Оценка и учет промышленного риска при проектировании металлургических предприятий

МЕТАЛЛУРГИЯ ЧЕРНЫХ, ЦВЕТНЫХ И РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ

УДК 658.512:669.1.013

Сулейманов М.Г., Тимиргалеева Л.Ш., Рацуль М.А., Шакирова А.К.

ОЦЕНКА И УЧЕТ ПРОМЫШЛЕННОГО РИСКА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Современные металлургические предприятия представляют собой сложный комплекс технических систем, в которые входят значительное количество цежв и хозяйств. В них эксплуатируется множество машин и мощных агрегатов. Между агрегатами цежв существует тесная технологическая, энергетическая и другие виды связи. Нарушение нормального хода процессов из-за аварий, инцидентов и отклонений от предусмотренных технологическими регламентами параметров приводит к большим экономическим потерям и снижению эффективности и устойчивости работы объекта. В большинстве случаев указанные явления реализуются в связи с недостаточной изученностью процессов, быстрым выходом из строя оборудования из-за их несовершенства, отсутствием или неисправностью средств защиты, отступлением от требований технологической документации, нарушением регламента ревизии технических устройств и т.д. Значительное влияние на устойчивость работы агрегатов оказывает так называемый «человеческий фактор». С целью снижения отказов оборудования его выбирают с требуемым запасом прочности, регламентируемым правилами безопасности, нормами и инструкциями. В некоторых случаях отдельные элементы оборудования выполняют менее надежными, то есть используют принцип «слабого звена».

Выбор того или иного способа повышения устойчивости работы предприятий осуществляется соответствующими проектными решениями и путем использования управленческих мероприятий в процессе эксплуатации промышленного объекта. Поэтому проектные и эксплуатирующие организации должны установить, внедрить и выполнить процедуры идентификации, оценки и определения необждимых мер управления рисками [1-5]. Риски рассчитываются как произведение вероятности на последствия события.

В рамках сложившихся в настоящее время норм и правил проектирования разработка технических заданий на проект, технико-экономическое обоснование и

предэскизное проектирование выполняются с косвенным учетом требований промышленной безопасности. Это связано с недостатком изученности возможных аварийных ситуаций и отсутствием методов оценки вероятности их возникновения. В большинстве случаев считают, что для обеспечения промышленной безопасности достаточно соблюдения действующих нормативов по безопасности. Поэтому учет факторов риска для нормального функционирования объекта осуществляется выбором производительности и производственной мощности объекта путем резервирования отдельных видов оборудования и времени ихработы.

Производительность цеха определяется объемом готовой продукции, выпускаемой в единицу времени. В настоящее время производительность рассчитывают исходя из допущения, что процесс производства является установившимся, то есть не учитываются факторы промышленного риска, нарушающие устойчивость работы предприятия. Проектная мощность представляет собой определяемое расчетом количество готовой продукции заданного сортамента и количества, которое может быть получено в цехе в течение календарного года при освоении запроектированной технологии производств и оборудования, бесперебойном снабжении исждным сырьем, энергоносителями, материалами, инструментом при передовых методах управления производством , высокой квалификации персонала и с учетом промышленного риска. При расчете производительности и производственной мощности также учитываются периодичность и продолжительность всех видов ремонтов, текущее обслуживание механизмов, замена сырья, оборудования, инструмента и другие регламентирующие факторы [6, 7]. Расчетную производительность объекта корректируют введением коэффициента запаса, составляющего на практике 1,05-1,5 и более.

Для установления резерва оборудования по времени и мощности с учетом аварий и инцидентов возникает необходимость в разработке методики оценки вероятности отка-зов отдельного вида оборудования, системы оборудования и рассматриваемого промышленного объекта.

Вероятность аварийной ситуации Q (по техническим, организа-ционным и прочим причинам) и безотказной работы Р каждого из

Упрощенная схема технологического процесса доменного цеха

Оценка и учет промышленного риска.

Сулейманов М.Г., ТимиргалееваЛ.Ш., РадульМ.А., ШакироваА.К.

агрегатов рекомендуется рассчитать по формулам:

О = 1 -

р—

раб

т„„к+т

т к +т

раб восст

раб

Т ,+Т

раб восст

где Траб - фактическое время работы агрегата, ед. времени; Твоссг - среднее время, в течение которого агрегат находился на восстановительном ремонте в результате инцидентов, ед. времени.

Тпяб — - Тп

- Тя

Ро«, = Р,-Р2 • Р5 - • Р П =П Р.

1—1

О„6„ = 1-ІЇР.

где Рь Р2, ..., Рп - вероятность безотказной работы каждого агрегата.

Для параллельно работающих агрегатов вероятности безотказной работы Робщ и отказов Qoбщ рекомендуется рассчитать по формулам:

Рцєш = 1-П (1-Р);

j—l

Ообщ = С1 - ?1 ) • (1 - Р 2 ) • ^ • (1 - Р п ) =

к

П (1 - РА

рийных ситуаций) является пуассоновским, рекомендуется использовать выражение, выведенное на основании теории массового обслуживания [8, 9].

Вероятность того, что все агрегаты (в данном случае доменные печи) свободны от работы:

1

°бЩ ^ ^ | дп

к=о к! +

где к = 1, 2, 3, ..., п - количество рассматриваемых агрегатов.

Вероятность занятости работой к агрегатов:

гДе Ткал - общий годовой баланс времени (365 сут); Тремонг - время, необходимое для производства всехвидов ремонтныхработ и осмотров, предусмотренное системой планово-предупредительныхремонтов, ед. времени.

Для последовательно работающих агрегатов вероятности безотказной работы Р0бЩ и отказов Qoбщ рекомендуется рассчитать по формулам:

Р =

аП • Р

общ

где п - количество рассматриваемых однотипных видов технических систем, работающих по контактным графикам; а = X/ у - параметр, характеризующий поток заявок на обслуживание, X - плотность потока заявок (входящих требований); у - параметр потока обслуживания.

Вероятность простоя оборудования из-за возникающих инцидентов:

О к = 1 - Рк

^1

Формулы (4)-(7) применимы при одновременной работе оборудования в последовательных или параллельных системах В качестве примера приведены расчеты для прокатного цеха (ЛПЦ-10) по усредненным показателям за семь лет. Установлено. что среднее время восстановления составило 319 ч, время регламентированных простоев 1588 ч, фактическое время работы оборудования 6860 ч. Вероятность того, что прокатная линия не простаивает, - 0.96. вероятность того, что прокатная линия исправна, - 0,04. Следовательно, для рассматриваемого объекта коэффициент резерва по производительности должен составлять 4%.

Для систем с однотипным оборудованием, работающих периодически (по контактным графикам), то есть поочередно, например для доменных печей (см. рисунок), указанные выражения использовать затруднительно. Для этих систем, с учетом того, что поток инцидентов (ава-

Использование формул (8)-(10) рассмотрим на примере оценки вероятностей нахождения доменных печей свободными от работы, занятыми работой и в состоянии простоев.

В примере рассматривается один из годов докризисного периода, когда эксплуатировались восемь печей (п = 8), имеющих основные показатели, приведенные в таблице. Количество фактических выпусков чугуна в сутки составляло у = 115. Количество плановых выпусков одной печи 15. Параметр а = 115 / 15 = 7,67.

В результате расчетов получено: вероятность того, что все печи свободны от работы Р0бЩ = 0,00012;

Сведения о годовой работе доменного цеха

Показатель Номе р доменной печи Сум-

работы 1 2 4 6 7 8 9 10 ма

Количество выпусков в сутки (факт) 14,5 14,4 14,0 14,5 14,2 14,1 14,6 14,7 115

Средний объем чугуна за выпуск, т (план) 230 219 207 210 215 220 293 271 233,2

Средний объем чугуна за выпуск, т (факт) 229 227 206 209 222 224 283 302 237,7

к

вероятность того, что все печи готовы к выдаче плавки Рк = 0,864; вероятность простоя оборудования Qк = 1 - 0,864 = 0,136.

Расчеты показали, что 13,6% времени доменные печи не выдавали продукцию (отсутствовал выпуск чугуна). Анализ таблицы показывает, что все печи в период эксплуатации работали с повышенной нагрузкой, о чем свидетельствует разница между средним объемом чугуна за выпуск (фактические и плановые значения). Этому способствовала реконструкция отдельных элементов печей. Указанное равносильно увеличению количества выпусков в 1,02 раза (237,70/233,17). Поэтому а = 115 • 1,02 /15 = 7,82. Тогда вероятность того, что все печи свободны от работы Р0бщ = 0,000062; вероятность того, что все агрегаты заняты работой Рк = 0,956; вероятность простоя оборудования Qк = 0,044.

Таким образом, увеличение среднего объема чугуна за выпуск на 2°% за счет реконструкции объектов привело к повышению надежности работы цеха до 95,6 %, что является весьма высокой для такого рода производств.

Так как вероятность того, что все агрегаты доменного цеха безотказно работают 95,6% времени, при проектировании объектов доменного цеха следует закладывать в проектные мощности коэффициент запаса до 5%, направленный на учет возможных рисковых ситуаций (аварий и инцидентов). Это позволит повысить устойчивость и эффективность их работы.

Список литературы

1. Федеральный закон от 21.07.1997 № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», в ред. от 18.12.2006.

2. Федеральный закон от 27.12.2002 № 184-ФЗ «О техническом регулировании», вред. от 09.05.2005.

3. Общие правила промышленной безопасности для организаций, осуществляющих деятельность в области промышленной безопасности опасных производственных объектов: утв Постановлением Госгортехнадзора России от 18 октября 2002 г. № 61 -А.

4. РД 03-418-01. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов.

5. РД 03-616-03. Методические рекомендации по осуществлению идентификации опасных производственных объектов.

6. Авдеев В.А., Друян В.М., Кудрин Б.И. Основы проектирования металлургических заводов. М.: Ингермен инжиринг, 2002. 464 с.: ил.

7. Методы и модели управления проектами в металлургии / Смирнов В.В., ВласовС.А., Берлинский Е.С., Лебедев В.И. М.: С1/НТЕГ, 2001. 176 с.

8. Кодгман Л., Крюон Р. Массовое обслуживание. Теория и при -ложение. М.: Мир, 1965.

9. ВентцельЕ.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. 576 с.

Bibliography

1. Federal statute 21.07.1997 116-FS «About the industrial safety of dangerous industrial objects» edition 18.12.2006.

2. Federal statute 27.12.2002 184-FS «About technical regulation» edition 09.05.2005.

3. General rules of industrial safety for organization realizing their activities in the dangerous industrial objects industrial safety field.

4. MD 03-418-01. Risk analysis execution methodological guidance for dangerous industrial objects.

5. MD 03-616-03. Identification dangerous industrial objects methodological recommendations.

6. Avdeev V.A., Druyan V.M., Kudrin B.I. Metallurgical works design basis. M.: Intermaningeneering, 2002. 464 p.

7. Project management methods and models in metallurgy / Smirnov V.V., Vlasov SA., Vaulinskiy E.S., Lebedev V.I. M.: SINTEG, 2001. 176 p.

8. Kodgman L, Kruon R. Queueing theory. The theory and application. Moscow: World, 1965.

9. Ventcel E.S. Theory of chances. Moscow: Science, 1969. 576 p.

УДК 669.162.16

Сибагатуллин С.К., Харченко A.C., Чевычелов A.B., Колосов A.B., Гостенин B.A., Пишнограев С.Н.

ВЛИЯНИЕ КОКСОВОГО ОРЕШКА НА ФИЛЬТРАЦИЮ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ ПЛАВКИВ ГОРНЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

На доменной печи № 4 ОАО «ММК» исследовали влияние коксового орешка на дренажную способность горна без использования компенсирующих мероприятий. Оценили дренаж жидких продуктов плавки, используя ряд показателей [1]. В дополнение оценили время появления шлака.

В исследованиях коксовый орешек имел следующий ситовый состав:

фракция, мм +25 17,5-25 15-17,5 12-15 10-12

содержание, % 18,8 73,5 5,1 2,2 0,5

В базовом периоде (I) коксовый орешек не грузили. В двух последующих периодах его загружали в количестве 350 кг (II) и 650 кг в подачу (III) соответственно. Орешек поступал в средний рудный скип, обозначенный в матрице загрузки как Аор (табл. 1).

В скипе материалы располагались следующим образом: на дно высыпался агломерат, орешек - предпоследним перед окатышами. В печь материалы попадали в обратном порядке. Таким образом, создавались условия для некоторого перемешивания агломерата и коксового орешка.

Основные технологические показатели работы печи представлены в табл. 2.

Коэффициент замены кокса коксовым орешком после приведения второго и третьего периодов к условиям базового составил 0,68 кг/кг.

По нижнему перепаду давления газов оценили взаимное сопротивление шихты и газов при ихпроти-воточном движении. Сопоставили его величину в первой и второй половинах периода накопления про-