Диссертация (Повышение безопасности промышленных зданий на основе альтернативных компоновочных решений (на примере главных корпусов ТЭС)), страница 10

Методические основы снижения риска крупных аварий за счеткомпоновочных решений промышленных зданий (на примере главныхкорпусов ТЭС)2.1.Общие положения разрабатываемой методики оценки альтернативныхкомпоновочных решений с учетом гипотетических аварийДля оценки проектных решений, необходимо определить – сколько и с какимисходом следует ожидать аварий за период эксплуатации при определенномрешении. Все множество событий со всеми последствиями равно единице.

Каждуюотдельную аварию в части последствий можно представить в виде некой дискретнойзависимости от исходной причины и влияния тех или иных факторов на исход(последствия). Каждая причина может привести к аварии того или иного типа (вчасти последствий), если она не является «изолированной». Получается чтоисходный риск трансформируется в сумму всех исходов для каждого типаначальных событий. Изменение во времени будет происходить по пути наименьшего«сопротивления», т.е. по менее надежным элементам системы.В связи с этим, предлагается рассматривать безопасность, выраженную черезэксплуатационную надежность, на стадии проектирования на двух основныхуровнях – это макро- и микроуровни.

Надежность на микроуровне можнорассматривать как надежность работы технологического оборудования [108, 9, 60,109, 110, 14].На данном уровне, например (формула 2.1), турбоагрегат или паровой котелрассматривается как отдельная техническая система, а все его элементы –подсистемы («узлы»). При повышении надежности отдельных «узлов» повышается исовокупная надежность всей системы (котла или турбины).

Однако эта зависимостьне прямая и определяется степенью ответственности (важности) того или иногоконкретного «узла» или элемента, надежность которого была повышена.∑∑∑∑(2.1)57Где Нi – вероятность аварии (отказа) системы i-го вида; Иi – ожидаемыепоследствия аварии i-го вида;– вероятность аварии (отказа) i-го вида, для 1-го, 2-го или n-го элемента системы;– ожидаемые последствия аварии (отказа) i-го видадля 1-го, 2-го или n-го элемента системы; δ1 – важность 1-го, 2-го, … n-го элементасистемы («узла») в общей системе.Статистическая информация и экспертные оценки по тем или иным видамотказа отдельных узлов оборудования позволяет повысить их надежность, и, какследствие, увеличить надежность самого оборудования.Подобный подход справедлив и для энергоблока ТЭС в целом.

В данном случаеего «узлами» будет выступать основное и вспомогательное технологическоеоборудование. Очевидно, что увеличение надежности данных подсистем приводит кувеличению общей надежности энергоблоков ТЭС (рисунок 2.1).Рисунок 2.1. Модель энергоблока ТЭС с позиции надежности. Стрелкамипоказаны связи между отдельными системами.При этом рассматривается надежность непосредственно энергоблока какнезависимой технологической системы. Обычно для повышения надежности ибезопасности совершенствуется технологический процесс и/или увеличиваетсястепень «готовности» оборудования.

Однако очевидно, что чем больше узлов всистеме, чем они сложнее, тем больше отказов можно от нее ожидать.На макроуровне можно рассматривать надежность «работы» главного корпуса58(где возникновение аварийных событий наиболее опасно). Его можно представитькак совокупность технологически независимых (мало зависимых) друг от другатехнических систем (энергоблоков), каждая из которых функционирует содинаковой или различной степенью надежности, рассчитанной или определеннойэмпирически. Некоторые виды отказов в этих системах (энергоблоках) могутпровоцировать аварии, которые в свою очередь способны вызвать отказы (аварии) всоседних, не связанных технологически, но зависимых от места расположениясистемах – территориальная межсистемная связь.

[111]Такая модель (рисунок 2.2) в общем виде позволяет оценить отдельныетехнические системы (энергоблоки), их внесистемную взаимосвязь, а также степеньнадежности самого здания главного корпуса ТЭС и связь генерирующего объекта сэнергосистемой.

В данной постановке эффективным мероприятием является –уменьшение числа внесистемных связей (т.е. связей вне системы «энергоблок») засчет сокращения технических систем, размещаемых в одном главном корпусе.Снижается степень концентрации производственных линий располагаемых в зданиии повышается безопасность при эксплуатации.Рисунок 2.2. Модель главного корпуса ТЭС с позиции обеспечения общейбезопасности на макроуровне. Стрелками показаны связи энергоблоков с другимисистемами ТЭС, где ТР – территориальная межсистемная связь.В данной работе предлагается рассматривать аварии развитию которых59способствовало принятое компоновочное решение (см.

главу 1), учитывая всюсовокупность причин их повлекших.2.2.Разработка вероятностной модели прогноза аварии в процессе эксплуатации, сучетом динамики их распространения по главному корпусу ТЭСВ рассматриваемый промежуток времени [T0] на [N0] электростанциях с общимколичеством блоков [n0] (на одной электростанции [n] блоков) следует ожидать [M]аварий с выходом из строя соответственно: одного [M1], двух [M2] и i [Mi]энергоблоков, в таком случае общее удельное число событий (аварий) в год наэнергоблок P, аварий / год * энергоблок, составит (формула 2.2):∑(2.2)Или с учетом коэффициента использования установленной мощности, P, аварий/ год * энергоблок в работе, по формуле 2.3:∑(2.3)ИГде КИУМ – средний коэффициент использования установленной мощности зарассматриваемый период.Число событий на блок (средняя частота аварий), при которых из строя выходитi энергоблоков может быть определено по формуле 2.4:(2.4)ИПри этом вероятность события с выходом из строя одного энергоблока будетопределяться как:∑двух∑i энергоблоков по формуле 2.5:(2.5)∑При этом ∑Средняя вероятность распространения аварии на последующие энергоблоки,скомпонованные в одном здании, т.е.

двух и более определяется как:3-го на 4-й:(с) с k на последующие, может быть представлена в60виде формулы 2.6:∑(2.6)Таким образом, если в главном корпусе располагается один энергоблок, то( )(строявследует ожидать, что в результате аварии выйдет, блоков:блока: ( )(Общее)число3 энергоблока: ( )энергоблоков,которое(выйдет)2)изрезультатегипотетической аварии на КЭС в зависимости от их количества скомпонованных водном здании [k] может быть оценено по формуле 2.7.( )()[∑()() ∏∏](2.7)Где pi – средняя вероятность распространения аварии, пожара с i-го на (i+1)энергоблок, i = 1, 2, 3 … k (p1 – вероятность распространения с одного блока навторой, соседний; p2– с двух, охваченных аварией, на третий и т.д.).Приисходномсобытиинакаждомизkэнергоблоковполучаютсяравновероятные конечные результаты. Однако, если авария произошла на 1-ом (илипоследнем) в ряду блоке, то распространиться она может только в одну сторону, приэтом если блок средний в ряду, то у аварии есть равновероятные возможностираспространения.

Эмпирические данные об авариях в главных корпусах показываютпреимущественное распространение их в одну сторону по длине здания. Для учетаданного эффекта предлагается ввести понижающий коэффициент m, который будетучитывать положение аварийного энергоблока в здании.Число вариантов развития пожара [∑], приводящих к выходу и строя [n]энергоблоков, при их количестве в здании равном k (k ≥ n ≥ 2) определяется как∑(). А общее число возможных вариантов равно (2·k).Например, если в здании располагается 6 энергоблоков, в случае выхода изстроя 2-х энергоблоков, при начале аварийного события на блоках со 2-го по 5-й приразвитии аварии в любую из сторон равно 8 случаям.

Если аварийное событиезатрагивает блок № 1 или № 6, то авария может развиваться только в одну сторону –612 случая. Всего возможно 10 случаев развития аварии согласно данному примеру(см. таблицу 2.1).Таблица 2.1. К выводу понижающего коэффициента m, учитывающегоположение аварийного энергоблока в здании. На пересечении приведено количествовозможных вариантов распространения аварии.в одном здании, kколичество энергоблоковколичество энергоблоков охваченных аварией, n234567822------342-----4642----58642---6108642--712108642-81412108642Понижающий коэффициент позволяющий учесть положение аварийного блокав главном корпусе ТЭС предлагается учитывать по формуле 2.8.mk 1 i;k(2.8)Тогда формула 2.8 примет вид (см. формулу 2.10):( )()(∑()() ∏∏)(2.9)Общее количество аварий в главном корпусе ТЭС за время эксплуатациистанции предполагается определять по формуле 2.10, а среднее количествоэнергоблоков охваченных аварийным событием по формуле 2.9.( )∑()(2.10)Где Т – расчетный период эксплуатации станции, лет (для турбоагрегатов онравен 40 годам [34]); Pi – средняя частота аварий, (аварий / год * энергоблок),определяется на основании статистических данных или путем экспертных оценок; k62– количество энергоблоков скомпонованных в одном здании для рассматриваемоговарианта, эб.С учетом формулы 2.1 средний исход аварии за весь срок эксплуатации станциив зависимости от количества энергоблоков скомпоновонных в одном главномкорпусе будет определяться по формуле 2.11.[ ( )∏2.3.]( ) [()(∑()() ∏)](2.11)Система и критерии оценки альтернативных компоновочных решений взависимости от последствий гипотетических аварийВ настоящей работе безопасность главного корпуса электростанции исвязанных с ней потребителей предлагается оценивать по интегральному показателюэквивалентных затрат в зависимости от количества энергоблоков располагаемых водном здании (формула 2.12) [111].

Определять данный критерий предполагается взависимости от составляющих видов гипотетических последствий аварий исвязанной экономической целесообразности разблокировки. Однако указанное неисключает совершенствование надежности на микроуровне путем увеличениянадежности внутри отдельных систем (энергоблоков).(Где ∆)()(2.12)– разница в эквивалентных затратах для различных вариантовкомпоновочных решений главного корпуса ТЭС (критерий оценки компоновочныхрешений), млн. р.; ∆– изменение капиталовложений за счет размещенияэнергоблоков в отдельных зданиях, млн.