а. Структура времени устранения отказа заменой представлена на рис. 1, в.
Рис. 1. Структура времени устранения отказа арматуры целевого назначения (АЦН) для типовых случаев эксплуатации и ремонта
Для большинства систем более типичным является промежуточный случай (см. рис. 1, б). Здесь часть неисправностей устраняется дежурным персоналом на месте, а другая часть, требующая специальных условий, ремонтируется на централизованных участках. На место арматуры, нуждающейся в централизованном ремонте, устанавливают запасную.
Ремонтопригодность арматуры, входящей в технологическую систему, колеблется в широких пределах и характеризуется временем восстановления и временем замены. При таких показателях восстановления стоимость одного отказа системы может достигать миллионов рублей, что вполне соизмеримо и чаще всего превышает капиталовложения в эту систему. Следовательно, необходимо внедрять оптимальные методы эксплуатации систем в производственных условиях действующего предприятия.
Оптимальная эксплуатация систем требует применения не нормативной, а "гибкой" адаптивной системы технического обслуживания и ремонта с использованием методики повышения надежности системы. Основу методики составляет моделирование на ЭВМ стохастического процесса возникновения отказов элементов систем. Моделирование осуществимо при наличии специальных моделей, которые можно назвать моделями технического обслуживания и ремонта. Их строят для определения рационального способа улучшения всех основных параметров надежности систем.
Эти модели позволяют учитывать процесс устранения неисправностей, причем своевременное устранение возникающих неисправностей создает предпосылки для повышения надежности системы. Наличие и характер использования резервного оборудования, способ обнаружения и устранения неисправностей, а также предполагаемое распределение времени безотказной работы систем и времени ремонта - вот основные факторы, определяющие математическую модель обслуживания и ремонта.
Современные эффективные методы расчета межремонтных сроков основаны на использовании информации о процессе изменения прогнозирующего параметра во времени.
При организации технического обслуживания необходимо определять параметры надежности систем и их элементов. В этом случае эффективно применение адаптивных методов, позволяющих совмещать сбор данных об эксплуатационной надежности систем с управлением их обслуживания.
Рассмотрим ситуацию, когда отказы обнаруживаются в результате контрольных проверок (КП). Необходимо решить задачу планирования проверок (определение периодичности), которая минимизирует математическое ожидание полных затрат от отказов и проведения самих проверок.
Модели КП описывают поведение стареющих систем. Старение является стохастическим, поэтому достоверное состояние системы можно установить только в результате проведения КП. Профилактику для стареющих систем можно осуществлять двумя способами: проводить ее регулярно с определенной периодичностью, либо сначала измерить некоторые параметры системы, имеющие свойство постепенно изменяться с течением времени старения арматуры или в результате ее разгерметизации, а затем решать вопрос о проведении профилактических мероприятий. В первом способе используется только априорная информация о состоянии системы, второй же способ основан на применении апостериорной информации о ее состоянии.
Рассмотрим типичную постановку задачи. Пусть известны интенсивность отказов системы (отказы независимы) и вероятность мгновенного обнаружения неисправности. Если неисправность обнаружена, то устанавливается среднее время ее устранения. Периодичность КП планируют после внепланового ремонта или после окончания очередной профилактики. Средняя длительность КП может быть малой, если не обнаружены неисправности, и большой, если необходим ремонт. Планирование профилактики должно осуществляться таким образом, чтобы максимизировать коэффициент готовности системы. Сформулированную задачу и ее модификации решают методами теории восстановления.
Теперь рассмотрим второй способ. Если известно состояние системы в дискретные моменты, то планирование КП должно осуществляться на основании этой информации, которая называется апостериорной.
Для таких моделей характерна следующая постановка задачи. Подконтрольная система может находиться в одном из состояний 0, 1, ..., L. Состояние 0 обозначает новую систему, а L соответствует ее отказу. Известна стоимость контрольной проверки С при нахождении системы в состоянии j (j < L) и стоимость проверки (С + А), если система находится в состоянии L. Здесь А - штрафная стоимость. Требуется определить также сроки КП, при которых достигается минимальное значение средней стоимости КП в единицу времени.
При построении моделей определения оптимальных сроков проведения ремонтов систем исходными являются три подхода.
1. Первый способ характеризуется тем, что ремонты проводят по истечении времени то безотказной работы. Если отказ произошел раньше то, то плановый ремонт совмещают с аварийным и начинают выполнять в момент отказа. После выполнения любого вида ремонта система считается новой и обязательно планируется следующий плановый ремонт через то.
2. При втором способе плановые ремонты выполняют через то независимо от числа аварийных отказов, происшедших в промежутках между ними. После аварийного отказа выполняют только частичный ремонт, а после планового ремонта система считается новой.
3. Возможен третий подход к проведению профилактических работ. Здесь время то (через которое проводятся плановые ремонты) зависит от числа отказов и от действительного состояния арматуры системы. Он применим к так называемым постепенным отказам. Постепенные отказы связаны с относительно медленными изменениями параметров элементов во времени и составляют основную долю отказов арматуры. Постепенные, а также часть внезапных отказов можно предотвратить, основываясь на статистических закономерностях возникновения неисправностей. Предотвращать отказы удается в том случае, если известен прогнозирующий параметр элементов и постепенное изменение структуры элементов подчиняется определенному закону.
Прогнозирующим называется такой параметр, который в любой момент характеризует изменение геометрии и структуры элемента и позволяет контролировать запас его надежности, преимущественно это герметичность и прочность арматуры.
Качество функционирования арматуры можно контролировать в процессе работы. С течением времени оно ухудшается, это означает приближение состояния элемента к уровню выхода из строя. Это дает возможность назначать предварительный уровень прогнозирующего параметра, при достижении которого необходимо выявить и заменить неисправный элемент - порог функциональной герметичности.
Для замены неисправного элемента необходимо иметь фонд резервной арматуры. Поэтому модель определения оптимальных сроков прогнозируемых ремонтов должна включать модель определения оптимального уровня запасов резервных элементов. Модели данного класса рассматриваются в рамках вопросов оптимального резервирования.
Для заданного периода времени минимизируется функция, характеризующая риск нехватки запасов резервных элементов и ограничения по их стоимости.
Функция связывает надежность всей системы с вектором резервных элементов. Элементы системы рассматриваются как совокупность
(Wi + Si) элементов i-го типа, из которых Wi являются работающими, а Si - резервными. Функция может означать и коэффициент готовности i-й подсистемы, и вероятность того, что число отказавших элементов i-го типа не превысит Si, и некоторые другие показатели надежности. В простейших случаях эта задача формулируется как определение экстремума функции многих переменных.
Системная организация технологии ремонта. Применяя положения системного обеспечения качества целевой арматуры к технологии восстановления затворов арматуры как иерархической системы, выделяем структурные составляющие деталей, выступающие определителями требований к заготовкам. Для деталей характерна структура с тремя уровнями иерархии: первый - деталь (сборочная единица), второй - функциональная или структурная части детали (деталь) и третий - поверхность. Под заготовкой на каждый стадии анализа понимают ее трансформацию по уровням от поверхности до отремонтированного изделия в целом (табл. 1). Критериями трансформации выступают средние значения и рассеяния функциональных и соподчиненных геометрических параметров и параметров материала заготовки.
Таблица 1.
| Структурные составляющие - определители заготовки | Структурные составляющие | ||
| Заготовка как поверхность, часть детали, изделие | Элемент (поверхность) | Элемент (часть) | Элемент (изделие) |
| Поверхность (герметизирующая) | Система | Подсистема | |
| Часть детали (функциональная или структурная) | Система | Подсистема | |
| Деталь (сборочная единица) | Система | ||
Технологическое обеспечение параметров и точности герметизаторов основывается на результатах следующего стадийного анализа:
- система "поверхность (герметизаторов затворов)" как определитель технологии восстановления герметизирующих поверхностей заготовок деталей затвора;
- система "часть детали (функциональная или структурная) - поверхность" как определитель технологии восстановления частей заготовок деталей затвора;
- система "деталь (герметизаторы затвора) - часть детали - поверхность" как определитель технологии получения заготовки детали затвора.
Технология обработки герметизирующей поверхности подчинена установлению параметров и точности герметизаторов затвора. Включает, наряду с определением оптимальных режимов обработки герметизаторов, проведение контроля параметров материала и точности изготовления.
Технологии притирки металлических герметизаторов, напыления полимера металлополимерных герметизаторов, точения полимерных герметизаторов специфичны и требуют применения специальных средств технологического оснащения. Метрологическое обеспечение качества герметизаторов затворов из металлов и из неметаллических материалов требует создания специальных средств технических измерений, преимущественно основанных на интегральной оценке герметизирующих поверхностей при малом измерительном усилии и в условиях низкой контроледоступности. Критерием оптимизации при внедрении специальных измерительных средств выступает трудоемкость контрольной операции.
Технология получения функциональной или структурной части детали должна отвечать условиям функционирования герметизирующей поверхности. Включает формообразование герметизирующей и замковой частей тарелки, пробки, клина и герметизирующей части седла в корпусе арматуры. Технология механической обработки под притирку металлических герметизаторов и напыление полимера металлополимерных герметизаторов, заделки полимера в гнезде полимерных герметизаторов должны быть подчинены технологии обработки герметизирующей поверхности.
Критерием оптимальности при выборе схем и режимов получения функциональной или структурной части выступает трудоемкость притирки металла, напыления полимера, точения полимера.
Технология формообразования заготовки должна подчиняться условиям функционирования части детали. Включает совершенствование технологий наплавки металлических герметизаторов, получения сырья металлополимерных герметизаторов, формообразования заготовок полимерных герметизаторов. Критерием оптимальности является трудоемкость механической обработки под наплавку и напыление, заделки полимера.