ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

ENSURING THE RELIABILITY OF GAS DISTRIBUTION SYSTEMS

Medvedev Pavel Vsevolodovich

Student, St. Petersburg Technical School of Industrial Technologies, Finance, and Law, Russia, St. Petersburg

Voevodina Marina Aleksandrovna

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, St. Petersburg Technical School of Industrial Technologies, Finance, and Law, Russia, St. Petersburg

Аннотация. Актуальность работы обусловлена увеличением протяженности газораспределительных систем и усложнением схем газопроводов. Эти факторы влияют на надежность работы газораспределительных систем и предъявляют высокие требования со стороны потребителей энергии к безаварийной работе.

Abstract. The relevance of the work is due to the increasing length of gas distribution systems and the complexity of gas pipeline schemes. These factors affect the reliability of gas distribution systems and impose high requirements from energy consumers for trouble-free operation.

Ключевые слова: газораспределительные системы, математическая модель, показатели надежности, интенсивность отказов и восстановлений.

Keywords: gas distribution systems, mathematical model, reliability indicators, failure and repair rates.

Развитие технологических процессов приводит к необходимости повысить качество используемых теплоносителей. В наибольшей мере этим требованиям удовлетворяет природный газ.

Рациональное использование газообразного топлива с наибольшей реализацией его технологических достоинств позволяет получить значительный экономический эффект, который связан с повышением КПД  агрегатов и сокращением расхода топлива, более легким регулированием температурных полей и состава газовой среды в рабочем пространстве  установок, при этом удается повысить интенсивность производства и качество получаемой продукции. Применение газа для  промышленных установок улучшает условия труда и способствует росту его производительности. Использование природного газа в промышленности позволяет осуществить принципиально новые, прогрессивные и экономически эффективные технологические процессы.

В работе представлен анализ методики расчета надежности элементов газовой системы.

Функционирование элемента системы газоснабжения можно представить в виде математической модели. Элемент работает до отказа, затем его выключают из системы, ремонтируют и вновь включают в работу. В любой момент времени t элемент может находиться или в состоянии исправности, или в состоянии отказа. Процесс функционирования представляется чередующейся последовательностью величин: ε1, τ1, ε2, τ2 …, где εi – длительность работы i-го периода исправной работы,  τi – длительность i-го ремонта (периода отказа). Последовательность отказов элемента во времени составляет поток отказов. Поток отказов характеризуется параметром потока отказов ω, который является аналогом интенсивности отказов λ [1].

Параметр потока отказов можно определить из статистических данных повреждений, фиксируемых эксплуатирующими службами. Если за время наблюдения (обычно 1 год) каждый элемент из N наблюдаемых отказал m_i раз, тогда

Величину, обратную параметру потока отказов , измеряемую в годах, называют наработкой на отказ [2]. Величина Т – это среднее время работы элемента (участка газопровода, задвижки, компенсатора и т.д.) между отказами. Параметр потока отказов газопроводов определяется на 1 км длины.  

Современный уровень строительства, контроля качества строительно-монтажных работ, а также эксплуатации газовых сетей обеспечивает весьма малую величину параметра потока отказов. Малая вероятность отказов газовых сетей является следствием простоты их конструкции и статического режима работы, при котором они не несут предусмотренных расчетом знакопеременных и инерционных нагрузок. Отказы возникают при случайном совпадении повышенных нагрузок на ослабленных элементах, поэтому отказ является случайным и редким событием.

Стационарности отвечает такой поток случайных событий, когда вероятность наступления определенного их числа на заданном промежутке времени зависит от длительности рассматриваемого промежутка, но не зависит от его сдвига на ту или иную величину по оси времени. В процессе эксплуатации параметр потока отказов элементов систем газоснабжения сохраняется примерно постоянным. Следовательно, число отказов пропорционально рассматриваемому промежутку времени и не зависит от его сдвига в пределах времени эксплуатации. Таким образом, элементы системы газоснабжения обладают свойством стационарности. Распределительные газопроводы проектируют таким образом, чтобы разрыв одного участка газопровода не мог послужить причиной повреждения другого. При выключении из работы параллельного, кольцующего участка или оборудования расходы газа через другие участки возрастают, но при этом давление в городской сети не увеличивается, поэтому  не увеличивается и нагрузка на трубу. Тогда вероятность m отказов за время t в простейшем потоке событий Рm(t) распределяются по закону Пуассона

m = 0, 1, 2

Вероятность того, что в интервале времени t не будет ни одного отказа, равна

Эта вероятность есть функция надежности элементов системы газоснабжения  и подчиняется экспоненциальному закону.

Надежность ремонтируемых элементов характеризуется элементом готовности Кг, который равен вероятности застать элемент в исправленном состоянии. Для расчетов можно использовать стационарный коэффициент  Кг, к которому стремится Кг(t) с течением времени. Коэффициент готовности можно определить по формуле

где Т – наработка на отказ,

Тс – среднее время восстановления.

Для элементов систем газоснабжения время наработки на отказ намного больше среднего времени ремонта, поэтому коэффициент готовности близок к единице и не используется для оценки надежности элементов газовых сетей [3].

Основными видами повреждений распределительных газопроводов являются механические, коррозионные и разрывы сварных швов.

Таким образом, основная задача расчета надежности газораспределительной системы заключается в анализе показателей интенсивности отказов и интенсивности восстановлений элементов, характеризующих безотказность и ремонтопригодность газотранспортных систем.