надёжность. Реферат по дисциплине Надежность энергетических систем
 Скачать 1.95 Mb.
|
|
Министерство науки и высшего образования РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный индустриальный университет» Кафедра теплоэнергетики и экологии Направление подготовки 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» Направленность подготовки «Промышленная теплоэнергетика» РЕФЕРАТ по дисциплине «Надежность энергетических систем» Выполнил: обучающийся группы МТ- 20 Егоров Павел Сергеевич Руководитель работы: доцент, к.т.н. Павловец В.М. Новокузнецк 2022 СОДЕРЖАНИЕ Введение………………………………………………………………………3 1. Раздел 1……………………………………………………………………..4 1.1 Роль надежности энергетического оборудования в современном производстве……………………………………...…...............4 1.2 Номенклатура и классификация показателей надежности.…………………………………………………………………...8 2. Раздел 2…………………………………………………………………….16 2.1 Надежность как комплексное свойство теплоэнергетических систем, повышающее эффективность производства…………………………………………………………………16 2.2 Условия высокой работоспособности объекта и ее связь с принципами надежной эксплуатации энергетических систем………………………………………………………………………...19 3.Раздел 3……………………………………………………………..............21 3.1 Причины аварийности и чрезвычайных ситуаций в промышленной теплоэнергетике.…………………………………..............21 Заключение…………………………………………………………………...23 Список литературы…………………………………………………..............24 Введение В настоящее время самым распространённым источником энергии являются тепловые электростанции, т.е. ТЭС и ТЭЦ. Их доля в мировой энергетике составляет более 60%. И несмотря на свой значимый вред экологии теплоэнергетика и ее развитие будет важным еще очень долго. Полный переход на возобновляемы источники энергии (ВИЭ) невозможен из-за финансовой невыгодности. Например, строительство тепловых электростанции (ТЭС) на угле составляет 580 $/ кВт, КПД = 40 % со стоимостью электроэнергии 15$ за 1 МВт*час, строительство солнечных (СЭС) от 1000 $/ кВт, КПД от 10 до 28,5 % со стоимостью электроэнергии 50$ за 1 МВт*час. Так же стоит учитывать, что для СЭС требуется утилизация фотоэлементов, аккумуляторов, отработавших срок совей службы. Поэтому целесообразнее использовать теплоэнергетику, поскольку это дешевле и эффективнее. Таким образом, теплоэнергетика, благодаря своей высокой выработке недорого тепла и электроэнергии, составляет важную отрасль экономики большинства государств. Из-за своей значимости в энергосистеме в теплоэнергетике наиболее актуален вопрос надежности электростанций, ведь от этого зависит их энергоэффективность. 1. Раздел 1 1.1 Роль надежности энергетического оборудования в современном производстве Надежность – одно из самых важных свойств технических систем. По определению надежностью является показатель, проявляющийся в процессе эксплуатации объекта по его назначению, определяющий возможность объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. История теории надежности начинается с середины 20 века, когда техническое оборудование начинало свой стремительный темп развития и вместе с тем все больше требовало длительной безотказной работы. Безусловно, роль надёжности энергетического оборудования в современном производстве важна, потому что без этого качества предприятия чёрной и цветной металлургии, заводов по нефтепереработки, добычи энергоресурсов, энергетики и.т.д. будут значительно менее эффективными и не выгодными, так как их функционирование будет сопровождаться частыми поломками, сбоями, отказами, или даже авариями. Для более детального изучения роли надежности энергетического оборудования рассмотрим комплекс основного оборудования теплоэлектростанций – энергоблок. Тепловая электрическая станция (ТЭС) — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счёт преобразования химической энергии топлива в процессе сжигания в тепловую, а затем в механическую энергию вращения вала электрогенератора. Общая схема ТЭС показана на рисунке 1. ТЭС делятся на КЭС (рисунок 2), использующийся только для выработки электроэнергии, и ТЭЦ (рисунок 3), использующийся для выработки электроэнергии и горячего водоснабжения и отопления.[1;2]    Э  нергоблок – основная часть тепловой электрической станции, представляющая собой технологический комплекс для производства электроэнергии, включающий различное оборудование (рисунок 4) По влиянию на надежность элементы тепловой схемы энергоблока можно разделить на четыре группы: -элементы, отказ которых приводит к полной остановке энергоблока (котел, турбина, главные паропроводы); -элементы, отказ которых приводит к уменьшению энергопроизводительности (питательные и конденсатные насосы, тягодутьевые машины); -элементы, отказ которых приводит к понижению экономичности энергоблока (регенеративные подогреватели); -элементы системы управления и аварийной защиты. Отказ котла, турбины, электрогенератора и доаэратора приводит к остановке всего энергоблока. Отказ же питательного насоса уменьшает мощность энергоблока на 50 %, а аварийная остановка конденсатного насоса снижает мощность на 30 %. Таким образом, от надежности каждого обобрудования зависит бесперебойная работа и энергоэффективность всего энергоблока.[3] 1.2 Номенклатура и классификация показателей надежности. Показатель – это величина, показывающая количественную характеристику определенного свойства объекта. Так как надежность является свойством объекта, то для нее нужно сформировать соответствующую номенклатуру показателей, которая отражала бы рассматриваемые качества. Формирование показателей надежности основывается на реализации соответствующих принципов выбора номенклатуры показателей. Ниже излагаются основные принципы выбора, базирующиеся на опыте задания требований к надежности технических систем: 1. Номенклатура показателей должна быть необходимой для характеристики надежности объекта. Это значит, что в состав показателей объектов следует включать независимые между собой показатели. Другими словами, в набор показателей для минимизации их числа целесообразно ввести один из нескольких взаимно связанных показателей. 2. Номенклатура показателей должна быть достаточна для характеристики объекта. Это значит, что набор показателей должен соответствовать кругу решаемых задач. Например, исключение из этого набора показателей, характеризующих частоту (вероятность) исходных событий аварии, не позволяет решать задачи вероятностного анализа безопасности. 3. Номенклатура показателей должна отвечать сформулированному выше определению свойств надежности или безопасности.[4] Показатели различают по следующим признакам: По свойствам надежности: показатели безотказности; показатели долговечности, показатели ремонтопригодности, показатели сохраняемости. По числу свойств надежности, характеризуемых показателем: единичные показатели, комплексные показатели. По числу характеризуемых объектов: групповые показатели, индивидуальные показатели, смешанные показатели. По источнику информации: расчетные показатели, экспериментальные показатели, эксплуатационные показатели, экстраполированные показатели. По размерности показателя: наработкой, сроком службы, безразмерные. Полная современная номенклатура указана в таблице 1.
Формулы вычислений основных показателей долговечности: Средний ресурс (срок службы) – математическое ожидание ресурса или срока.  (1) Гамма-процентный ресурс (срок службы) - наработка или продолжительность эксплуатации, на протяжении, которого объекта не сможет набрать максимальное значение при вероятности гамма.  (2) Средняя наработка до отказа и между отказами – это математическое ожидание наработки объекта до первого отказа или в промежуток между отказами.  (3) Вероятность безотказной работы – это вероятность того, что при определенных режимах и условиях эксплуатации в пределах заданной продолжительности работы изделия отказ не возникает.  (4) Интенсивность отказов определяет вероятность отказа объекта в единицу времени в момент времени t, при условии, что событие не появилось до этого момента t.  (5) Параметр потока отказов – отношение среднего числа отказов восстанавливаемого изделия за произвольно малую его наработку к значению этой наработки.  (6) где –  ожидание числа M отказов времени продолжительности  .Вероятность отказа есть вероятность того, что за время t произойдет хотя бы один отказ.  (7) Частота отказов a(t) - вероятность их появления в единицу времени.  (8)  Соотношения между функциями P(t), Q (t), a(t), λ(t) и T показаны в таблице 2. Среднее время восстановления.  (9) Вероятность восстановления.  (10) Коэффициент готовности – вероятность нахождения восстанавливаемой системы в работоспособном состоянии с конечным временем восстановления.  (11) Коэффициент интервальной готовности – вероятность системы быть работоспособной в некоторый момент времени t и проработать безотказно в течении интервала длинной  . (12) Коэффициент технического использования - отношение математического ожидания времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий интервалов времени пребывания объекта в работоспособном состоянии, простоев, обусловленных техническим обслуживанием, и ремонтов за тот же период эксплуатации.  (13) где-  - суммарная продолжительность простоев изделия на проведение технического обслуживания в течение заданного обслуживания в течение заданного периода эксплуатации.[2;5]2. Раздел 2 2.1 Надежность как комплексное свойство теплоэнергетических систем, повышающее эффективность производства Надёжность невозможно рассчитать или его выяснить основные показатели не только для теплоэнергетических систем, но и в целом для техники любого предприятия или другого объекта, если рассматривать это понятие в общем, а не в более узком плане. Надёжность представляет собой сложный комплекс обыкновенных и лёгких свойств, характеризующих объект или теплоэнергетическую систему.[4]  Теплоэнергетическая система промышленного предприятия (ТЭС ПП) – это система, включающая в себя источники различных энергетических ресурсов (ЭР), технологические агрегаты, системы транспорта и распределения ЭР и всех потребителей ЭР. Иерархическая схема теплоэнергетической системы показана на рисунке 5. К энергоресурсам, охватываемым ТЭС ПП, относятся все их виды, имеющиеся на предприятиях, в том числе: -водяной пар различных параметров от разных источников и -горячая вода; -горючие газы - доменный, коксовый, конвертерный, нефтеперерабатывающих агрегатов, ферросплавных электропечей, абгаз, получаемый при производстве синтетического каучука и др.; -физическая теплота отходящих газов различных технологических агрегатов, а также остывающей продукции; -теплота охлаждения конструктивных элементов технологических агрегатов; -теплота расплавленных шлаков; -горючие нетранспортабельные отходы производства; -различные газы и жидкости с избыточным давлением; -сжатый воздух для технологических процессов и производственных нужд; -кислород технический (содержание О2 не менее 99,5 %) и технологический (О2 не менее 95 %), газообразный и жидкий.[6] Задача ТЭС ПП - снабжение технологических процессов и комплекса жизнеобеспечения промышленного предприятия энергией строго определенного качества и с заданным уровнем надежности. В надёжность теплоэнергетической системы входят такие свойства как: Безотказность – способность системы сохранять своё работоспособное состояния и свои основные функции в течении некоторого времени или некоторой наработки. Долговечность – способность системы сохранять работоспособное состояние и выполнять свои основные функции от начала до предельного состояния использования данного объекта при установленной системе технического обслуживания и ремонтов. Предельным состоянием называют то состояние, при котором объект не удовлетворяет первостепенным условиям в процессе эксплуатации, создавая при выработке различные дефекты, нарушающие его работу. Ремонтопригодность – свойство, заключающееся в приспособлении к предупреждению системы об различных отказах, диагностики и устранения их причин обслуживанием и ремонтом оборудования. Безопасность – свойство, не допускающее опасных ситуации для человека и окружающей среды в процессе эксплуатации и правильного технического обслуживания. [5] От совершенства построения ТЭС ПП зависят эффективность использования энергоресурсов на заводе и их потери, а также потребность предприятия во внешних ЭР, капиталовложения, влияние предприятия на окружающую среду и др. Оптимизация построения ТЭС ПП необходима для решения следующих задач: -обеспечения бесперебойного снабжения потребителей всеми требующимися видами энергоресурсов нужных параметров в любой отрезок времени; -максимального и наиболее эффективного использования всех внутренних энергоресурсов, определения оптимального направления их использования; -обеспечения балансирования приходов и расходов энергоресурсов в любой отрезок времени с учетом реальных графиков работы производственных агрегатов в целях снижения, а в пределе и исключения потерь различных энергоресурсов из-за дебалансов. -наиболее экономичного резервирования источников энергоресурсов по предприятию; -оптимального выбора энергоносителей для тех или иных производств, в частности оптимального распределения различных видов топлива по потребителям в зависимости от его пирометрических и других характеристик; -возможности комплексной оптимизации как энергохозяйства предприятий в целом, так и отдельных установок по типам и параметрам; -выявления наиболее вероятных и длительных режимов работы тех или иных установок и агрегатов, что важно для правильного выбора их типоразмеров, режимных характеристик и др.; -определения наиболее экономичных и эффективных связей ТЭС ПП с другими предприятиями и установками, а также центральными источниками энергоснабжения района. Правильно разработанная ТЭС ПП является, кроме того, базой для оптимального построения топливно-энергетического баланса региона. Сейчас общепризнано, что любую оптимизацию сложных комплексов необходимо вести на основе системного подхода.[6] 2.2 Условия высокой работоспособности объекта и ее связь с принципами надежной эксплуатации энергетических систем. Как уже говорилось ранее, надёжность является неотъемлемой частью любого предприятия, потому что от неё напрямую зависит работоспособность этого предприятия. Работоспособность – это состояние объекта, при котором он способен выполнять заданную ему функцию с параметрами, установленными требованиями технической документации. Основными условиями высокой работоспособности ТЭС, и любого другого объекта, являются: -качество сборки и деталей; -обслуживание и ремонт; -соблюдение нормальных параметров эксплуатации; -высококвалифицированные рабочие; Качество деталей определяется в первую очередь определяется характеристиками материала, из которого сделана деталь: Прочность – способность детали сопротивляться разрушению или пластическому деформированию под действием напряжений, возникающих во время эксплуатации. Прочность – одна из главным критерием работоспособности, так как непрочные детали не могут долго работать. Жесткость – способность деталей сопротивляться изменению формы и размеров под нагрузкой. Расчёт на жесткость предусматривает ограничение упругих деформаций деталей в пределах, допустимых в конкретных условиях работы. Значение расчётов на жесткость возрастает в связи с тем, что совершенствование конструкционных материалов происходит главным образом в направлении повышения их прочностных характеристик Нормы жесткости устанавливают на основе практики эксплуатации и расчётов. Устойчивость – свойство изделия сохранять первоначальную форму равновесия. Устойчивость является критерием работоспособности длинных и тонких стержней, работающих на сжатие, а также тонких пластин, подверженных сжатию силами, лежащими в их плоскости, и оболочек, испытывающих внешнее давление или осевое сжатие. Теплостойкость – способность детали работать при высоких температурах. Нагрев деталей может вызвать вредные последствия: понижение прочностных характеристик; уменьшение защищающей способности масляных плёнок, а, следовательно, и увеличение изнашивания деталей; изменение зазоров в сопряжённых деталях, которое может привести к заклиниванию и заеданию. Износостойкость - свойство деталей сопротивляться изнашиванию, т. е. процессу постепенного изменения размеров и формы деталей в результате трения. При этом увеличиваются зазоры в кинематических парах, что, в свою очередь, приводит к нарушению точности, появлению дополнительных динамических нагрузок, уменьшению поперечного сечения и, следовательно, к уменьшению прочности, к снижению КПД, возрастанию шума. На таблице 3 указаны параметры, при которых ТЭС должна функционировать в нормальном состоянии для города или предприятия.
3.Раздел 3 3.1 Причины аварийности и чрезвычайных ситуаций в промышленной теплоэнергетике Промышленная авария - это любая авария, которая случается с человеком входе его работы и приводит к травме. Чрезвычайная ситуация – это та ситуация, возникшая в результате природного явления, стихий, различных катаклизмов, которые угрожают здоровью людей и окружающей среде. Аварии или чрезвычайные ситуации возникают не только в теплоэнергетике, но и в атомной, нефтегазовой отрасли, металлургии. Они приводят системы к различным отказам и потерям свойств надёжности. Согласно статистике порядка 90 % крупных аварий вызваны отказами в работе оборудования. На рисунке 6 показан анализ мест возникновения аварийных ситуаций. Причины отказов могут быть разные: недостатки в конструкции, нарушение правил э  ксплуатации, плохое обслуживание или сильное изнашивание объекта. Так как любое оборудование не идеально, аварий и чрезвычайных ситуаций невозможно избежать, но нужно составлять учет чрезвычайных и аварийных ситуаций с выяснением причин, чтобы в дальнейшем минимизировать их количество. Так же следует составлять планы по ликвидации и предотвращении чрезвычайных и аварийных ситуаций для уменьшение пострадавших и разрушений, если чрезвычайная ситуация произойдет. Заключение В данной работы был проведен анализ такого понятия, как «надежность», являющееся комплексом свойств определенного технического объекта. Были рассмотрены и проанализированы схемы, свойства функции ТЭС, энергоблоков и теплоэнергетической системы. Изучена роль надежности в сфере производства и конкретно в энергетике. Были рассмотрены показатели и номенклатура надежности. Стоит отметь то, что уровень надежности определенного объекта во многом зависит от общего уровня развития технологий. Но и немалую роль играют люди, проектирующие и конструирующие объект, их отношение к работе и внимательность. Для большей стабильность оборудования обязательно стоит производить плановую проверку перед его входом в эксплуатацию. На данном этапе можно будет заранее выявить проблемы и недостатки любого объекта, если они имеются. Так же не стоит забывать про постоянное обслуживание и ремонт оборудования. Данные меры может и не на много повысят надежность и потребуют лишних затрат, но это единственные способы, которые дают базу для дальнейшего изучения и совершенствования технологии повышения надёжности и работоспособности. Несерьезное отношение к надежности технического оборудования может привести к негативным последствиям для людей, природы и отрасли производства. Список литературы Буров В.Д. [и др.]. Тепловые электрические станции : учебник для вузов – 2-ое издание / В. Д. Буров, Е. В. Дорохов, Д. П. Елизаров [и др.]. – Москва : МЭИ, 2020. – 466 с. Чепегин И.В. Надежность технических систем и техногенный риск : учебное пособие / И.В. Чепегин. – Казань : КНИТУ, 2017. – 156 с. Щинников П.А. Комплексные исследования энергоблоков электростанций и энергоустановок : монография / П.А. Щинников. – Новосибирск : НГТУ, 2020. – 500с. Александровская Л.Н. [и др.]. Безопасность и надежность технических систем: учебное пособие / Л.Н. Александровская, И. З. Аронов, В. И. Круглов, А. Г. Кузнецов, Н. Н. Патраков, А. М. Шолом. – Москва: Логос, 2017. – 377 с. Шишко, В.Б. Надежность технологического оборудования : учеб. / В. Б. Шишко, Н. А. Чиченев – Москва : МИСиС, 2012. – 190 с. Сазанов, Б. В. Промышленные теплоэнергетические установки и системы : учеб. пособие для вузов / Сазанов Б. В. – Москва : МЭИ, 2019. – 275 с. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
