Экспертная оценка надёжности мостового крана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экспертная оценка надёжности мостового крана

Шишигин И.В., Медведева Г.Г., ТОГУ

Абстракт

Исследование посвящено анализу надёжности мостовых кранов с истекшим сроком службы, в условиях эксплуатации в составе опасных производственных объектов, на основе экспертной оценки. Оценка влияния неблагоприятных факторов (дефектов), воздействующих на эксплуатационные характеристики кранов, определена по результатам опроса группы специалистов (экспертов). По результатам проведённого опроса выполнена статистическая обработка полученных данных. На основании значений оценочных характеристик дефектов кранов, в программе Microsoft Office Excel, создан алгоритм автоматизированного вычисления вероятностной составляющей аварии грузоподъёмного механизма.

Ключевые слова: мостовой кран, опасный производственный объект, надёжность подъёмных сооружений, дефекты, риск аварии, метод экспертного опроса, экспертная оценка.

Abstract

Expert assessment of the reliability of bridge crane

Igor Shishigin, PNU

The study is devoted to the analysis of the reliability of overhead cranes under operating conditions as part of hazardous production facilities, based on expert judgment. An assessment of the influence of adverse factors (defects) affecting the performance of cranes is determined by a survey of a group of specialists (experts). According to the results of the survey, statistical processing of the obtained data was performed. Based on the values of the estimated characteristics of the defects of the cranes, in the Microsoft Office Excel program, an algorithm for the automated calculation of the probabilistic component of an accident of a lifting mechanism has been created.

Keywords', overhead crane, hazardous production facility, reliability of lifting structures, defects, accident risk, expert survey method, expert assessment.

1. Параметры надежности мостовых кранов. Подъемные сооружения являются обязательным элементом технологического оборудования любого промышленного объекта. В частности, мостовые краны как важный элемент процесса производства и обслуживания оборудования присутствуют на таких опасных производственных объектах, как ТЭЦ. Большинство эксплуатируемых в настоящее время мостовых кранов имеют достаточный срок эксплуатации и параметры их надежности нуждаются в постоянном наблюдении и контроле. Основными параметрами надежности подъемных сооружений, которые могут быть оценены и проанализированы при их эксплуатации, являются остаточный ресурс (минимальный дополнительный календарный срок службы) и наработка до отказа. Оценка данных параметров позволяет оценить риск аварии анализируемого сооружения и спрогнозировать сроки его безопасной эксплуатации.

2. Расчёт остаточного ресурса мостового крана. Расчёт остаточного ресурса мостового крана может выполняться:

- Назначением календарного остаточного ресурса по РД 24-112-5Р [9]. При этой методике основными исходными данными при оценке остаточного ресурса следует считать не только паспортные характеристики крана (включая и режим работы), но также и данные его фактической эксплуатации (включая фактическую группу режима работы). Назначение календарного остаточного ресурса экспертным методом, в настоящем РД, предусматривает использование уточнений при использовании данных оценки фактической группы классификации (режима работы) крана.

- Расчётом вероятности безотказной работы элементов крана по РТМ 24.090.25-76 и РТМ 24.090.53-79 [2, 5]. В соответствии с данными руководящими документами, вероятность безотказной работы определяется по условию не превышения нагрузкой (напряжением) опасного уровня и по условию сохранения циклической прочности. Расчет выполняется на основе полученных в результате натурных тензометрических испытаний или статистического моделирования данных о представительных реализациях или статистических распределениях действующих нагрузок (напряжений), а также необходимых данных о законах распределения опасного уровня нагрузок (напряжений).

- Расчётом ресурса элементов стальных конструкций, выполняемым по СТО 24.09-5821-01-93 [4, 7]. Здесь расчёт конструкций выполняется при отклонениях показателей состояния металлоконструкций от нормируемых РД 10112-5-97 [6]. Коэффициент режима эксплуатации, принимаемый при расчётах в данном руководящем документе, прямо пропорционален группе классификации режима работы крана. Далее приведём последовательность расчёта остаточного ресурса мостовых кранов, используя в качестве методологической основы ГОСТ 34017-2016 [3] и РД 24-115-5Р [9]. Исходя из данных о паспортном режиме эксплуатации крана, последовательно вычисляем:

- Расчетное число рабочих циклов крана за срок службы:

где Цс - среднее число циклов работы крана в сутки;

Дг - среднее число дней работы крана в году;

С - фактический срок службы крана с момента ввода в эксплуатацию.

- Коэффициент нагружения:

где Q - среднее количество циклов работы - P_t;

С_Т -- общее количество циклов при всех частных уровнях нагрузки,

Р_тах -- значение наибольшей нагрузки, приложенной к механизму (номинальная грузоподъёмность);

m = 3.

- Режим нагружения, по ГОСТ 34017-2016 определяем расчётный класс использования и далее, режим классификации крана. Сравниваем расчётный и нормативный режимы классификации.

- Остаточное число циклов работы для данных (расчётных) характеристик использования подъемного сооружения:

где Цр - расчетное число циклов крана за фактический срок службы крана с момента ввода в эксплуатацию;

Цт - число циклов для данного режима нагружения и класса использования по ГОСТ 34017-2016.

На основании заявленного собственником срока эксплуатации или ориентировочного срока эксплуатации для фактического класса использования, высчитываем остаточный срок службы крана в годах. Для чего переводим остаточное число циклов работы в проценты от проектного числа рабочих циклов. Произведение процентного соотношения остаточных циклов работы и нормативного срока эксплуатации и будет являться количеством лет эксплуатации до выработки ресурса. Фактический режим классификации Аіф не должен превышать паспортный Ajn.

Введём определение значения вероятностей отказов узлов, при отсутствии выраженных дефектов [1, с. 127]. Для металлоконструкций крана, в которых отсутствуют явно выраженные дефекты, высчитываем вероятность аварии по наработке, в соответствии с выражением:

где К_т - коэффициент распределения нагрузок для соответствующего режима нагружения;

Ui -- максимальное число циклов для соответствующего класса использования.

Для механизмов крана, в которых отсутствуют явно выраженные дефекты, вероятность аварии по наработке высчитываем по формуле:

где Ті - продолжительность работы механизма в часах. Под продолжительностью принимается время, в течение которого механизм находится включенным (в движении). Соответственно, при отсутствии регистратора параметров и счётчика наработки, продолжительность работы механизма будет являться произведение количества циклов на время исполнения одного цикла. При наличии данных приборов контроля значения берутся по результатам работы датчиков.

3. Анализ риска аварии (отказа) мостового крана

Анализ риска аварии (отказа) мостового крана выполним, используя комбинированный метод, состоящий из анализа «Что будет, если...?» и «Дерева отказов» [8]. Построенная с использованием дерева отказов логико - графическая модель безопасности узлов и конструкций мостового крана позволяет провести количественную оценку безопасности и определить зависимость риска отказа составляющих мостового крана от вероятностных характеристик исходных событий.

Зная характеристики надежности отдельных элементов мостового крана, например, их наработку до отказа, можно определить риск отказа мостового крана в целом - вероятность того, что конечное событие (аварийный отказ узла или конструкции мостового крана) произойдет в момент времени t. В силу предположения независимости исходных событий, принципа единичности отказа и логики построения дерева отказов (ДО), вероятность наступления конечных событий А, связанных логическим оператором «И», равна произведению вероятностей Pr, j, событий ец, j = 1, ... n_j.

а зависимость вероятности Р_Г"_ИЛИ" наступления событий Р_Г"_ИЛИ", j = 1, ... n_j, где n_j может принимать значения от 1 до N, связанных логическим оператором «ИЛИ», от вероятностей P_rij событий eij, j = 1, пі определяется по формуле:

При выборе методики расчёта анализа риска при эксплуатации оборудования, Федеральные правила [8] указывают на анализ «Что будет, если...?». Здесь в качестве поверочного листа, на основании перечня типовых дефектов РД 10-112-5-97 [6], нами был проведён опрос группы экспертов, с целью определения вероятности отказа для каждого узла крана, при возникновении дефектов их составляющих. Оценка коэффициента компетентности экспертов по результатам проведения тестирования произведена по формуле:

где Kj -- коэффициент компетентности j-го эксперта;

Xjj -- оценка і-го объекта, поставленная j-м экспертом;

Mj -- средняя оценка і-го объекта;

Si -- сумма оценок і-го объекта.

Данные коэффициентов по экспертам представим в таблице 1.

Таблица 1 - Коэффициенты компетентности экспертов

Числовые значения коэффициентов компетентности экспертов не имеют большого отличия, то есть квалификация экспертов в вопросе исследования примерно равна.

Качество проведённой экспертизы оценим с помощью коэффициента корреляции Пирсона. Корреляционная матрица представлена в таблице 2.

Таблица 2 - Котеляционная матрица

Оценим значимость коэффициента корреляции (К). С этой целью рассмотрим две гипотезы: основную Но: гху=0 и альтернативную Нь гху^О.

Для проверки гипотезы Но рассчитаем t-статистику Стьюдента, где число степеней свободы v = п - 2 = 177 -- 2 = 175.

То есть, при минимальном коэффициенте корреляции 0,7, связь (согласованность) между оценками экспертов значима.

Кроме того, в соответствии с РД 24-112-5Р [9] в поверочный лист введём показатели коэффициентов качества обслуживания подъёмного сооружения (ПС) и дополнительно уровня квалификации машиниста крана. Здесь в соответствии с качеством эксплуатации подъёмного сооружения данные суммы коэффициентов умножаются на вероятность выхода из строя узла грузоподъёмной машины, вследствие дефекта его составной части.

Сводные результаты опросного (поверочного) листа, включающего так же данные по наработке подъёмного сооружения, применительно для мостового крана г/п 50/15 т машинного зала структурного подразделения «Хабаровская ТЭЦ-1» АО «Дальневосточной генерирующей компании» представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Последовательность расчёта анализа риска

Расчеты вероятностей аварии основных конструктивных и технологических элементов мостового крана позволяют в конечном итоге определить вероятность выхода из строя (аварии) подъемного сооружения в течение года, определить фактическую группу классификации сооружения по его надежности и оценить ее в нормативных пределах.

Заключение

В рамках действующего производства, когда условие многозадачности по определению является нормой для инженерно-технического работника, функции технического надзора за безопасной эксплуатацией ПС возлагается на специалиста дополнительно к основному оборудованию. Квалификация работника именно в области безопасности подъёмных сооружений зачастую ограничивается типовой программой обучения, по методике Ростехназора.

В такой ситуации, когда значимые факторы ограничения по времени принятия решений и знаниям особенностей безопасной эксплуатации подъёмных сооружений, непосредственно влияют на состояние промышленной безопасности опасных производственных объектов предприятия, возникает необходимость применения инструментария, позволяющего в сжатый период рассчитать предполагаемые риски.

Разработанная нами, на основе метода экспертных оценок, методика оценки риска аварии мостового крана, протестированная на действующем производстве Хабаровской ТЭЦ-1, хотя и не может заменить полноценную экспертизу крана (при эксплуатации применяется визуальный контроль, при экспертизе визуально-инструментальный, ультразвуковой и т.п.), однако может значительно повысить процент вероятности принятия обоснованных решений, принимаемых специалистами ответственными за эксплуатацию мостовых кранов.

мостовой кран надёжность эксплуатация

Библиографические ссылки на источники:

1. Емельянова Г.А. Методология повышения надёжности грузоподъёмного оборудования при обеспечении требуемых критериев риска: дис. ... д-ра техн. наук: 05.02.2 / Г.А. Емельянова. - М., 2016. - 280 с.

2. Краны грузоподъемные. Выносливость стальных конструкций. Метод расчета: РТМ 24.090.53-79.- М.: Цниитэитяжмаш, 1981. - 20 с.

3. Краны грузоподъемные. Классификация режимов работы. ГОСТ 34017-2016. М.: Стандартинформ, 2017 - 18 с.

4. Краны грузоподъёмные промышленного назначения. Нормы и методы расчёта элементов стальных конструкций. СТО 24.09-5821-01-93. - М.: ОАО ВНИИПТМАШ, 1993. -136 с.

5. Краны грузоподъемные. Расчет вероятности безотказной работы элементов: РТМ 24.090.25-76.- М.: НИИинформтяжмаш, 1978. - 34 с.

6. Методические указания по проведению обследования кранов мостового типа с целью определения возможности их дальнейшей эксплуатации. Часть 5. Краны мостовые и козловые. РД 10-112-5-97. - М.: ОАО ВНИИПТМАШ, 1998. - 54 с.

7. Пособие по расчёту элементов стальных конструкций грузоподъёмных кранов к СТО 24.09-5821-01-93. - М.: ОАО ВНИИПТМАШ, 1993. - 118 с.

8. Руководство по безопасности «Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах». - М.: Моркнига, 2017. - 50 с.

9. Руководящий документ по оценке остаточного ресурса кранов мостового типа РД 24-115-5Р. - М.: ОАО ВНИИПТМАШ, 2002. - 24 с.

Размещено на Allbest.ru