Введение к работе
Актуальность работы. Ключевым направлением научно-технического развития химической индустрии в РФ является реализация практических мер в решении задач оценки, прогнозирования и повышения надежности и безопасности промышленных объектов.
В настоящее время в связи со значительной изношенностью основных фондов химических предприятий, большой долей технологически связанных нарушений работоспособности, сложностью и трудоемкостью восстановительных операций, снижением уровня квалификации производственного персонала наблюдается повышение интереса к важной характеристике промышленных объектов тесно связанной с понятиями «надежность» и «технический риск», называемой «живучесть», т.е. способность системы к сохранению своих базовых функций, хотя бы с допустимой потерей качества их выполнения, при воздействии факторов внешней среды - главным образом неблагоприятных условий эксплуатации и человеческих ошибок.
Одним из важнейших по значению и масштабам потребления химическим продуктом является серная кислота, выпускаемая в РФ в агрегатах большой единичной мощности. Решению научно-технической проблемы оценки и повышения надежности, живучести и безопасности крупнотоннажного производства серной кислоты на основе современного и эффективного параметрического робастного подхода к анализу посвящена настоящая диссертационная работа.
Информационной базой исследований послужили сведения об эксплуатации технологических линий по выпуску серной кислоты по «короткой схеме» путём окисления элементарной серы до триоксида и соединения три-оксида серы с водой в Открытом акционерном обществе «Аммофос» (г. Череповец Вологодской области) и Обществе с ограниченной ответственностью «Балаковские минеральные удобрения» (г. Балаково Саратовской области).
Цель работы. Разработать прикладной метод расчета и прогнозирования совокупности показателей надежности, живучести и аварийного риска эксплуатации производства серной кислоты, базирующийся на параметрическом робастном математическом аппарате.
Научная новизна работы:
-
Впервые комплексно исследована проблема обеспечения и повышения надежного и безопасного функционирования объекта исследований на предприятиях химической отрасли РФ.
-
Предложена логико-вероятностная имитационная модель потери работоспособности и живучести производства серной кислоты с учетом топологии системы и отдельных ее элементов, маршрутов материальных и энергетических потоков, области действия и интенсивности негативных условий эксплуатации, а также тяжести последствий отказов.
-
Разработана методика выбора стратегии минимизации неблагоприятных воздействий на объект исследований с учетом пассивных и активных средств обеспечения живучести.
-
Впервые приведены результаты определительных испытаний на надежность крупнотоннажного сернокислотного оборудования.
Практическая значимость. Теоретическая часть исследований обладает достаточной общностью и может быть применена при проектировании новых и модернизации существующих технологических линий по производству серной кислоты.
Отдельные положения диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Технологические машины и оборудование» в МГУИЭ.
Предлагаемые метод и алгоритмы анализа успешно апробированы в действующих производствах серной кислоты в ОАО «Аммофос» и ООО «Ба-лаковские минеральные удобрения». По результатам проведенных исследований внесены необходимые изменения и дополнения в регламент, систему технического обслуживания и ремонта машин и аппаратов, скорректированы инструкции по эксплуатации наименее надежного оборудования, а также план локализации и ликвидации аварийных ситуаций данных промышленных объектов.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на: Научной конференции студентов и молодых ученых, МГУИЭ, г. Москва, 2010 г.; XXIII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях», СГТУ, г. Саратов, 2010 г.; Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы индустриальных мегаполисов», ДонНТУ, г. Донецк, Украина, 2010 г.; XXIV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях», НТУ Украины «КПИ», г. Киев, Украина, 2011 г.
Публикации. Материалы, изложенные в диссертационной работе, нашли отражение в 9 опубликованных печатных работах, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
На защиту выносятся:
-
Методические основы комплексного анализа и оптимизации надежности, живучести и аварийного риска эксплуатации производства серной кислоты.
-
Иерархическая стохастическая имитационная модель полной или частичной потери работоспособности и живучести объекта исследований, учитывающая значимость и вариацию широкой совокупности условий и факторов, способствующих прекращению или снижению эффективности протекания различных стадий технологического процесса.
-
Результаты классификации отказов производства серной кислоты.
-
Количественные оценки показателей надежности, живучести и технического риска крупнотоннажного сернокислотного оборудования.
Достоверность полученных результатов и выводов обеспечена корректной постановкой задач исследований, выбором общепризнанной системы определительных испытаний химического оборудования на надежность в условиях эксплуатации, использованием основных положений классической теории надежности и технического риска, химико-технологических процессов, прикладной статистики и современных алгоритмов математического моделирования.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 150 страниц основного текста, включая 45 рисунков, 14 таблиц и 3 приложения. Список литературы содержит 137 наименований.
