Анализ последствий отказов объектов промышленной энергетики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Анализ последствий отказов объектов промышленной энергетики

Вопросы лекции

Введение

Показатели качества энергии, отпускаемой потребителю

Ущерб от снижения качества энергии

Методы снижения ущерба при отказах объектов промышленной энергетики

Заключение

Введение

Ущерб от недоотпуска и снижения качества электрической и тепловой энергии зависит не только от надёжности объектов промышленной энергетики, но также от их живучести и безопасности.

Под живучестью понимают способность объекта противостоять экстремальным воздействиям со стороны окружающей среды и при этом в максимально возможной степени сохранять свойства, необходимые для выполнения заданного назначения.

Если надежность объектов определяется работой наиболее ответственных узлов и систем, то живучесть зависит как от стойкости узлов и элементов объекта, так и от их взаимодействия при противостоянии негативному воздействию факторов внешней среды. Причём к негативным факторам внешней среды относят и человека, обслуживающего объект. По мнению академика В.А. Легасова, до 70 % всех отказов технических объектов, вызывавших тяжёлые последствия, связаны с неправильными действиями обслуживающего персонала в критических ситуациях. Эти данные были им обобщены после аварии на Чернобыльской АЭС для доклада на сессии экспертов МАГАТЭ.

Безопасность - это свойство объекта функционировать, не переходя в критические состояния, угрожающие здоровью и жизни людей, окружающей среде, другим техническим системам или наносящие другой ущерб в больших масштабах. К сожалению, показатели живучести и безопасности для многих технических объектов не разработаны, и требования в НТД имеют в основном качественный характер.

Методы повышения надежности, живучести и безопасности объектов разнообразны и связаны, в первую очередь, с повышением стойкости изделий к внешним воздействиям. Сюда относят методы создания прочных, жестких, износостойких узлов за счет их рациональной конструкции, применение материалов с высокой прочностью, износостойкостью, коррозионостойкостью , теплостойкостью, а также применение различных смазочных материалов.

Другой путь повышения надежности работы, живучести и безопасности объектов-- это их изоляция от вредных воздействий; установка машины на фундамент, защита поверхностей от запыления и загрязнения, создание для механизмов специальных условий по температуре и влажности, применение антикоррозийных покрытий, виброизолирующих устройств, а также применение изолирующих кожухов, защитных оболочек, размещение внутри специальных корпусов с повышенными прочностными характеристиками и т. д. Так, например, одно из требований безопасности АЭС включает создание над ядерным реактором защитной оболочки, способной выдержать удар от падения самолёта, потерпевшего аварию.

Активным средством для решения указанных проблем является автоматизация процессов управления и принятия решения в условиях неполной информации о техническом состоянии объекта при различных условиях эксплуатации.

Конечная цель всех мероприятий по повышению надежности, живучести и безопасности объектов - это обеспечение требуемого качества отпускаемой потребителю тепловой и электрической энергии в течение заданного ресурса работы или срока службы оборудования, а также снижение ущерба при возникновении отказов или при экстремальных воздействиях внешней среды.

1. Показатели качества энергии, отпускаемой потребителю

Напомним (см. вводную лекцию), что качество - это совокупность свойств объекта, обусловливающих его пригодность удовлетворять определённые потребности в соответствии с его назначением. Показателями качества энергии являются количественные характеристики её свойств, указанных в табл.1.

Таблица 1 Свойства энергии, характеризующие её качество

Как следует из табл.1 часть свойств энергии, такие, например, как температура и давление теплоносителя, зависят от качества работы объектов промышленной энергетики. Другие свойства, например, количество отпущенной энергии, зависят от уровня энергопотребления. Условный график функционирования энергопроизводящей системы показан на рис.1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Процесс функционирования энергоснабжающей системы: Q_р(t) - располагаемый уровень выработки энергии; Q_тр(t)- требуемый уровень энергии; --DQ(t) - недоотпуск энергии

отказ промышленный энергетика ущерб

Ущерб потребителю может быть нанесён даже при частично работоспособном объекте в случае снижения показателей качества вырабатываемой энергии. Такие события называют функциональными отказами. Как показано на рис.1, недоотпуск энергии потребителю ?Q(t) возникает в те моменты функционирования системы, когда располагаемый уровень выработки энергии меньше требуемого Q_р(t) < Q_тр(t). Однако даже при наличии избыточной энергии (интервал t₁- t₂) её использование возможно только в том случае, если предусмотрены специальные устройства аккумуляции (складирования).

Недоотпуск электрической и тепловой энергии на ТЭС может происходить также непосредственно по причине отказов оборудования. Как правило, это сопровождается увеличением себестоимости вырабатываемой энергии из-за:

увеличения удельных расходов топлива при работе энергоблоков на нерасчётных режимах, связанных с отказами части оборудования;

дополнительных затрат материальных и трудовых ресурсов на восстановление отказавшего оборудования;

дополнительного расхода топлива на пуск энергоустановок после восстановления.

Общим показателем недовыработки энергии по сравнению с максимально возможной выработкой за календарное время Т_к является коэффициент использования установленной мощности

, (1)

где b_N = N_CP/N_H - коэффициент загрузки;

W_Д = N_CP(T_k -t_пл - t_рз - t_вр) = N_CPT_k (1- d_пл -d_вр - d_рз ) - действительная выработка энергии;

W_T = N_НТ_к - максимально возможная выработка энергии за календарное время Т_к ;

N_Н - номинальная мощность энергоустановки;

- средняя мощность энергоустановки;

- коэффициент технического использования;

t_p - период работоспособности; t_пл - период плановых ремонтов;

t_вр - период внеплановых ремонтов; t_рз - время нахождения в резерве;

Расчёт по приведённым выше зависимостям и сравнение результатов с нормативными значениями лежат в основе методики оценки ущерба, возникающего при отказах оборудования объектов промышленной энергетики.

2. Ущерб от снижения качества энергии

Ущерб от снижения качества энергии по последствиям, которые наступают после этого события, можно условно разделить на две составляющие:

снижение эффективности или нарушение технологического процесса у потребителя, что приводит к ухудшению качества и снижению объёма выпускаемой продукции, увеличению дополнительных затрат и т.п.

снижение эффективности функционирования самой энергетической системы. Это происходит при работе отказавших энергетических объектов в параллель с другими объектами общей сети, которые принимают на себя дополнительную нагрузку и могут работать в этом случае на нерасчётных режимах.

Расчёт общего ущерба потребителя У_п при недоотпуске энергии Э можно рассчитать по формуле

DУ_п = (у_п + у_л) DЭ, (2)

где у_п - удельный ущерб от недовыпуска продукции; у_л - то же, от снижения качества продукции, порчи материалов и оборудования.

Ущерб на энергетических объектах от аварийного недоотпуска энергии равен

DУ_с= (у_э + у_с) DЭ, (3)

где у_э - удельный потери от недовыпуска энергии на объекте; у_с - удельный потери на других объектах отрасли от нарушения режимов их работы.

При длительном дефиците энергии возникает ущерб, вызванный дисбалансом развития энергетического производства и энергопотребителей.

Экономический ущерб от длительного дефицита энергии в каком- либо регионе или промышленном узле, вызванный её систематической недопоставкой, рассчитывается по формуле

DУ_дф = DД +D П + DФ, (4)

где DД - потери чистого дохода от недовыработки энергии; П - перерасход фонда заработной платы вследствие простоя или нерационального использования рабочей силы; Ф - потери от недоиспользования основных фондов.

При расчётах используют величины удельных ущербов, которые вычисляют делением величин ущерба на недовыработку энергии. Среднее значение удельного ущерба рассчитывается для отрасли или для экономики региона в рублях на один киловаттчас.

Ущерб от аварийного недоотпуска энергии зависит от особенностей технологического процесса у потребителей. При этом следует учитывать состав энергопотребляющего оборудования, вид выпускаемой продукции, длительность перерывов в подаче энергии и другие факторы.

Для подавляющего большинства потребителей величина удельного ущерба от нарушения энергоснабжения (без учёта системной составляющей) может быть представлена аппроксимационной зависимостью

y(m,t) = a(m)t^b + c(m), (5)

где a(m),c(m),b - постоянные коэффициенты, определяемые путём обработки данных об ущербах предприятий различных отраслей экономики; t--- время аварийного отключения;--m - доля отключаемой мощности.

Зависимости относительных ущербов для различных промышленных потребителей показаны на рис.2. Очерёдность и глубина ограничения энергоснабжения потребителей, вызванные дефицитом генерирующей мощности, устанавливаются избирательно в зависимости от величины удельных ущербов и с учётом других факторов. Первыми отключаются потребители с минимальным ущербом, а последними жилые дома (населённые пункты) и предприятия с непрерывным производством.

По требованиям к обеспечению заданной надёжности и безопасности объектов, потребляющих энергию, все потребители разделяются на несколько категорий:

производства, не допускающие перерывов энергоснабжения в связи с возможностью возникновения опасных ситуаций, расстройства деятельности отраслей экономики, массовых заболеваний и т.п.;

объекты общегосударственного значения, оборонные объекты, обеспечивающие выполнение стратегических задач по защите безопасности страны;

потребители, нарушение энергоснабжения которых вызывает только экономические потери;

потребители, нарушение энергоснабжения которых связано только с появлением дискомфорта, но не вызывает больших экономических потерь.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2. Зависимость относительного удельного ущерба при нарушении электроснабжения промышленных потребителей от степени ограничения их нагрузки: 1- резинотехническая промышленность; 2- производство минеральных удобрений; 3- станкостроительная промышленность; 4 - тяжелое и энергетическое машиностроение; 5 - производство искусственного волокна, смол, пластмасс; 6- переработка нефти

Ущерб при отключении потребителей связан с понятиями технологическая бронь и аварийная бронь. Технологическая бронь - это такой уровень энергоснабжения, при котором может быть успешно завершён технологический процесс выпуска продукции с последующей остановкой производства. Величина технологической брони по электроснабжению, например, для производств химической и нефтехимической промышленности составляет от 10 до 60 %. Для пароснабжения промышленных предприятий технологическая бронь существенно выше и составляет 95 % и более.

Аварийная бронь - наименьший допустимый уровень снижения энергоснабжения, обеспечивающий работу той части оборудования, отключение которого приводит к тяжёлым последствиям, например, разрушению основного оборудования и т.п. Аварийная бронь должна обеспечить работу систем жизнеобеспечения: аварийного освещения, вентиляции, водоснабжения в объёмах, предусмотренных нормативами в каждой отдельной отрасли. Величина аварийной брони по электроснабжению обычно составляет 10 -15 %, а по пароснабжению 35 - 45 %. В отдельных производствах, например, в химической промышленности, аварийная бронь по пароснабжению достигает 90 - 95 %.

Недоотпуск тепловой энергии коммунально-бытовым потребителям приводит к ущербу, который определяется соотношением располагаемой тепловой мощности Q_с и величиной недоотпуска Q_н. Недоотпуск теплоты в течение времени t_н приводит к понижению температуры в помещениях t_в до величины, рассчитываемой по формуле

, (6)

где t_н - температура наружного воздуха, ⁰С; t_во - начальная температура воздуха внутри помещения, ⁰С; - коэффициент теплоаккумулирующей способности зданий; t_отк - продолжительность времени снижения температуры в отапливаемом помещении от t_во до t_в; - относительная величина снижения уровня подачи теплоты. Значения коэффициента b показаны на рис.3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.3. Значения коэффициента теплоаккумулирующей способности зданий при различных температурах наружного воздуха для t_во =+20 ⁰С и t_в =+10 ⁰С (вариант отказа нерезервированного теплопровода)

Минимальные температуры воздуха в отапливаемых помещениях (t_в)_min при различных температурах наружного воздуха указываются в нормативных документах на проектирование объектов, а также в специальной литературе.

В нормативно-технической документации на проектирование систем теплоснабжения указывается также градация пониженных значений температур t_в при наступлении отказов. Такими граничными значениями обычно являются 0 ⁰С, +10 ⁰С, +15 ⁰С. Каждому граничному значению температуры устанавливается допустимая вероятность её наступления и относительная продолжительность прохождения.

Так, например, вероятность недопущения события t_в < 0 ⁰C устанавливается р = 0,97, а вероятность недопущения события t_в < +10 ⁰C должна быть больше 0,86. В соответствии с этими нормами рассчитывается пропускная способность основных и резервных трубопроводов, а также мощность источников теплоты.

При определении ущерба от внезапного прекращения или ограничения теплоснабжения коммунально-бытовым потребителям следует учитывать, что, кроме экономических потерь, при этом возникают негативные социальные последствия, такие как повышение заболеваемости, дискомфорт и т.д.

Стоимостная оценка минимального ущерба от недоотпуска теплоты в этом случае определяется по дополнительным затратам электроэнергии на отопление для поддержания нормальной температуры воздуха.

3. Методы снижения ущерба при отказах объектов промышленной энергетики