ОБЗОР СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ БЕЗОТКАЗНОСТИ РЕЗЕРВУАРОВ С ПОНТОНОМ

OVERVIEW OF STATISTICAL METHODS FOR ASSESSING THE RELIABILITY OF PONTOON TANKS

Alexander Novikov

Student, Samara State Technical University, Russia, Samara

Аннотация. В статье представлен обзор основных методов оценки безопасности резервуаров с понтоном, применяемых на объектах хранения нефти и нефтепродуктов. Рассмотрены традиционные подходы и перспективные направления развития, основанные на использовании современных технологий.

Abstract. This article provides an overview of the main methods for assessing the reliability of pontoon tanks used at oil and petroleum product storage facilities. It discusses traditional approaches and promising development trends based on the use of modern technologies.

Ключевые слова: Резервуары с понтоном, оценка безотказности, оценка надежности, оценка технического состояния, диагностика резервуаров, техническое обслуживание резервуаров, неразрушающий контроль, визуальный осмотр, ультразвуковой контроль, магнитный контроль, течеискание, коррозия резервуаров, мониторинг состояния, прогнозирование технического состояния, анализ рисков, безопасность резервуаров, хранение нефти, нефтепродукты, машинное обучение, искусственный интеллект, сенсорные сети, беспилотные летательные аппараты (БПЛА), срок службы, жизненный цикл.

Keywords: Pontoon tanks, reliability assessment, reliability evaluation, technical condition assessment, tank diagnostics, tank maintenance, non-destructive testing (NDT), visual inspection, ultrasonic testing, magnetic particle testing, leak detection, tank corrosion, condition monitoring, technical condition forecasting, risk analysis, tank safety, oil storage, petroleum products, machine learning, artificial intelligence, sensor networks, unmanned aerial vehicles (UAVs) / Drones, service life, Life cycle.

Для безопасного и экономичного хранения нефти и нефтепродуктов используются резервуары с понтоном. Их уникальность заключается в специальной плавающей крыше – понтоне, который контактирует с поверхностью жидкости. Это простое, но эффективное решение позволяет существенно сократить испарение, минимизировать потери ценного продукта и снизить риски для окружающей среды и людей. В этой статье мы подробно рассмотрим особенности конструкции, преимущества и принцип работы резервуаров с понтоном.

В силу специфики хранимых веществ и сложности конструкции, обеспечение безотказной работы резервуаров с понтоном имеет важное значение для дальнейшего его функционирования. Оценка безотказности подразумевает под собой комплекс мероприятий, направленных на определение вероятности безотказной работы резервуара в течение заданного периода времени. Значимость этой оценки обусловлена двумя ключевыми аспектами:

1. Безопасность. Так, отказ резервуара с понтоном, особенно при хранении легковоспламеняющихся жидкостей, может привести к таким серьезным последствиям, как утечки, пожары, взрывы и загрязнение окружающей среды. Оценка безотказности позволяет выявить слабые места конструкции, спрогнозировать возможные отказы и принять превентивные меры для их предотвращения, тем самым обеспечивая безопасность персонала, окружающей среды и инфраструктуры.

2. Экономическая эффективность. Безотказная работа резервуара – гарантия непрерывности технологического процесса, минимизация потерь продукта и снижение затрат на ремонт и обслуживание. Точная оценка безотказности позволяет оптимизировать графики технического обслуживания, своевременно выявлять и устранять дефекты, продлевая срок службы резервуара и снижая общие эксплуатационные расходы. Своевременное обнаружение потенциальных проблем позволяет избежать крупных аварий и связанных с ними финансовых потерь.

3. Экологическая безопасность. В современном мире вопросы экологии имеют актуальное значение, а выбор технологии хранения нефти с минимиальным воздействием на окружающую среду является приоритетной задачей. Благодаря использованию данных конструкций снижается загрязнение воздуха, сокращаются выбросы парниковых газов, уменьшается риск образрвания фитохимического смога, сохраняются природные ресурсы.

В контексте эксплуатации резервуаров с понтоном, безотказность рассматривается как свойство объекта (в данном случае, резервуара) сохранять работоспособное состояние в течение определенного периода времени или наработки при заданных условиях эксплуатации. Иными словами, это способность резервуара выполнять свои функции (хранение нефти и нефтепродуктов) без возникновения каких-либо отказов или сбоев.

Безотказность резервуара характеризуется рядом количественных показателей, позволяющих оценить его надежность и спрогнозировать его поведение в процессе эксплуатации. К основным характеристикам относятся:

- вероятность безотказной работы (P(t)) Данный показатель символизирует вероятность того, что резервуар проработает безотказно в течение заданного времени t. Она принимает значения от 0 до 1, где 1 означает абсолютную безотказность.

- интенсивность отказов (λ(t)) - мгновенная скорость возникновения отказов в данный момент времени t, при условии, что до этого момента резервуар работал безотказно. Измеряется в количестве отказов на единицу времени.

- средняя наработка до отказа (MTBF - Mean Time Between Failures) - среднее время, в течение которого резервуар работает безотказно между двумя последовательными отказами. Этот показатель особенно важен для оценки ремонтопригодности и планирования технического обслуживания.

- гамма-процентный ресурс (ty) представляет собой период времени, в течение которого резервуар гарантированно работает без сбоев с заданной вероятностью (у), обычно выражаемой в процентах (например, 90% или 95%).

Комплексная оценка характеристик позволяет оценить надежность резервуара с понтоном и обоснованно принимать решения по его эксплуатации и обслуживанию. Анализ этих параметров играет ключевую роль в управлении рисками и обеспечении безопасности на объектах хранения нефти и нефтепродуктов.

Надо отметить, что статистические методы являются важным инструменом для оценки безотказности резервуаров с понтоном. Они позволяют анализировать данные об отказах, прогнозировать надежность и принимать взвешенные решения по эксплуатации и обслуживанию. Рассмотрим один из распространенных методов:

1. Анализ Вейбулла – мощный статистический метод, используемый для моделирования времени до отказа различных объектов, включая компоненты резервуаров с понтоном. Он включает следующие характеристики:

- параметр формы (β) определяет форму кривой распределения и указывает на тип отказа (β < 1 – ранние отказы, β = 1 – случайные отказы, β > 1 – износовые отказы);

- параметр масштаба (η) характеризует среднее время до отказа и определяет положение кривой распределения на оси времени;

Анализ Weibull используется для;

- оценки вероятности безотказной работы компонента или системы на заданный период времени;

- определения типа отказа и выявления потенциальных слабых мест;

- прогнозирования срока службы и остаточного ресурса;

- оптимизации графиков технического обслуживания и замены компонентов.

2. Метод Монте-Карло – это вычислительный алгоритм, использующий случайные числа для моделирования сложных систем и процессов. В контексте оценки безотказности резервуаров с понтоном, метод Монте-Карло позволяет учитывать неопределенности и случайные факторы, влияющие на надежность, такие как: вариации в качестве материалов; неточности в оценке нагрузок; случайные события, такие как удары молнии или землетрясения.

Метод Монте-Карло используется для оценки вероятности отказа всей системы резервуара, учитывая взаимосвязи между компонентами; проведения анализа чувствительности, чтобы определить, какие параметры оказывают наибольшее влияние на надежность; оптимизации стратегий обслуживания и ремонта, учитывая стоимость и эффективность различных вариантов.

3. Другие статистические методы:

- Регрессионный анализ: используется для установления зависимости между безотказностью и различными факторами, такими как температура, влажность, давление и т.д.

 - Анализ временных рядов: используется для прогнозирования будущих отказов на основе анализа исторических данных об отказах.

- Методы статистического контроля качества: используются для мониторинга параметров технологического процесса и выявления отклонений, которые могут привести к снижению надежности.

Приведем примеры применения на практике:

- Оценка остаточного ресурса корпуса резервуара: На основе данных о коррозии, полученных в результате инспекций, проводится анализ Weibull для оценки вероятности прорыва стенки резервуара в будущем. Это позволяет определить, когда необходимо провести ремонт или замену корпуса.

- Оптимизация графика технического обслуживания насосов: метод Монте-Карло используется для моделирования работы насосов с учетом случайных отказов. Благодаря данному методу возможно определить оптимальный интервал между техническим обслуживанием, таким образом минимизируются затраты на ремонт и обслуживание при заданном уровне надежности.

- Оценка влияния качества сварки на надежность резервуара.

Перечисленные статистические методы являются мощным инструментом для оценки безотказности резервуаров с понтоном, позволяют принимать обоснованные решения по эксплуатации и обслуживанию, все это способствует обеспечению безопасности и экономической эффективности.