Помощь студентам в учебе
Получение нечётких показателей эксплуатационной надежности на примере оборудования нефтегазового промысла
|
РЕФЕРАТ 8
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 10
ОГЛАВЛЕНИЕ 11
ВВЕДЕНИЕ 13
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 15
1.1 Основные сведения из теории надёжности 15
1.2 Модели надёжности 22
1.2.1 Классические модели надёжности 23
1.2.2 Сложные модели надёжности 26
1.3 Поиск коэффициентов моделей надежности 29
1.4 Проверка адекватности МН для анализа данных об отказах 30
1.5 Понятие нечеткого множества 34
1.6 Оценка нечетких параметров моделей надежности 36
2 НЕЧЕТКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ 39
2.1 Точечная оценка надежности 39
2.2 Получение показателей надежности, принимающих нечёткие значения 43
3 ПОЛУЧЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ,
ПРИНИМАЮЩИХ НЕЧЕТКИЕ ЗНАЧЕНИЯ, ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОВОГО ПРОМЫСЛА 48
3.1 Описание объектов исследования 48
3.2 Сбор информации об отказах 52
3.3 Расчет показателей надежности для задвижки с электроприводом и
блоком управления 55
3.4 Расчет показателей надежности для трубопроводов 67
3.5 Дальнейшее применение результатов исследований 72
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 74
4.1 Планирование научно-исследовательских работ 74
4.2 Расчет сметы затрат на создание макета КУ 81
4.3 Оценка экономической эффективности проекта 86
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 90
5.1 Введение 90
5.2 Производственная безопасность 90
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 100
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА 102
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 103
Приложение А 106
Приложение Б 113
Приложение В 114
Приложение Г 115
Приложение Д 1157
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 10
ОГЛАВЛЕНИЕ 11
ВВЕДЕНИЕ 13
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 15
1.1 Основные сведения из теории надёжности 15
1.2 Модели надёжности 22
1.2.1 Классические модели надёжности 23
1.2.2 Сложные модели надёжности 26
1.3 Поиск коэффициентов моделей надежности 29
1.4 Проверка адекватности МН для анализа данных об отказах 30
1.5 Понятие нечеткого множества 34
1.6 Оценка нечетких параметров моделей надежности 36
2 НЕЧЕТКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ 39
2.1 Точечная оценка надежности 39
2.2 Получение показателей надежности, принимающих нечёткие значения 43
3 ПОЛУЧЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ,
ПРИНИМАЮЩИХ НЕЧЕТКИЕ ЗНАЧЕНИЯ, ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОВОГО ПРОМЫСЛА 48
3.1 Описание объектов исследования 48
3.2 Сбор информации об отказах 52
3.3 Расчет показателей надежности для задвижки с электроприводом и
блоком управления 55
3.4 Расчет показателей надежности для трубопроводов 67
3.5 Дальнейшее применение результатов исследований 72
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 74
4.1 Планирование научно-исследовательских работ 74
4.2 Расчет сметы затрат на создание макета КУ 81
4.3 Оценка экономической эффективности проекта 86
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 90
5.1 Введение 90
5.2 Производственная безопасность 90
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 100
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА 102
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 103
Приложение А 106
Приложение Б 113
Приложение В 114
Приложение Г 115
Приложение Д 1157
Цель работы: провести расчет эксплуатационных показателей
надежности, принимающих нечеткие значения, для задвижки с электрическим
приводом и блоком управления, а также для участков трубопроводов.
В процессе выполнения работы для анализа моделей надёжности, для
оценки адекватности их адекватности и при получении показателей
надежности, принимающих нечеткие значения, использовался математический
пакет прикладных программ Mathcad 15, разработанный компанией PTC,
персональный компьютер с ОС Windows 7.
В первой главе выполнен обзор основных теоретических сведений из
области теории надёжности, математической статистки и математического
аппарата нечетких множеств.
Во второй главе представлены основные этапы получения показателей
надежности, принимающих нечеткие значения, в общем виде – расчет
классических показателей надежности, адекватность моделей надежности для
оценки данных об отказах, получение нечетких функций вероятности
безотказной работы и интенсивности отказов.
В третьей главе представлены результаты моделирования
эксплуатационных показателей надежности, принимающих нечеткие значения,
для задвижки с электрическим приводом и блоком управления, а также для
участков трубопроводов. приведены результаты моделирования надежности
для тестового набора данных.
В четвёртой главе выполнено задание по разделу «Финансовый
менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение». Были9
использованы базовые и профессиональные знания в области проектного и
финансового менеджмента, в том числе менеджмента рисков и изменений для
управления комплексной инженерной деятельностью, соответствующей
направлению подготовки.
В пятой главе выполнено задание по разделу «Социальная
ответственность». Проанализированы проектируемая технология, рабочие
места на предмет выявления основных техносферных опасностей и вредностей,
оценена степень их воздействия на человека, окружающую среду,
сформулированы методы защиты от них.
ВВЕДЕНИЕ
В процессах добычи и первичной подготовки нефти и газа дочерние
общества «НК «Роснефть» применяют оборудование и системы повышенной
конструктивной сложности, которые способны выполнять ответственные и
трудные задачи. При этом отказы таких систем характеризуются высокими
экономическими потерями, негативным влиянием на экологическую
обстановку, серьёзной угрозой здоровью и жизни рабочих. Нет смысла
рассматривать какие-либо другие свойства машины или системы: качество,
эффективность, безопасность, живучесть, управляемость, устойчивость. Так как
каждое свойство из приведённых выше имеет смысл при наличии изначального
свойства любой системы – надёжности [1]. По данным статистики 36% всех
внештатных ситуаций случаются по вине отказов оборудования [2]. В связи с
этим, повышение надежности во всех отраслях нефтяного и газового
промыслов является одной из основных задач «НК «Роснефть».
Для предотвращения аварий и катастроф необходимо уметь планировать
профилактические ремонты систем, а значит, и прогнозировать их отказы.
Оборудование нефтегазового промысла функционирует в изменяющихся
условиях внешней среды и при различных режимах работы, в так называемых
условиях неопределенности. Трубопроводный транспорт, подверженный
коррозии, испытывает различные нагрузки в процессе эксплуатации, такие как
– объём сырья, транспортируемый в единицу времени, а также давление,
температура, состав сырья и т.д. В свою очередь запорная арматура
функционирует в различных режимах на открытие и закрытие.
Для того чтобы учесть изменяющиеся условия эксплуатации и
различные режимы работы оборудования, в расчетах надежности, в рамках
настоящего исследования, был применен аппарат нечетких множеств [3]. С
целью повышения точности расчета эксплуатационной надежности
трубопроводной и запорной арматуры, работающих в условиях14
неопределенности, была поставлена важнейшая задача – расчет нечетких
показателей надежности.
Задача расчета показателей надежности системы сводится к анализу
большого объема информации о системе в целом, к выбору адекватной модели
надёжности, которая хорошо бы подходила для описания данных об отказах, а
также к построению нечетких множеств, которые отражают степень влияния
условий функционирования на безотказность конкретного объекта. В
настоящее время на практике используются модели, которые несут в себе
неполную информацию о системе, к тому же расчеты выполняются с
упрощением, при котором за внешние факторы эксплуатации принимаются
усредненные значения. Целью настоящего исследования является построение и
расчет информативных, детальных показателей надёжности, которые бы давали
достаточную информацию для анализа надежности и прогнозирования отказов
систем.
Имея достаточную информацию о функционировании системы,
результаты прогнозирования отказов можно предотвратить выход из строя
систем, которые происходят по причинам технической неисправности. В связи
с этим, можно избежать не только экономических потерь, но и человеческих
жертв, а также снизить негативное воздействие на окружающую среду. К тому
имея достаточно информативные показатели эксплуатационной надежности,
можно выделить самое отказоустойчивое оборудования для его дальнейшего
применения в рамках «НК «Роснефть».
надежности, принимающих нечеткие значения, для задвижки с электрическим
приводом и блоком управления, а также для участков трубопроводов.
В процессе выполнения работы для анализа моделей надёжности, для
оценки адекватности их адекватности и при получении показателей
надежности, принимающих нечеткие значения, использовался математический
пакет прикладных программ Mathcad 15, разработанный компанией PTC,
персональный компьютер с ОС Windows 7.
В первой главе выполнен обзор основных теоретических сведений из
области теории надёжности, математической статистки и математического
аппарата нечетких множеств.
Во второй главе представлены основные этапы получения показателей
надежности, принимающих нечеткие значения, в общем виде – расчет
классических показателей надежности, адекватность моделей надежности для
оценки данных об отказах, получение нечетких функций вероятности
безотказной работы и интенсивности отказов.
В третьей главе представлены результаты моделирования
эксплуатационных показателей надежности, принимающих нечеткие значения,
для задвижки с электрическим приводом и блоком управления, а также для
участков трубопроводов. приведены результаты моделирования надежности
для тестового набора данных.
В четвёртой главе выполнено задание по разделу «Финансовый
менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение». Были9
использованы базовые и профессиональные знания в области проектного и
финансового менеджмента, в том числе менеджмента рисков и изменений для
управления комплексной инженерной деятельностью, соответствующей
направлению подготовки.
В пятой главе выполнено задание по разделу «Социальная
ответственность». Проанализированы проектируемая технология, рабочие
места на предмет выявления основных техносферных опасностей и вредностей,
оценена степень их воздействия на человека, окружающую среду,
сформулированы методы защиты от них.
ВВЕДЕНИЕ
В процессах добычи и первичной подготовки нефти и газа дочерние
общества «НК «Роснефть» применяют оборудование и системы повышенной
конструктивной сложности, которые способны выполнять ответственные и
трудные задачи. При этом отказы таких систем характеризуются высокими
экономическими потерями, негативным влиянием на экологическую
обстановку, серьёзной угрозой здоровью и жизни рабочих. Нет смысла
рассматривать какие-либо другие свойства машины или системы: качество,
эффективность, безопасность, живучесть, управляемость, устойчивость. Так как
каждое свойство из приведённых выше имеет смысл при наличии изначального
свойства любой системы – надёжности [1]. По данным статистики 36% всех
внештатных ситуаций случаются по вине отказов оборудования [2]. В связи с
этим, повышение надежности во всех отраслях нефтяного и газового
промыслов является одной из основных задач «НК «Роснефть».
Для предотвращения аварий и катастроф необходимо уметь планировать
профилактические ремонты систем, а значит, и прогнозировать их отказы.
Оборудование нефтегазового промысла функционирует в изменяющихся
условиях внешней среды и при различных режимах работы, в так называемых
условиях неопределенности. Трубопроводный транспорт, подверженный
коррозии, испытывает различные нагрузки в процессе эксплуатации, такие как
– объём сырья, транспортируемый в единицу времени, а также давление,
температура, состав сырья и т.д. В свою очередь запорная арматура
функционирует в различных режимах на открытие и закрытие.
Для того чтобы учесть изменяющиеся условия эксплуатации и
различные режимы работы оборудования, в расчетах надежности, в рамках
настоящего исследования, был применен аппарат нечетких множеств [3]. С
целью повышения точности расчета эксплуатационной надежности
трубопроводной и запорной арматуры, работающих в условиях14
неопределенности, была поставлена важнейшая задача – расчет нечетких
показателей надежности.
Задача расчета показателей надежности системы сводится к анализу
большого объема информации о системе в целом, к выбору адекватной модели
надёжности, которая хорошо бы подходила для описания данных об отказах, а
также к построению нечетких множеств, которые отражают степень влияния
условий функционирования на безотказность конкретного объекта. В
настоящее время на практике используются модели, которые несут в себе
неполную информацию о системе, к тому же расчеты выполняются с
упрощением, при котором за внешние факторы эксплуатации принимаются
усредненные значения. Целью настоящего исследования является построение и
расчет информативных, детальных показателей надёжности, которые бы давали
достаточную информацию для анализа надежности и прогнозирования отказов
систем.
Имея достаточную информацию о функционировании системы,
результаты прогнозирования отказов можно предотвратить выход из строя
систем, которые происходят по причинам технической неисправности. В связи
с этим, можно избежать не только экономических потерь, но и человеческих
жертв, а также снизить негативное воздействие на окружающую среду. К тому
имея достаточно информативные показатели эксплуатационной надежности,
можно выделить самое отказоустойчивое оборудования для его дальнейшего
применения в рамках «НК «Роснефть».
В процессе выполнения выпускной квалификационной работы был
проведён расчет эксплуатационных показателей надежности, принимающих
нечеткие значения, для задвижки с электрическим приводом и блоком
управления, а также для участков трубопроводов.
В ходе проведения расчетов показателей надежности, для описания
данных об отказах исследуемых объектов были применены комплементарная
Вейбулл-геометрическая модель надежности Кумарасвами и J-образная модель
надежности. Адекватность применения указанных моделей для анализа данных
оценивалась по критериям согласия Пирсона, Колмогорова и Крамера-МизесаСмирнова. Выбор наиболее подходящей модели для оценки отказов
основывался на информационном критерии Акаике, состоятельном
информационном критерии Акаике, Байесовском информационном критерии и
на информационном критерии Ханнана-Куина.
По результатам проведенного анализа было отмечено, что модель
надежности Kw-CWG лучше подходит для описания отказов электрического
привода и задвижки, а свою очередь J-образная МН для описания отказов
трубопроводов и блока управления.
В ходе исследования были получены показатели надежности,
принимающие нечеткие значения, для электропривода и задвижки, где
нечеткость связана с выработанным ресурсом (в циклах) на отказ этих
устройств. Для трубопроводов были также рассчитаны эксплуатационные
показатели надежности, при этом параметры модели надежности были заданы в
виде нечетких чисел, а расчет надежности проводился в общем виде, в связи с
отсутствием информации, явно указывающей влияние тех или иных свойств
протекающей среды на отказоустойчивость исследуемых участков
трубопроводов. Основываясь на опыте эксплуатации блоков управления, было
установлено, что изменяющиеся условия внешней среды и режимы работы не
оказывают особого влияния на отказоустойчивость этого объекта. В связи с101
чем, были рассчитаны классические эксплуатационные показатели надежности
для БУ.
Результаты исследований в дальнейшем могут быть применены при
RCM-анализе, с целью оптимизации технического обслуживания и
регламентных работ. Также достаточно информативные показатели
эксплуатационной надежности являются хорошей основой для техникоэкономического обоснования при выборе оборудования.
Подходы к получению показателей надежности, принимающие нечеткие
значения, рассмотренные в ходе настоящего исследования, могут быть
применены в расчете и оценке надежности практически любого оборудования,
функционирующего в различных режимах работы и условиях
неопределенности.
проведён расчет эксплуатационных показателей надежности, принимающих
нечеткие значения, для задвижки с электрическим приводом и блоком
управления, а также для участков трубопроводов.
В ходе проведения расчетов показателей надежности, для описания
данных об отказах исследуемых объектов были применены комплементарная
Вейбулл-геометрическая модель надежности Кумарасвами и J-образная модель
надежности. Адекватность применения указанных моделей для анализа данных
оценивалась по критериям согласия Пирсона, Колмогорова и Крамера-МизесаСмирнова. Выбор наиболее подходящей модели для оценки отказов
основывался на информационном критерии Акаике, состоятельном
информационном критерии Акаике, Байесовском информационном критерии и
на информационном критерии Ханнана-Куина.
По результатам проведенного анализа было отмечено, что модель
надежности Kw-CWG лучше подходит для описания отказов электрического
привода и задвижки, а свою очередь J-образная МН для описания отказов
трубопроводов и блока управления.
В ходе исследования были получены показатели надежности,
принимающие нечеткие значения, для электропривода и задвижки, где
нечеткость связана с выработанным ресурсом (в циклах) на отказ этих
устройств. Для трубопроводов были также рассчитаны эксплуатационные
показатели надежности, при этом параметры модели надежности были заданы в
виде нечетких чисел, а расчет надежности проводился в общем виде, в связи с
отсутствием информации, явно указывающей влияние тех или иных свойств
протекающей среды на отказоустойчивость исследуемых участков
трубопроводов. Основываясь на опыте эксплуатации блоков управления, было
установлено, что изменяющиеся условия внешней среды и режимы работы не
оказывают особого влияния на отказоустойчивость этого объекта. В связи с101
чем, были рассчитаны классические эксплуатационные показатели надежности
для БУ.
Результаты исследований в дальнейшем могут быть применены при
RCM-анализе, с целью оптимизации технического обслуживания и
регламентных работ. Также достаточно информативные показатели
эксплуатационной надежности являются хорошей основой для техникоэкономического обоснования при выборе оборудования.
Подходы к получению показателей надежности, принимающие нечеткие
значения, рассмотренные в ходе настоящего исследования, могут быть
применены в расчете и оценке надежности практически любого оборудования,
функционирующего в различных режимах работы и условиях
неопределенности.