Системный подход при анализе тепловых агрегатов

Калиниченко Р.С., Топоров A.A.

В настоящее время значительно возросли требования к эффективности проектных разработок технологических и организационных решений по обеспечению безопасности техногенных объектов и комплексов, эксплуатация которых связана с безопасностью людей и высоким уровнем негативного воздействия на окружающую среду - химических производств.

Как правило, в технологических объектах химических производств создают условия, которые значительно отличаются от условий окружающей среды (температуры, давления, концентрации веществ, действующих нагрузок, напряжений и т.п.). Наличие разности потенциальных величин внутри и снаружи объекта, делает такой объект потенциально опасным. При возникновении цепочки неблагоприятных событий растет вероятность неконтролируемого высвобождения накопленного потенциала, что может привести к возникновению техногенно опасных ситуаций и аварий, таких как нарушения технологического режима, уменьшение уровня надежности, появлению возможностей выбросов, утечек, возгорания, взрывов и т.п.

Для современных технологических объектов ситуация осложняется тем, что большинство из них исчерпали ресурс, а их эксплуатация продолжается.

Одним из наиболее эффективных путей изучения технических объектов является системный анализ. В соответствии с принципами системного анализа любой технический объект можно представить как систему - совокупность элементов, обладающих связями и свойствами, которых не было до объединения элементов в систему. При системном анализ на заданном уровне детализации выделяется элементы системы, устанавливаются внутренние связи между элементами, устанавливаются внешние связи (входы/выходы системы), определяются параметры элементов, связей, входов выходов, проводится анализ системы в соответствии с поставленной задачей.

Рассмотрим представление в системном виде котла с кипящим слоем (рисунок 1).

Рисунок 1 - Котел с кипящим слоем

Рисунок 2 - Представление котла в системном виде

Выделим элементы котла с кипящим слоем (рисунок 2): дозатор Х1 паровой барабан Х2, пароперегреватель Х3, кипятильные трубки Х4, экономайзер Х5, перфорированная решетка Х6, короб Х7, огнеупоры Х8, каркас Х9. представлены в виде окружения со всеми внутренними и внешними связями.

Установив параметры элементов (рисунок 3), связей, входов1выходов системы сведем в таблицу', в которой приведены номер параметра, название, тип, величины и предельные значения.

Рисунок 3 - Таблица представления изменения уровня деградации элементов системы

В процессе эксплуатации происходят деградационные процессы – некоторые параметры изменяют свои величины по целому ряду причин: коррозия, износ, старение материалов и т.п. В результате изменяется такие величины как геометрические размеры, химические, физические и механические свойства материалов. Так, например, для кипятильных трубок (Х4) основным параметром, который изменяется в процессе эксплуатации является толщина стенки, а основным процессом - коррозия. Подобным образом выполняется анализ для остальных элементов и их параметров.

Для учета процессов деградации в приведенной таблице вводится дополнительное измерение, по которому в едином масштабе откладывается время жизненного цикла объекта и таблица становится трехмерной.

Аналогичные таблицы составляются для связей в системе, а также для входов и выходов системы. Полученные таблицы используются для выявления тенденция деградации элементов и связей системы, характера и степени повреждений, а также для составления математических моделей, отражающих физические процессы деградации оборудования, а также занесения информации в компьютерные базы данных.