9 Пинч-анализ Метод, позволяющий обеспечить уже на ранней стадии проектирования один оптимальный путь решения поставленной задачи, был предложен профессором Б. Линнхоффом

Вид материала

Документы

Содержание 10.1. Методы определения уровня пожаровзрывоопасности 10.2. Оценка уровня пожаровзрывоопасности ЭУ А12 – разгерметизация аппаратов или коммуникаций с горючим веществом, которые размещены в одном из элементов ЭУ; А А14 – снижение концентрации флегматизатора в горючем газе, жидкости или аэровзвеси ниже минимально допустимой; А А22 – подсос окислителя в один из элементов с горючим веществом; А

Подобный материал:

• Лекция: Организация разработки ис: Каноническое проектирование ис. Стадии и этапы процесса, 312.68kb.
• Практических: 0 Лабораторных:, 21.53kb.
• А. А. Реутов формализация выбора концепции проектирования, 87.2kb.
• Линейных алгебраических уравнений ax=B, где, 66.22kb.
• М. В. Лычагин Зав кафедрой д э. н., профессор, 986.65kb.
• История Земли: геологическая шкала времени, 531.39kb.
• Isbn 978-5-7262-1376 нейроинформатика 2011, 164.77kb.
• Вопросы к экзамену по дисциплине «Анализ финансовой отчетности», 30.91kb.
• Нп «сибирская ассоциация консультантов», 368.51kb.
• Составлен учебный план, позволяющий заложить фундамент знаний по основным дисциплинам,, 56.6kb.

Часть 10 ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
УСТАНОВОК


10.1. Методы определения уровня пожаровзрывоопасности


Все методы, которые используются для оценки уровня пожаровзрывоопасности (ПВО) [21 – 39], условно можно разделить на два класса. К первому относятся методы, основанные на индексации ПВО. Такой подход позволяет получать оценки условного уровня ПВО, что целесообразно использовать при ранжировании энергетических установок (ЭУ). Второй класс объединяет стохастические методы, ориентированные на получение оценок вероятности возникновения пожаровзрывоопасных ситуаций в ЭУ. Эти методы учитывают случайный характер возникновения пожаровзрывоопасных событий и позволяют получать оценки фактического уровня ПВО систем.

В первом случае наиболее широко применяются методы, основанные на определении коэффициентов безопасности [21 – 24] или индекса ПВО [23 – 26].

Коэффициент безопасности определяется по формуле [23, 24]:

, (10.1)

где к₁ – коэффициент, учитывающий методическую ошибку; к₂ – степень неоднородности газовой смеси (для однородных газовых смесей к₂ = 1; для неоднородных газовых смесей к₂ = 1–5; для жидких и твердых веществ к₂ = 1);  – коэффициент запаса, определяемый вероятностью воспламенения смеси Q;  – среднеквадратическое отклонение результата определения параметра относительно его математического ожидания.

Зависимость  = f (Q) приведена на рис. 10.1. Вероятность воспламенения газовой смеси определяется по формуле:

Q = (1 – P_n)^-1.10^-6,

где P_n – вероятность отсутствия в рассматриваемой среде источника зажигания или взрыва (определяется экспериментально или принимается равной 0,999 для среды без источника зажигания и равна нулю для среды, в которой возможно появление источника зажигания [22, 24]).



Рисунок 10.1 – Зависимость коэффициента запаса от вероятности воспламенения
газовой смеси


Коэффициент безопасности, определенный в соответствии с приведенной процедурой, используется в качестве одного из параметров критерия, согласно которому оценивается уровень ПВО [22 – 24]. По данным работ [22, 23] величина коэффициента безопасности может лежать в диапазоне от 2 до 20.

В качестве основного недостатка этого метода следует отметить, что он применим для стационарных условий эксплуатации систем, и не позволяет оценивать уровень ПВО в переходных режимах работы и, в частности, в аварийных ситуациях.

Индекс ПВО [25] определяется по формуле

, (10.2)

где К – коэффициент общей пожаровзрывоопасности материала; – процентная добавка, характеризующая влияние i-го фактора. Значения параметров, входящих в выражение (10.2), могут лежать в диапазонах: К = 1 – 16; – (0-150)%.

Возможен другой подход к определению индекса ПВО, когда учитывается общий энергетический потенциал ПВО Э [26], так как

, (10.3)

где К_i – коэффициенты ПВО, учитывающие влияние i-го фактора.

Следует отметить, что процедура определения коэффициентов К_i по существу идентична процедуре определения коэффициентов .

Общим недостатком такого подхода к оценке уровня ПВО систем является присутствие субъективного фактора, связанного, в первую очередь, с выбором коэффициентов или К_i. В связи с этим, использование подобного подхода принципиально не позволяет получать оценки фактического уровня ПВО с высокой степенью достоверности и поэтому эту группу показателей не целесообразно использовать для решения оптимизационных задач.

Использование стохастических методов оценки уровня ПВО предполагает введение допущений [27 – 29], основным из которых является наличие потока загорания. Последнее обстоятельство позволяет определить вероятность зажигания на интервале активной работы устройства от 0 до  следующим образом:

, (10.4)

где ₀ – средняя продолжительность работы устройства до момента загорания.

Величина параметра ₀ принимает значения от 3,03·10⁴ , час [23, 27, 29] до 4,7·105 , час [29], где – энергия зажигания, Дж.

Применительно к оценке вероятности возникновения пожара (взрыва) в электрической цепи, в работе [30] предложено выражение, полученное с использованием дерева событий

,

где – вероятность возникновения загорания в i-ом элементе электрической цепи, которая вычисляется через произведение вероятностей образования горючей смеси и вероятность появления источника зажигания [31 –36].

Применительно к техническому устройству вероятность возникновения пожара (взрыва) может быть определена в виде выражения [37]

, (10.5)

где С_Н, С_В – нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения горючей смеси, соответственно; плотность распределения концентрации горючей смеси и энергии источника зажигания соответственно; E_min – минимальное значение энергии зажигания.

В работе [38] для оценки ПВО используется теория полумарковских процессов, а в [39] – теория марковских процессов.

Состояние технического устройства можно представить в виде графа переходов из одного состояния в другое, что изображено на рис. 10.2.



Рисунок 10.2 – Граф переходов устройства:
S₁ – источник зажигания и горючая среда являются пожаробезопасными (0,0);
S₂ – источник является безопасным, а среда находится в пожароопасном состоянии (0,1); S₃ – источник является опасным, а среда находится в пожаробезопасном состоянии (1,0); S₄ – пожароопасная ситуация (1,1)


В предположении, что время пребывания системы в каждом состоянии подчиняется экспоненциальному закону, среднее число пожаров в единицу времени согласно рис. 10.2, можно описать выражением вида [38]

(10.6)

где – интенсивность перехода горючей среды в пожароопасное и пожаробезопасное состояние соответственно; – интенсивность перехода системы в пожароопасное и пожаробезопасное состояние соответственно.

Анализ стохастических методов оценки уровня пожарной опасности показывает следующее:

• использование выражений (10.4) и (10.5), которые являются феноменологическими, приводят к загрубению оценок уровня пожарной опасности;
  
• метод, основанный на использовании выражения (10.5), позволяет лишь ранжировать соответствующие технические устройства;
  
• метод, основанный на использовании теории марковских процессов, требует достаточно большого массива статистических данных;
  
• все рассмотренные методы не позволяют идентифицировать наиболее слабые в пожароопасном смысле элементы, а, следовательно, эти методы не обеспечивают формирование управленческих решений при реализации процедуры синтеза оптимальных технических систем по критерию минимума уровня ПВО.
  

10.2. Оценка уровня пожаровзрывоопасности ЭУ


Для определения вероятности возникновения пожара (взрыва) в ЭУ целесообразно воспользоваться граф-схемой [40], изображенной на рис. 10.3, и объединяющей свойства граф-схем алгоритмов [41] и схем дерева событий [42], и обладающей большей информативностью.

На этой схеме прямоугольниками обозначены операторы С_i , i = 1, n и С, которым соответствует возникновение пожара (взрыва) в i-ом элементе ЭУ или во всей системе. Логические операторы X_ic могут принимать два значения – 0 или 1, что соответствует отсутствию или появлению соответствующего события С_i. Оператору 1 соответствует операция объединения.



Рисунок 10.3 – Граф-схема возникновения пожара (взрыва) в ЭУ

Согласно представленной граф-схеме можно записать логическую формулу

C = x_1cC₁ x_2cC₂ … x_ncC_n , (10.7)

которой будет соответствовать выражение для вероятности возникновения пожара (взрыва) в ЭУ на отрезке времени t:

P_ЭУ (t) = 1 –, (10.8)

где P_i(t) – вероятность возникновения пожара в i-ом элементе ЭУ.

Определение вероятности P_i(t) целесообразно проводить с использованием граф-схемы, изображенной на рис. 10.4 [40]. На этой схеме оператору 2 соответствует операция пересечения, а операторы {A_1k}, {A_2l}, {B_1}, {B_2}, … {B_5}, A₁ - A₃, B₁ - B₅ отражают появление соответствующих событий.

Смысловое содержание событий, связанных с возникновением пожара (взрыва) следующее.

1. Операторы {A_1k} –

А₁₁ – постоянное присутствие в элементе ЭУ горючего вещества;

А₁₂ – разгерметизация аппаратов или коммуникаций с горючим веществом, которые размещены в одном из элементов ЭУ;

А₁₃ – образование горючего вещества вследствие химической реакции в одном из элементов установки;

А₁₄ – снижение концентрации флегматизатора в горючем газе, жидкости или аэровзвеси ниже минимально допустимой;

А₁₅ – нарушение технологического процесса очистки элемента системы от горючих отходов и др.

2. Операторы {A_2l} –
   

А₂₁ – концентрация окислителя, поступающего в горючую смесь элемента ЭУ, больше допустимого уровня по горючести;

А₂₂ – подсос окислителя в один из элементов с горючим веществом;

А₂₃ – постоянное присутствие окислителя в элементе системы и др.

2. Оператор А₁ – появление достаточного для образования горючей среды количества горючего вещества в элементе системы в течение рассматриваемого интервала времени.
   
3. Оператор А₂ – появление достаточного для образования горючей среды окислителя в элементе ЭУ (в том же, что и для события А₁) на рассматриваемом интервале времени.
   
4. Оператор А₃ – образование горючей среды.