CC BY
21
Управление рисками отказа газоочистного оборудования
Бирюлев М. Ю.
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России,
г. Санкт-Петербург
Приоритетной проблемой любого производственного процесса является защита атмосферного воздуха, обеспечивающая допустимый уровень безопасности производственных объектов, окружающей среды и жизнедеятельности человека, от таких токсичных компонентов промышленных газовых выбросов, как:
а) К0х, Б02 и Б03, СО, содержащихся в дымовых газах агрегатов топливно-энергетического комплекса и выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания [1];
б) ИБ, Б02, СО, смолистых и полициклических ароматических соединений - в отходящих газах производства электролитического алюминия [2];
в) фенолов и крезолов - в выбросах нефте- и коксохимических предприятий [3] и других.
Применение системного анализа безопасности при идентификации неисправностей, выявлении причин неудовлетворительной работы или расчета риска отказа газоочистного оборудования позволило бы установить причины аварийных ситуаций и разработать предупредительные мероприятия, снижающие вероятность их появления. При этом достигается минимизация объема экспериментальных данных, уменьшение длительности анализа, снижение затрат рабочего времени и повышение точности определения местоположения неисправностей.
Анализ отказов оборудования по очистке газовых выбросов от НР и пыли (нерастворимые фториды и глинозем) при получении электролитического алюминия проводили путем построения деревьев причинно-следственных связей (деревьев неполадок или отказов) априорно. Расчет вели в два этапа: один качественный, на котором составляли список возможных видов неполадок с перечислением и оценкой их последствий; другой количественный, где определяли вероятности неисправностей, приводящих к нежелательному событию, с последующей совместной обработкой для вычисления вероятности отказа газоочистной установки [4-6].
При рассмотрении работы адсорбционной схемы очистки электролизных газов применили прямой метод, позволяющий изучить причины, чтобы предвидеть последствия. При этом выделены три основных блока, условно названных «промежуточный бункер», служащий для накопления и распределения глинозема; «реактор-адсорбер», в котором происходит сорбция НР частицами глинозема, и «рукавный фильтр», очищающий газовый поток от этих частиц, от неполадок в работе которых зависит эффективность пыле- и газоулавливания. Внезапный отказ «промежуточного бункера» связан как с перерывом в подачи электроэнергии и с разгерметизацией по сварным швам трубопровода подачи
воздуха из воздуходувной, необходимого для аэрации глинозема, так и выходом из строя клапанов (линия сжатого воздуха) и запоров (линия свежего глинозема), а также показывающих приборов (уровнемер) и предохранительного клапана. Перечисленные причины нарушают подачу свежего глинозема из бункера в распределительный короб.
Неполадки в работе «реактора-адсорбера» рассмотрены совместно с отказом распределительного короба свежего глинозема, что приводят к остановке оборудования. Отказ «реактора-адсорбера» обусловлен не оптимальной подачей глинозема и уменьшением расхода газа на очистку. В качестве первопричин данных негативных последствий рассмотрены: разрыв металлической сетки днища короба свежего глинозема, фильтровального полотна коробов свежего и фторированного глинозема; разгерметизация аэрожелоба по сварным швам; остановка вентиляторов и дымососов; отказ клапанов на линиях подачи сжатого воздуха в аэрожелоб, реактор и распределительный короб свежего глинозема; отказ винтового питателя; выход из строя клапанов с электроприводом и отказ диафрагмы с дифференциальным манометром на линии подачи загрязненного воздуха.
Неполадки в работе «рукавного фильтра» обусловлены разрывом ткани. Первопричинами указанного негативного события являются не оптимальная влажность очищаемого воздуха и глинозема; отказ импульсного механизма регенерации (не работают клапаны на линии сжатого воздуха, поступающего на регенерацию фильтра, а также электропневматические клапаны; остановка вентиляторов); отказ клапана на линии сжатого воздуха, поступающего в пылесбор-ный бункер для выгрузки пыли, и дифференциального манометра. Первопричины, необходимые для расчета вероятности выхода из строя, взяты из [6-8].
После построения деревьев отказов «реактора-адсорбера» рисунок 1, «рукавного фильтра» и «промежуточного бункера», отображающих комбинации всех возможных маршрутов, которые могут привести к главному негативному событию, были определены вероятности появления различных неисправностей оборудования. Так, например, вероятность события «Р (10)» с учетом логической операции «ИЛИ» будет равна: Р (10) = Р (16) + Р (17) - Р (16)-Р (17). Результаты численного анализа дерева неполадок основных блоков адсорбционной схемы очистки показывают, что вероятность отказа «промежуточного бункера» равна - 2,7-10-5, «рукавного фильтра» - 3,7-10-4, «реактора-адсорбера» -2,4-10-4, что эквивалентно, примерно, 0,25; 3 и 2 отказам в год, соответственно рисунок 2.
Анализ деревьев отказов позволил выявить ряд потенциальных опасностей в работе адсорбционной установки: залипание пыли на поверхности ткани «рукавного фильтра» обусловлено применением увлажненного глинозема и влажного воздуха, что стало главными причинами остановки фильтра; основной причиной выхода из строя «реактора-адсорбера» является разрыв фильтровального материала (13 и 20, рис. 1), приводящий к нарушению подачи свежего (4) и рециркулирующего (5) глинозема; остановка в работе «промежуточного бункера» может быть вызвана разгерметизацией трубопроводов подачи воздуха,
однако вероятность реализации данной причины довольно низкая (1,1 -10-6, ч-1).
При существующем подборе оборудования и технических средств контроля и автоматизации выход из строя установки очистки возможен примерно 1 раз в 5 лет. Для повышения уровня безопасности и с учетом постепенных отказов, вызванных усталостью и старением материалов, изношенностью и коррозией деталей и т. д., происходящих в процессе эксплуатации установки, необходимо резервирование основного оборудования (реактора, рукавного фильтра, бункеров, дымососов, вентиляторов, насосов) и монтажа дублирующей системы транспортировки (аэрожелобов, газоходов, трубопроводов). Последнее эффективно и в случае внезапного отказа единичного оборудования, так как становится не возможным залповый выброс вредных веществ в окружающую среду.
При осуществлении планового и аварийного ремонта оборудования следует, в первую очередь, заменить элементы, являющиеся причинами их возможной остановки, а также осуществить монтаж технических средств с большим временем безотказной работы. Прогнозирование отказов элементов газоочистной установки гарантирует невозможность одновременного отказа всей технологической системы.
Рис. 1. Дерево отказов «реактора-адсорбера»: 1 - отказ работы «реактора-адсорбера»; 2 - неоптимальная подача глинозема в реактор; 3 - уменьшился расход газа на очистку; 4 - уменьшилась подача свежего глинозема;
5 - отсутствует подача рециркулирующего глинозема; 6 - неэффективно работает аэрожелоб свежего глинозема; 7 - отказ работы распределительного короба свежего глинозема; 8 - отказ работы винтового питателя; 9 - отказ работы раздаточного короба фторированного глинозема; 10 - нарушена аэрация желоба; 11 - разгерметизация желоба; 12 - разрыв металлической сетки ложного днища; 13, 20 - разрыв фильтровального материала; 14, 21 - отказ работы клапана перед реактором; 15 - остановка дымососов;
16 - остановка вентиляторов; 17 - отказ работы задвижки на линии подачи воздуха; 18 - отказ работы клапана с электроприводом; 19 - неправильные показания дифференциального манометра и диафрагмы.
Под номером события указана вероятность отказа
Рис. 2. Дерево отказов установки адсорбционной очистки под номером события указана вероятность отказа: 1 - отказ установки очистки; 2 - не работает «реактор-адсорбер»; 3 - неисправен «рукавный фильтр»; 4 - отказ «промежуточного бункера». Под номером события указана вероятность отказа
Библиографический список
1. Ходаков Ю. С. Оксиды азота и теплоэнергетика. Проблемы и решения. -М.: ООО «ЭСТ-М», 2001. - 416 с.
2. Буркат В. С., Друкарев В. А. Сокращение выбросов в атмосферу при производстве алюминия. - СПб.: ООО «Любавич», 2005. - 275 с.
3. Пугач Л. И. Энергетика и экология. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. - 504с.
4. Спицын Ю. Г., Яковлев В. В. Оценка риска в социально-экономической и техногенной сферах. - СПб.: Нестор, 2000. - 60 с.
5. Алымов В. Т., Крапчатов В. П., Тарасова Н. П. Анализ техногенного риска. - М.: Круглый год, 2000. - 160 с.
6. Хенли Э. Дж., Кумасота Х. Надежность технических систем и оценка риска. - М.: Машиностроение, 1984. - 482 с.
7. Химмельблау Д. Обнаружение и диагностика неполадок в химических и нефтехимических процессах. - Л.: Химия, 1983. - 352 с.
8. Справочник по надежности в 10 томах / Под ред. А. И. Абдулевского. -М., 1990. - Т. 10.
