Оценка надежности сложных металлургических комплексов на основе анализа промышленных рисков

4. Афонина Е.А., Гусев A.M., Дробный О.Ф. Разработка системы регенерации рукавных фильтров // Теория и технология металлургического производства: межрегион. сб. науч. тр. Вып. 6. Магнитогорск: МГТУ, 2006.

5. Динамический излучатель систем акустической регенерации поверхностей пылеулавливающих установок / Гусев A.M., Черчинцев В.Д., Дробный О.Ф., Афонина Е.А. // Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии: сб. материалов Второй всерос. науч.-практ. конференции. Челябинск, 2003.

УДК 669.1.013.52:005.334

М.А. Ра дуль, М.Г. Сулейманов

ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова»

ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ СЛОЖНЫХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ПРОМЫШЛЕННЫХ РИСКОВ

Металлургические комплексы следует отнести к сложным техническим системам, которые при пофазной обработке продукции получают заданное изделие. Возможная схема многофазовой системы представлена на рисунке (стрелками указаны фактические и возможные направления грузопотоков).

В рассмотренной схеме предполагается, что входящий поток (процесс поступления материалов в систему массового обслуживания) является вероятностным, то есть системами с отказами. Так как отказы, как правило, имеют мгновенный характер появления, процесс эксплуатации стабилизирован, поэтому потоксчитаем простейшим.

Типовые задачи выхода из строя приборов и их восстановления довольно подробно описаны в работах [1, 3, 4]. В настоящей работе рассматриваются проблемы выхода из строя оборудования на любой из фаз (А...С - доменное - кислородно-конверторное производства).

© Радуль М.А., Сулейманов М.Г., 2011

йм--

ДП-8: —

К-1

Ш

АДС-1

ЕУБО-1

11К-1

V

«[ МНЛЗ-2 |-

шиш -

шшш ---

Прокатные производства

МНЛЗ-4 г-

ЭП-1 1ШЛЗ-5

ЭП-2 МНЛЗ-6.

Упрощенная схема производственного процесса: ДП - доменные печи; К - конвертеры; АДС - агрегаты доводки стали;

КУВС - комбинированные установки вакуумирования стали; ПК - печи-ковши; МНЛЗ - машины непрерывного литья заготовки;

ЭП - электропечи

Для решения задачи расчета вероятности отказов в фазе «А» (доменное производство) примем, что в систему поступает непрерывное число требований. Печи работают поочередно согласно контактным графикам. Такие системы в теории массового обслуживания называют разомкнутыми. Предполагается: поток требований велик, в течение заданного промежутка времени они могут колебаться (из-за собственных отказов, отказов в работе поставщиков ресурсов, отказов потребителей и т.д.). Выполнение заказа является случайным, пуассоновским процессом. Возможное состояние таких систем может быть описано системой дифференциальных уравнений [2, 5]. -Х-Р0 +у Рх = 0;

1 (1) -(Х + к -у)• Рк + (к +1)-у-Рк+1 + X Р^ 0 при 1 < к < п,

где X - плотность потока заявок (входящих требований), ед. потока (определяется как количество выпусков или продукции, количество выполненных плавок и т.д.);

у=1/ 10бс - параметр потока обслуживания заявки; 10бс - время обслуживания единицы заявки, ед. времени; Ро, Рк - соответственно вероятности состояний, когда в системе (первой фазе) отсутствуют или находятся к требований; п - всего работающих агрегатов в системе.

Решение уравнений (1) осуществляется с использованием

ад

нормирующего условия ^ Рк = 1.

к=0

В результате получено:

- вероятность того, что все агрегаты (в данном случае - доменные печи) первой фазы свободны от работы:

Р =_1_

0 ^ а^ а" '

Ь к! +

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

- вероятность занятости работой к агрегатов:

а" • Р

Рк =-о-;

к

- вероятность простоя оборудования из-за возникающих инцидентов:

а = 1 - Рк;

- коэффициент загруженности оборудования:

У -а* • Р

к = N _"-N0 1 _ ¿0 0

3 " " "

где а=Х/у=Х10бс - параметр, характеризующий поток заявок и их обслуживание;

N - среднее количество агрегатов, занятых обслуживанием;

Ы0 - среднее количество агрегатов, свободных от обслуживания.

В фазе «В» осуществляется параллельная подготовка исходных материалов для плавки (доставка и перелив чугуна, подготовка лома и шихтовых материалов). Подача лома и чугуна производится в загрузочном пролете двумя завалочными кранами грузоподъемностью 130 т и двумя литейными кранами грузоподъемностью 450 т соответственно. Шихтующие материалы подают сверху по тракту сыпучих материалов. Вспомогательные операции по перемещению грузов осуществляются с помощью электромостового крана грузоподъемностью 10 т.

Работу конверторов (фаза «С») можно рассматривать как систему, функционирующую по контактным графикам. Поэтому здесь применимы для расчета вероятности отказов и безотказной работы формулы (2) - (5).

Перемещение металла от конверторов к агрегатам доводки стали (фаза «D») осуществляется в следующей последовательности: слив металла из конвертора в сталеразливочный ковш, установленный на сталевозе; раскисление и легирование стали; транспортировка стальковша с помощью трех сталевозов для доводки и разливки стали.

Фаза «Е» рассматривается как параллельная работа двух последовательных линий (АДС - КУВС - ПК) по любому из направлений. Для последовательно работающих агрегатов вероятность:

безотказной работы PE¡ = РАДС1  Ркува  Рпю;

отказов Qe¡ = 1 - Pe¡, где i - номера агрегатов в рассматриваемой фазе;

Р =-^--

' Т + Т

раб eoccm

где Траб - фактическое время работы агрегата, ч;

Твосст - среднее время, в течение которого, агрегат находился на восстановительном ремонте в результате инцидентов, ч,

Траб = Ткал - Тремонт - Твосст,

Ткал - общий годовой баланс времени (8760 ч); Тремонт - время, необходимое для производства всех видов ремонтных работ и осмотров, предусмотренное системой планово-предупредительных ремонтов, ч.

Для параллельно работающих линий вероятность отказов и безотказной работы соответственно составляет:

Qe = (1 - Pei)(1 - Pe2); Pe = 1 - Qe.

В фазе «F» перемещают переработанную сталь с помощью литейных кранов грузоподъемностью 500 т на МНЛЗ.

Фаза «G» предусматривает разливку стали на машинах (МНЛЗ). Они работают одновременно и параллельно. Поэтому вероятность отказов составляет QG = (1 - PG1)(1 - PG2) (1 - PG3) (1 - PG4), а безотказной работы - PG = 1 - QG.

Фаза «H» предназначена для разделки, подготовки, складирования заготовок.

Для надежной работы всей системы A, B, C, D, E, F, G требуется, чтобы успешно работало каждое звено. По правилу оценки вероятности совместного появления n независимых событий, определяемого произведением вероятностей появления каждого из них в отдельности, получаем вероятность безотказной работы металлургического комплекса:

Po = Pa Pb Pc Pd Pe Pf Pg ,

где РА Рв... Ре - вероятности безотказной работы каждого из звеньев (фаз) технологического процесса.

Расчет, базирующийся на экспериментальных данных, показал, что при очень высокой надежности работы агрегатов каждой фазы (РА = 0,956, Рв = 0,998, Рс = 0,968, Рр = 0,984, РЕ = 0,922, Рр =

0.988. Ре = 0,931) общая безопасность работы снижается и составляет Р0 = 0,771. Таким образом, при весьма высокой надежности работы каждой из фаз общая вероятность отказов достигает 23%. Для первой фазы РА снижение вероятности простоев может быть обеспечено поставкой чугуна на другие объекты (например, в электросталеплавильное производство и др.). При этом у второй фазы имеется некоторый резерв, что позволяет принять меры к увеличению производства стали.

Список литературы

1. Гнеденко Б.В., Беляев Б.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1965. 524 с.

2. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Лекции по теории массового обслуживания. Киев, 1963.

3. Севастьянов Б.А. Эргодическая теория для марковских процессов и ее приложение к телефонным системам с отказами // Теория вероятностей и ее приложения. Т2. Вып.1. М., 1957.

4. Кодгман Л., Крюон Р. Массовое обслуживание. Теория и приложение. М.: Мир, 1965.

5. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969.

УДК 669.162.2

A.A. Серова, В.Д. Черчинцев

ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

ПРОБЛЕМА ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Доменное производство - один из основных переделов чёрной металлургии, загрязняющий окружающую среду. При производстве чугуна образуется большое количество газовых выбросов

© Серова A.A., Черчинцев В.Д., 2011