Надежность оборудования

Надежность оборудования учитывают при проектировании и поддерживают в условиях эксплуатации.

Расчетную надежность оборудования определяют числом входящих в него элементов и уровнем их надежности. При этом различают следующие расчеты надежности.

Прикидочный расчет надежности основан на допущениях, что все элементы оборудования равнонадежны (при расчете принимают среднее значение интенсивности отказов) и интенсивность отказов всех элементов не зависит от времени, а отказ любого элемента приводит к отказу всего изделия. Прикидочный расчет надежности проводят при проверке требований по надежности, представленных в техническом задании на проектируемое оборудование; при определении минимального допустимого уровня надежности отдельных элементов; при сравнительной оценке надежности отдельных вариантов оборудования на этапах предэскизного и эскизного проектирования, а также при расчете нормативных данных по надежности отдельных блоков, устройств и приборов системы (норм надежности от­дельных частей системы). С помощью прикидочного расчета оценивают возможность обеспечения требуемой надежности изделия.

Ориентировочный расчет надежности - расчет, в котором учитывают влияние на надежность оборудования числа и типов примененных в нем элементов. Он основан на следующих допущениях: все элементы данного типа равнонадежны (интенсивность отказов однотипных элементов одинакова); все элементы работают в нормальном режиме, предусмотренном техническими условиями; интенсивность отказов всех элементов не зависит от времени, т. е. в течение срока службы для всех элементов отсутствуют старение и износ; отказы элементов - случайные и независимые события; отказ любого элемента приводит к отказу всего оборудования; все элементы работают одновременно. Ориентировочный расчет применяют при эскизном проектиро­вании. Он позволяет определить наиболее рациональный состав элементов, применяемых в оборудовании, и наметить пути по­вышения его надежности.

Окончательный расчет надежности — расчет с учетом раз­личий в режимах работы элементов. Окончательный расчет на­дежности применяют при техническом проектировании обору­дования.

При проектировании оборудования применительно к усло­виям эксплуатации выбирают конструкцию оптимальных форм и размеров, требуемой механической прочности и герметично­сти, выполненную по возможности из стандартизованных и унифицированных узлов и деталей. Важное значение имеет пра­вильный выбор конструкционных материалов с учетом общих и специальных условий эксплуатации оборудования: давления, температуры, агрессивного воздействия среды и др. Необходимо упрощать кинематические схемы, уменьшать действующие в машинах динамические нагрузки, применять средства защиты от перегрузок и т. д. Особое внимание уделяют равнопрочное™ деталей (в одном узле машины), подвергающихся частым по­ломкам, износостойкости деталей и узлов конструкции.

В некоторых случаях основным фактором надежности явля­ется жесткость конструкции. Ее повышают, применяя кольца жесткости, ребра или увеличивая толщину стенки аппарата. Например, с учетом жесткости рассчитывают цилиндрические оболочки, нагруженные наружным давлением. Жесткость учи­тывают и при выборе толщины стенок крупногабаритных хра­нилищ или газгольдеров. Повышенную жесткость должны иметь аппараты, защищенные футеровкой или кислотостойкой эмалью.

При изготовлении оборудования добиваются его максимальной надежности путем получения заготовок высокого качества, близких по форме и размерам к готовым деталям; примене­нием современных технологических приемов, обеспечивающих изготовление деталей и сборку оборудования с оптимальными эксплуатационными показателями; применением процессов уп­рочняющей обработки для получения требуемого качества мате­риала рабочих деталей с высоким сопротивлением износу и поломкам в условиях эксплуатации; повышением точности из­готовления деталей и сборки машин и аппаратов; созданием экспериментальных и испытательных баз, на которых изготав­ливают и испытывают опытные и промышленные образцы обо­рудования; внедрением системы бездефектного изготовления изделий и т. д.

При эксплуатации надежность оборудования поддерживает­ся строгим соблюдением заданных параметров рабочего режи­ма, качественным обслуживанием и необходимой профилак­тикой.

Основными факторами, лимитирующими долговечность, а, следовательно, и надежность оборудования, являются: поломки деталей; износ трущихся поверхностей; повреждения поверхно­стей в результате коррозии, действие контактных напряжений и наклеп; пластические деформации деталей, вызываемые местным или общим переходом напряжений за предел текучести или (при повышенных температурах) за предел ползучести.

Детали и узлы оборудования подвержены механическому, химическому (коррозионному), тепловому и кавитационно-эрозионному износу. Основные способы повышения износостойко­сти при механическом износе следующие: увеличение твердо­сти трущихся поверхностей, подбор материала трущихся пар, уменьшение давления на поверхностях трения, повышение чис­тоты поверхностей и правильная смазка.

Химический и тепловой износ снижают выбором коррозион-но- и термостойкого материала, использованием защитных покрытий, рациональной системы теплообогрева и теплосъема и др.

Для повышения надежности системы резервируют оборудо­вание, т. е. вводят в систему добавочные (дублирующие) эле­менты, включаемые параллельно с основными. С помощью резервирования создают системы, надежность которых выше надежности любых входящих в них элементов.

Применяют основное, резервное и смешанное соединения аппаратов (узлов, деталей, блоков). При основном соединении аппаратов отказ хотя бы одного из них ведет к отказу всей технологической линии, как, например, при последовательном включении. При резервном соединении аппаратов (параллельно основным) отказ системы наступает только после отказа основного и всех резервных аппаратов. В смешанном соединении сочетаются основное и резервное соединения.

Различают общее резервирование, при котором резервиру­ется весь аппарат, и раздельное, при котором резервируются отдельные узлы аппарата. При раздельном резервировании надежность выше, особенно при большом числе резервируемых аппаратов и кратности резервирования. Кратность резервирования (отношение числа резервных аппаратов к числу резервируемых) может быть целой и дробной. В первом случае за основным аппаратом закреплены один или несколько резерв­ных, во втором — определенное число резервных аппаратов при­ходится на несколько основных.

К резервированию с дробной кратностью относится также резервирование со скользящим (плавающим) резервом, при ко­тором любой из резервных аппаратов может замещать любой аппарат основной системы. После замещения резервный аппарат становится основным и при отказе может быть замещен любым из оставшихся резервных. При скользящем резервировании надежность повышается, но оно возможно только при однотипности аппаратов.

Резервирование может быть постоянным, при котором резервные аппараты присоединяют к основным в течение всего времени работы и они работают одновременно, или замещаемым, т. е. включаемым временно для замещения основного аппарата в случае его отказа. Постоянное резервирование возможно в тех случаях, когда недопустимы даже кратковремен­ные остановки для перехода с основного аппарата на резервный. При постоянном резервировании отказ одного или несколь­ких аппаратов не влияет на работу всей системы, не требуется перестройки схемы при отказах отдельных аппаратов, отказавший аппарат не отключается, отпадает необходимость в переключателях и кратковременных остановках аппаратов. Недостаток постоянного резервирования — расходование резервным аппаратом своего ресурса надежности наравне с основным аппаратом.

При резервировании замещением следует отыскать неисправный узел и обеспечить наличие устройств для включения ре­зервного аппарата. Замещение проводят автоматически или вручную. Автоматическое замещение применяют при резервировании крупных узлов в аппаратах, самих аппаратов и технологических линий.

В зависимости от условий работы резервных аппаратов до момента их включения различают горячий (или нагруженный) резерв (внешние условия резервного и рабочего аппаратов полностью совпадают), теплый (или облегченный) резерв (внешние условия, воздействующие на аппарат, облегченные) и холодный (или ненагруженный) резерв (резервные аппараты начинают расходовать свои ресурс только после включения их в работу).

Однако резервирование имеет недостатки: оно усложняет оборудование, удорожает его обслуживание, содержание, ре­монт и поэтому не всегда экономически выгодно. Резервирова­ние неприменимо, если проектируемое оборудование должно быть минимальных размеров, массы и потребляемой мощности. Использовать резервирование целесообразно в случае, если отсутствуют более простые способы повышения надежности.

Во многих случаях надежности и безопасности эксплуата­ции оборудования достигают применением механически более прочных материалов, усовершенствованием способов сварки и методов прочностного расчета. Надежность аппаратов, рабо­тающих под давлением, можно повысить, уменьшив их объем и сечения, переходя от плоских к сферическим и цилиндрическим оболочкам. Наиболее прочны трубчатые аппараты, в особен­ности изготовленные из высококачественной легированной стали.

Удобство и безопасность обслуживания оборудования дости­гаются при его автоматизации и дистанционном управлении. Важное значение имеет устранение шума и вибрации работаю­щих машин и аппаратов, возможность поагрегатного ремонта и чистки оборудования. К частям аппаратов должен быть удобный доступ. Аппараты, работающие под давлением или имеющие сложное внутреннее устройство, необходимо осматривать из­нутри, для чего их снабжают люками-лазами, а при малых размерах делают разъемными.

Мешалки, перегородки, тарелки, змеевики и другие внутренние устройства аппаратов должны быть съемными, чтобы не мешать внутреннему осмотру аппарата. Когда доступ в аппарат затруднен или невозможен, его оборудуют специальными лючками, смотровыми окнами.

Специальные требования предъявляют к оборудованию, устанавливаемому на открытых площадках. Такое оборудова­ние должно иметь управление, исключающее необходимость постоянного надзора, а также устройства для защиты движу­щихся частей от пыли и атмосферных осадков. При выборе аппаратуры для установки на открытой площадке желательно применять цельносварные конструкции с минимальным числом разъемов и отдельных частей аппаратов: царг, блоков и др. Конструкция внутренних устройств должна быть разборной с размерами деталей (частей), обеспечивающими монтаж через люки. Число лазов и люков определяется удобством работы, числом и высотой обслуживающих площадок, но при всех условиях должно быть минимальным. Не рекомендуется для установки на открытых площадках северных районов использовать оборудование с водяным охлаждением.

В конструкциях аппаратов, предназначенных для обработки легкозастывающих продуктов, предусматривают надежную си­стему внутреннего или наружного обогрева. Аппараты, имеющие паровой обогрев, водяное охлаждение, должны быть снабжены штуцерами и спускными пробками для возможно быстрого спуска конденсата или воды из рубашек, змеевиков и корпусов аппаратов.

Система конструктивно связанных площадок, лестниц, спе­циальных подъемных устройств и приспособлений должна обес­печивать удобство и безопасность обслуживания, разборки и ремонта оборудования.