Прохоренко Н.Н. Надежность технологических систем (1084929)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ.

Московская государственная академия тонкой химической технологии

имени М.В. Ломоносова.

Кафедра «Процессы и аппараты химической технологии»

Составители: Н.Н.Прохоренко

НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

(Методическое пособие по курсовому проектированию)

Москва - 2001 г.

Вступление.

В условиях рыночной экономики разработчики химико-технологических систем (далее - ХТС) должны доказывать инвестору (заказчику) качество своей разработки-товара. Сегодня инвесторы Японии не дают кредита на создание ХТС, если вероятность работоспособности ее (определение см. ниже) меньше 0,7. И при этом сами разработчики оказываются без работы и, следовательно, без зарплаты.

В подавляющем большинстве случаев инвесторы устраивают конкурс на необходимую ХТС, критериями отбора ХТС среди конкурентов-разработчиков являются экономические показатели (например, стоимость ХТС) и, главное, действительная годовая себестоимость продукта ХТС, рассчитанная с учетом надежности ХТС.

Владельцы промышленного капитала (т.е. ХТС) также кровно заинтересованы в высоком качестве создаваемой химической технологии, они хотят, чтобы после уплаты кредита с %-ми инвестору (кредитору) ХТС устойчиво работала в проектном режиме и, следовательно, давала стабильный доход владельцу.

Настоящее пособие предназначено для ознакомления студентов, получающих специальность химика-технолога, с основами параметрической надежности ХТС, для приобретения навыка расчета показателей качества разработки установок и технологий химической промышленности.

Термины и определения понятий.

1.Понятие «СИСТЕМА» имеет несколько определений, каждое из них отражает то или другое свойство. В химической технологии разумно следующее определение:

Системой называется совокупность взаимодействующих частей.

Здесь ударение делается на ключевом слове - взаимодействие частей. Как разбивать систему (т.е. целое) на части, в определении не указывается. Способ разбиения отдается на волю исследователя надежности ХТС. Для химических технологий (установок) естественным способом разбиения является следующий. ХТС состоит из 3-х частей: собственно химическая технология, процессы переноса массы, теплоты и количества движения в аппаратах и реакторах и собственно оборудование ХТС «в железе».

Такое разбиение соответствует исторически сложившемуся методу разработки ХТС. Первыми начинают разработку химики-технологи, далее продолжают специалисты по процессам и аппаратам химической технологии и заканчивается процесс разработки подбором оборудования, в геометрическом объеме которого будут протекать химические и фазовые превращения. Результаты всей работы собираются в документе под названием «Химико-технологический регламент на проектирование ХТС».

1. Качество ХТС.

В России действует ГОСТ 27. 002 - 83 под названием «Надежность в технике. Термины и определения». В этом ГОСТе определение «Качество» носит скорее литературный характер (авторам так хотелось все учесть), но главным свойством качества объявляется надежность.

3.Надежность ХТС.

В соответствии с упомянутым ГОСТом

Надежностью называется работоспособность объекта во времени

1. Работоспособность ХТС.

В соответствии с тем же ГОСТом -

Работоспособность - состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность его выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно технической и / или конструкторской документации.

Итак, получилась цепочка определений понятий :

ХТС система качество  надежность  работоспособность.

Рассмотрим подробнее последнее определение. В химической промышленности заданной функцией технологических установок является годовая (квартальная или полугодовая) производительность и качество продукта (концентрация какого-то компонента, влажность, дисперсность и т.д.). Работников экономической службы химического комбината не интересует часовая или секундная производительность ХТС в т/час или м³/сек и т.д. Их интересует общее количество произведенного продукта, товара за квартал, полугодие или за год. Именно здесь проявляются внезапные, внеплановые остановки ХТС и последующие за ними простои ее. Именно здесь в себестоимость целевого продукта ХТС приходится вводить финансовые затраты на ремонт и восстановление, штрафы за испорченную экологию региона, штрафы потребителей продукции ХТС за недополученную прибыль. Простои ХТС при рыночной экономике - очень дорогое удовольствие для владельцев ХТС!

Ключевым словом в определении понятия работоспособность является слово «параметр», т.е. физико - химическая величина. Обычно, это или концентрация какого-то компонента в некотором технологическом потоке, или температура, например, катализатора, или гидродинамический параметр (например, критерий Re), или давление где-то в технологии и т.д.

Определение:

Заданным параметром ХТС называется такой параметр, на который разработчики ХТС наложили ограничение на отклонение (амплитуду) от номинального (проектного) значения.

Как правило, множество заданных параметров ХТС указано в технологическом регламенте ХТС на проектирование.

Каков источник заданных параметров? Первый источник - химики - технологи, определившие экспериментально или теоретически термодинамические и кинетические условия проведения химических и фазовых превращений сырья в целевой продукт. Второй - «процесщики», определившие гидродинамические, тепло-массообменные условия, при соблюдении которых реализуются эти превращения. Третий - специалисты по оборудованию химических производств, знающие условия длительной эксплуатации изделий химического машиностроения.

Следствие из определения понятия работоспособности:

Необходимым условием работоспособности ХТС является нахождение ВСЕХ заданных параметров в разрешенной окрестности около номинального его значения.

Иначе:

Если хоть один заданный параметр ХТС в процессе пуска или эксплуатации вышел из разрешенного диапазона около номинала, то такое состояние называется ОТКАЗОМ.

Следовательно, работоспособность ХТС и отказ ее - антонимы.

Отказ ХТС совсем не означает аварию, взрыв с человеческими жертвами. Установка может вполне мирно работать, но выдавать брак или увеличить количество пыли в выхлопных газах в атмосферу, или увеличить количество вредоносных компонент в своих сточных водах и т.д.

Введение количественной меры работоспособности.

Практика показывает, что на всех жизненных стадиях ХТС (от пробирочных исследований до ее демонтажа) она находится в море случайных воздействий. То поставщик стал давать сырье другого качества, то энергетики поставляют энергию (водяной пар, горячую воду, электроэнергию, природный газ, мазут и т.д.) не проектного качества, то изменились погодные условия для аппаратуры, установленной на открытом воздухе - это далеко не полный перечень случайных внешних воздействий на ХТС и в режиме пуска и при эксплуатации.

Следовательно, работоспособность, как СОСТОЯНИЕ ХТС, является тоже случайным событием, и тогда количественной мерой КАЧЕСТВА ХТС естественно принять вероятность работоспособности Р. Ясно, что 0  Р  1.

Физический смысл вероятности работоспособности ХТС следует из математического: это доля работоспособных ХТС среди всех тиражированных.

Экономический смысл вероятности работоспособности ХТС - мера риска инвестора в том, что в договорный срок владелец ХТС вернет всю сумму кредита с % .

Для разработчиков ХТС вероятность работоспособности их детища - мера уверенности, что найдется покупатель на их разработку, а они будут иметь хорошую зарплату в течении ближайших 3 - 4 лет.

Цель курсового проекта.

Определить вероятность работоспособности Р технологической системы.

Курсовой проект по курсу «Процессы и аппараты химической технологии» по существу является первой студенческой попыткой собрать воедино разрозненные знания, полученные при изучении этого курса, пробой разработки технологической системы. Тем более важно сразу, с нуля приучить к контролю за качеством его деяний.

Блок - схема алгоритма выполнения курсового проекта.

Подробное рассмотрение блоков этого алгоритма.

1. Исходные данные.

Руководитель представляет студенту исходные данные в виде задания целевой функции будущей ХТС (производительность по целевому продукту, качество его). Одновременно указывается тип процесса (сушка, ректификация, экстракция, выпарка и т.д.). В задании студенту подчас конкретизируются некоторые детали (если ректификация, то указывается тип распределительных тарелок, если выпарка, то указывается способ подвода теплоты, если сушка, то предлагается вести процесс в сушильном барабане или в аппарате с псевдоожиженным слоем).

2. Разработка технологической схемы ХТС

Технологическая схема по существу показывает последовательность переделов над сырьевым потоком, указывает расположение аппаратов, реакторов в необходимой последовательности по ходу технологического потока.

Затем студент должен озаботиться типичными проблемами технолога. Прежде всего - степенью превращения сырья в целевой продукт. Студент предлагает те или другие мероприятия по увеличению этой степени (рециклы, дополнительная переработка отходов в другой продукт - товар и т.д.) и все эти мероприятия изображает на технологической схеме.

Вторая проблема - минимизация энергопотребления. Здесь студент разрабатывает мероприятия по уменьшению энергозатрат, топлива, необходимые в технологии. Здесь ему надо стремиться к уменьшению потенциалов процессов химического и фазового превращения согласно второму закону термодинамики (температур, давления, разности концентраций реагирующих веществ).

Энергопотребление производства можно существенно уменьшить, если организовать потоки масс из мест энерговыделения через теплообменники в аппараты, где необходимо энергопотребление. Эти потоки необходимо указать на технологической схеме. В дальнейшем не забывать о теплоизоляции газоходов, трубопроводов и оборудования.

Наконец, студент - технолог должен сразу на стадии разработки технологической схемы принять меры по уменьшению или ликвидации экологического давления будущей ХТС на окружающую среду, надо заняться пыле - газовыбросами в атмосферу, сточными водами ХТС, зашумлением и вибрациями. При этом помнить, что штрафы за чрезмерное давление на природу в конце концов войдут в годовую себестоимость целевого продукта ХТС и могут сделать ее не рентабельной. Здесь студент должен предложить мероприятия для уменьшения экологической опасности разрабатываемой технологии и отразить их в технологической схеме.

При разработке технологической схемы ХТС студент обязан подумать о способах перемещения, о движении технологических потоков из передела в передел, о перемещении масс по трубопроводам, газоходам и внутри реакторов и аппаратов. Здесь придется решать вопрос о том, где и какие движители (насосы, вентиляторы, газодувки, дымососы) следует установить. Придется сразу решать вопрос о запорной и регулирующей арматуре, о расположении ее на схеме. Вспомнить, что установленные движители, как и всякие механические устройства, требуют специальных условий для своей длительной эксплуатации. Например, вентиляторы и газодувки работают при температуре потоков не более 250⁰С, а технологический поток должен быть без пыли во избежание эрозии крыльчаток. Насосы также не терпят высокую концентрацию твердых мелкодисперсных частиц и химическую агрессивность жидких технологических потоков. Эти обстоятельства всегда требуют существенной перестройки технологической схемы.

При разработке технологической схемы нельзя забывать о технике безопасности, т.е. о том, что ХТС не должна калечить и убивать обслуживающий персонал. В частности, все ограждающие поверхности трубопроводов, газоходов, реакторов и аппаратов не должны иметь температуру более 40⁰С во избежание даже случайных ожогов. Аппараты с газодисперсными потоками должны быть под небольшим разряжением (10 - 15 мм. вод. ст.), чтобы не было выбросов горячих запыленных газов в рабочее помещение цеха через неизбежные неплотности, свищи и т.д. Отсюда становится понятным, где располагать вентиляторы и дымососы.

При разработке технологической схемы студент первый раз сталкивается с непримиримыми противоречиями в процессе созидания и начинает понимать, что разработать хорошую ХТС означает найти разумные компромиссы между желаниями и возможностями.

Рассмотрение, анализ типичных проблем технолога покажет студенту эволюцию технологической схемы, ее неизбежное усложнение, организацию обратных потоков масс, применение дополнительных переделов и оборудования, которые «не нужны» в технологии производства целевого продукта.

Разработку технологической схемы студент проводит под руководством консультанта кафедры, который будет задавать непривычные (и наивные с точки зрения студента) вопросы, и на которые надо реагировать изменениями и уточнениями технологической схемы.

3. Установление множества заданных параметров.

Студент самостоятельно, как разработчик - технолог ХТС, должен решать, какие параметры технологии определяют работоспособность его создания, сам установить разрешенные диапазоны (амплитуду) отклонения их от номинального значения.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов книги