Упрощение анализа надежности химических процессов
Первоначально разработанный для дискретного производства, этот метод может быть применен для обработки единиц определить, какие компоненты могут потерпеть неудачу, и исправить ситуацию до беда случается.
Анализ надежности является метод для прогнозирования вероятности удовлетворительного функционирования пункта при определенных условиях и в течение определенного периода времени. Хотя эта техника была первоначально разработана для оценки качества дискретных систем производства, его применение к непрерывной обработки возникающих потребностей.
Надежность, как правило, выражается в "вероятность того, что пункт, например, компоненты, системы и т.д., могут выполнять требуемые функции при заданных условиях, за заданный промежуток времени" (1). При оценке надежности объекта или системы, Есть четыре элемента, рассмотреть следующие вопросы:
* Функции
* Условия использования
* Интервал времени
* Вероятность выхода из строя.
Цель анализа надежности - Как правило, задачи анализа надежности, особенно если оно проводится количественно, являются:
* Обеспечить представление о потенциальных система должна удовлетворить указанное требование надежности
* Выявить аспекты разработки, которые требуют больше внимания и, что нынешние высокие риски
* Обеспечить вклад в исследования, которые оказывают влияние на процесс проектирования, таких как дизайн обзоры, анализ затрат и анализ безопасности
* Оценка последствий изменения конструкции на надежность.
Для анализа надежности чтобы быть эффективным, результаты такой оценки не должны быть включены только в дизайне, но и анализ следует проводить несколько раз в течение всего жизненного цикла данного пункта, в основном, с использованием статистических методов и испытаний или обслуживания данных.
Техника - в течение расчетного периода, оценки надежности в основном интеллектуальный. Есть несколько методов для прогнозирования надежности систем, а именно, надежность схем (RBD), вина, успех или деревьев событий, или мастер логических схем (ML.Ds), среди других.
Методология и данные - Надежность анализа методов стандартизированы (2, 3) и надежности имеются данные, хотя в основном для специальных пользователей, таких как военные и ядерные, электроники и оффшорной промышленности.
Проблемы в процессе анализа
Существуют определенные трудности в адаптации анализа надежности химической переработки. Анализа часто бывает трудно выполнить из-за большого числа факторов, влияющих на точность полученных результатов. Например, методы оценки действительны только в случае, если основные предположения о процессе компонентов справедливы. Кроме того, есть компромисс между придумать точный прогноз ожидаемого надежность в реальных условиях службы, а также усилия, чтобы собрать необходимые данные и учета параметров процесса. В любом случае, на предварительном этапе создается ли допущения, сделанные в эксплуатации и окружающей среды достаточно реалистично. В противном случае, в результате прогнозирования может быть по ошибке, по сравнению с фактической производительности. Отсутствие надлежащего и гибкого набора надежности данных, особенно для передовых технологических компонентов, часто является узким местом.
Многие методы оценки предполагают, что компоненты рассматриваемой системы терпят неудачу на темпами, которые не изменяются с течением времени. Это делает математики, используемой в анализе намного проще. Хотя это предположение может быть оправдано только после периода носить в какого-либо оборудования, а перед этим сильно изношены, но, поскольку эти сроки равна почти всей жизни, это часто является обоснованным предположением (рис. 1). Другая трудность состоит в том, что классические формулы для расчета надежности системы от надежности его компонентов предположить, что все неудачи, которые происходят независимо друг от друга. Если это не так, как в параллельных системах, других формул должны быть использованы. Существуют также другие элементы, такие, как поддержание факторов и компонент допусков, которые необходимы для анализа, но трудно придумать точно. На практике, такие факторы, как правило, игнорируются в расчетах, но они могут иметь значительное влияние на надежность, достигнутый в операционных систем в рабочей среде.
Есть ряд вопросов, которые должны быть рассмотрены в соответствии с этим методом для технологических установок. Исторически анализ надежности была разработана для оценки дискретных продуктов, а не на технологических установках. Теперь, в химической промышленности процесс (ИПЦ), начинают осознавать выгоды от применения такого подхода к оценке деятельности. Метод может быть применен для оценки процессов, если процесс единицы можно рассматривать как абстрактное множество компонентов. Однако, по нашему опыту, адаптация все еще накладывает ряд проблем. Эти проблемы определения того, что надежность средств в блок обработки, получения соответствующих данных, применяя метод и получить полезные результаты.
В определении того, что надежность для процесса против, что это для обычных элементов, таких как CD-плеер, новый, более конкретного определения не требуется. Предлагаемый 1 является:
Надежность процесса единицы вероятность того, что процесс выполняет необходимые функции на производство продукции) данного количества и определенного качества при данных условиях, в той или иной промежуток времени.
Центр Айше для химических процессов безопасности (CCPS) представляет собой схему классификации для ИПЦ вместе с оборудованием, надежность данных (4). Тем не менее, эта книга не выполнит всех требований к данным анализа надежности. Зачастую, данные об их без предоставления статистической населения, режимы работы, процесс степени тяжести и т. д. Иногда, данные должны быть использованы "как есть" или в сочетании с теми, из других источников. [Подробнее недавнюю работу, проводимую CCPS могут быть использованы в анализе надежности. Смотрите рамку на этой странице. -Ред.]
Мы приняли схема надежности блока (RBD) (1) для анализа надежности и реализовала ее в Excel таблицу с Visual Basic программной поддержки. При использовании этого метода, некоторые правила должны соблюдаться при определении блоков:
1. Каждый блок должен представлять максимальное количество компонентов для упрощения схемы.
2. Функции каждого блока должно быть легко идентифицировать.
3. Блоки не должны содержать никакой избыточности, так как внутренние того компонента сбоев ставки будут считаться недействительными.
4. Каждый сменный блок должен быть целым числом блоков.
5. Каждый блок должен содержать один тип технологии (например, электронных или электромеханических).
6. Все системы в блоке должны подвергаться общей окружающей среды.
Кроме того, существует проблема определения взаимосвязи между блоками. Химические процессы являются сложными комбинациями серии, параллельно и в противном случае-связанных и взаимосвязанных механическое оборудование, элементы трубопроводов (например, клапаны), а также оборудования. Эти элементы и их отношения не могут быть легко переведены в простые диаграммы блока.
На самом дизайн-проекты, каким образом инженер разработать основу для определения диаграммы процесса блок и как результат понимать? Оборудование данных и отношений между различными частей оборудования, как правило, взяты из следующих документов:
* Общее видение основных отношений, обычно берется из технологических схем (PFDs)
* Подробные функций оборудования и режимов операционной единицы, полученные в процессе описания
* Детальные знания о взаимосвязи между оборудования и приборов, основанных на трубопроводы и приборы диаграмм (P
Интерпретация результатов также является проблемой. В самом деле, если конечное значение надежности вблизи экстремальных значений, то есть., 0 или 1, это не помогало, показав, насколько надежно процесс единицы. Часто, инженер необходимо сравнить различные сценарии друг с другом по относительным, а не в абсолютном, основание, чтобы увидеть, если общая надежность улучшилась.
Есть ли лекарство?
Некоторые положения выносятся здесь для упрощения анализа химических процессов, исходя из нашего собственного опыта с методом РосБР. Так как мы не использовали другие методы для этой цели, мы не можем говорить об использовании этих руководящих принципов различными методами. Однако некоторые из конвенций функционального отношения могут быть в равной степени применимы.
1. Обыкновенные контуров управления, которые состоят из нескольких компонентов, считаются набор ряда компонентов, основанных на принципах их функционирования. Поэтому они зачастую воспринимается как отдельных блоков для упрощения анализа. Обход ручных клапанов считаются резервных элементов для систем автоматического контроля и относились как к нормальным резервные системы, определенные в работе. 1. Время работы такого пункта, как правило, небольшую часть от общего времени работы соответствующего блока процесса, скажем 2-5%, или 20 ч / год (максимум), в зависимости от того, что меньше.
2. Ценность человеческой ошибки зависит от степени автоматизации процесса, продолжительность работы в каждом плане мастерства операторов, и, наконец, размер единичного процесса. Приближенные значения доступны (2). Несмотря на сложную и длительную процедуру оценки человеческой ошибки не заслуживает особого внимания на стадии проектирования, приближенное значение для человека-вероятность ошибки так же может быть неуместным. Мы рекомендуем простой, но структурированный, метод оценки этой величины, которые меньше субъективных (см. врезку на стр. 71).
3. Коммунальные услуги (охлаждающая вода, электроэнергия, пар и т.д.) могут быть представлены в виде отдельного блока, так как прерывание утилита нарушить работу устройства (см. новое определение надежности).
4. В процессах с несколькими режимами, независимые структурные схемы должны быть подготовлены для каждого.
5. Оборудование с короткими периодами услуга может быть исключен из блок-схемы.
6. Оборудование и инструменты, которые вступают в действие только в условиях чрезвычайного положения, такие, как облегчение, изоляции и продувки клапана, может быть исключен из схемы. Это также включает в себя устройства, используемые для передачи материала под действием силы тяжести в направлении к вспышке и т.д. Причина в том, что неудачи этих пунктов не приводит к нарушению "нормальной" работы единичного процесса изучается.
7. Оборудование и инструменты, которые используются только в запуске может быть исключен из схемы. Это включает в себя оборудование, которое используется для запуска любой вниз подразделений, а также. В более общем плане, единиц оборудования, следует рассматривать только в общей блок-схемы, если они находятся в эксплуатации в то же время и в том же режиме эксплуатации в качестве единичного процесса.
9. Некоторые части процесса устройство может продолжать работать, если аппарат был выключен. Эти компоненты обычно не включаются в диаграмму.
10. Ручные указанием контроллеров (HICs в ISA терминологии), как правило, активируется, когда программное обеспечение вызвало ссылки через мыши на распределенных контроля системы (DCS) интерфейсы управления номеров. Несоблюдение режима и цены этих видов контроля действий не включены в имеющихся баз данных. Таким образом, провал скорости стандартных контроллеров должен быть использован вместо. Человеческие ошибки блока добавляется в блок-схему, чтобы отразить оператора действий.
11. петли Каскад контроля считаются множества ссылок в серии (на основе характера их функции).
12. Поскольку никаких других данных не существует, неспособность номера танков и башен, если таковые имеются, должны рассматриваться в равной частотой отказов судов.
13. Надежность всего оборудования, партии и блоки, которые не влияют на непрерывность процесса и может быть отремонтирован или заменен, в разумные сроки, принять за единицу (не разрушение) и соответствующие блоки исключены из блок-схемы.
14. Для теплообменников с несколькими снарядами, сбои в любой оболочке может повлиять на условия эксплуатации в оборудовании. Таким образом, снаряды, по сути, зависят друг от друга и не могут рассматриваться как ряд компонентов. Эти теплообменники считаются комплексной одной единицы оборудования.
15. Значение надежности конкретных предметов оборудования по сравнению с другими из них является хорошим признаком их слабости. Таким образом, слабые или недостатки в этом процессе может быть обнаружено. Наши собственной разработки программы Excel была использована для анализа полученных результатов в виде дефекта графике (рис. 2). Построенный по результатам исследования, эти графики ясно показывают, оборудования или систем, которые имеют большое влияние на снижение надежности процесса.
16. Существуют значительные данные о трубопроводе неудачи, но диапазон значений цитирует широк и, как правило, в заблуждение. Некоторые важные различия должны быть сделаны. Один из них касается типа отказа. Другой размер трубы. И еще является основой, на которой невыплата показатели основаны: на единицу длины трубы перспективе, в каждой секции трубопровода или на заводе (6). Простой конвенции расчета таких ставок на основе среднего размера труб в каждой секции завода. Это легко сделать с помощью линий списку проектов, которые должны быть доступны при анализе надежности не будет сделано, то есть во время детального проектирования. Два разных классов провал курса обычно можно считать, по одному для трубопроводов
17. Надежность передачи корма операций от процесса единицу к единице B можно считать равным единице, если есть относительно большой рост барабана между двумя блоками.
18. Анализ надежности упакованных единиц не может быть возможным проводить так же, как для единичного процесса, потому что только детали могут быть завершена на более поздней стадии проекта. Кроме того, приближенных, но разумное значение надежности может быть оценена на основе основного оборудования упакованное и типичные взаимосвязи. Это равносильно предположению, что доминирующим видом провал упакованное является невыполнение основного оборудования. Емкости, смесители, теплообменники, насосы и компрессоры, характерные элементы.
19. Фильтры, эжекторы и куртки предположить аналогичные суда в их частота отказов и режимов.
20. Отсутствие номера агитаторов предполагаются равными у их электрических двигателей.
21. Есть случаи, в которых обе параллельные и последовательные функциональные не в состоянии точно представлять систему. Например представляет собой сложный комплекс автоматического включения / выключения клапанов на одной из основных статей оборудования. В этих случаях предпочтительнее и намного легче выбрать более-точное представление о 2, а не пытаться моделировать точные последовательно-параллельный, или сложной конфигурации.
Практическая реализация
Рассмотрим типичный системы пара поколения. Система использует воду процесса и низкого давления конденсата, корма для получения пара высокого давления. Во время проектирования, инженер должен использовать связанные уровень надежности при анализе технологических установок, которые используют пар. В самом деле, каждый соответствующий блок утилита должна иметь блок в блок-схему каждого единичного процесса.
В завод, может быть несколько технологических установок, каждая со своим требованием пара и конкретные наработки. В этом примере предполагается, что поставки парогенератора пар высокого давления для технологических установок 01, 02 и 03, которые находятся в эксплуатации 240, 1080 и 8000 ч / год, соответственно. По времени работы каждого подразделения, три цифры паровой надежности электроснабжения должны быть просчитаны.
Низкого давления (LP) конденсат собирается в сеть трубопроводов со всего завода и возвращается к блоку генерации пара в качестве еще одного канала. Так как система процесс водоснабжение может компенсировать потери вернулся Л. конденсата в случае отказа возвращения системы, надежность возврата системы могут быть опущены.
Для средних промышленных установок, паровых поколения единицы, как правило, в упаковке установок с тремя или более котлов. Их основным видом отказа считается неспособность их основного оборудования. В этом примере Есть три котлов и предполагается, что две работы одновременно в активных параллельных конфигурации. Третий считается режиме ожидания.
3 конденсатных насосов единичной работают в том же режиме, 3 котлов. Таким образом, подобный метод применяется для расчета надежности этих насосов. Другие вопросы могут рассматриваться, как описано в предыдущем разделе. Обратите внимание, что вся система продувки опущен анализ по очевидным причинам.
На рисунке 3 показана соответствующая РосБР единичного генерации пара. Таблицы Excel создан с помощью нашей программы для анализа показано на рисунке 4.
В качестве последнего замечания, мы должны выяснить, почему мы не учитывали надежность процесс поставок воды. Нет воды сомнений процесс поставляется блок выработки пара, как макияж, чтобы компенсировать потери воды и безвозвратных конденсата. Таким образом, в случае выхода из строя водоснабжения, пара поколения системы, конечно, могут считаться несостоявшимся. Однако, поскольку в надежности анализа технологических установок, достоверность каких-либо соответствующих утилита рассматриваться как указывалось выше, надежность водоснабжения исключены из анализа.
В заключение аналитик должен иметь четкое, глубокое понимание процессов, для выполнения анализа. Именно поэтому инженеры-химики очень нужны в процессе анализа безопасности (7).
ЛИТЕРАТУРА
1. "Качество словарь", ч. 1, BS 4778, Британский институт стандартов (1987).
2. "Надежность систем, оборудования и комплектующих", части 0-12, BS 5760, Британский институт стандартов (1992).
3. "Анализ методов Надежность-Reliability Метод блок-схемы," IEC 1078, Ile, Международная электротехническая комиссия, Женева, Швейцария (1991).
4. "Руководящие принципы для данных процесса надежности оборудования," Центр по химической безопасности процесса (КС), Американский институт инженеров-химиков, Нью-Йорк (1989).
5. Шервин, DJ, и А. Бош ", надежность, готовность и производительность систем", Чапман
6. Лис, FP ", предотвращения потерь в перерабатывающих отраслях промышленности", второе издание, Butterworth-Heinemann, Woburn, М. (1996).
7. Nourai, F., "О ключевая роль инженеров-химиков в анализе безопасности и дизайна в иранских проектов промышленного развития," Proc. 4-й Национальной иранской Chem. Eng. Конгресс, Тегеран, Иран (март 1999).
Признание
Авторы выражают благодарность Nargan инженеров
FARSHAD NOURAI, TARADIS CAD / CAM / CAE ЦЕНТР
STELLA григорианскому и Камбиз GHAHREMANI, NARGAN ИНЖЕНЕРОВ
FARSHAD НОУ RAI является главой CAPE
STELLA Григорян является старшим инженером процесс Nargan инженеров
Камбиз был GHAHREMANI Технолог Nargan инженеров
