П.В. Третьяков, А.С. Парфенюк. О повышении техногенной безопасности тепловых агрегатов/Сборник докладов студентов и аспирантов на I Международной конференции на тему "Охрана окружающей среды и рациональное использование природоохранных ресурсов".Т.1-Донецк:ДонНТУ,2002

О ПОВЫШЕНИИ ТЕХНОГЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕПЛОВЫХ АГРЕГАТОВ

П.В. Третьяков, А.С. Парфенюк .

Донецкий национальный технический университет

На Украине наблюдается тенденция снижения уровня техногенной безопасности тепловых агрегатов и установок для переработки углеродистых материалов, нарастает количество аварий, возрастает тяжесть последствий отражающихся на окружающей среде из-за выбросов в атмосферу вредных веществ. Это коксовые, пекококсовые батареи, пиролизные и мусоросжигательные печи, установки сухого тушения кокса и др. Причинами этого является быстрое старение основных фондов в совокупности с низкими темпами их восстановления и обновления и критические условия в которых они работают. Поэтому проблема повышения уровня техногенной безопасности становится все более актуальной, особенно при высокой концентрации такого рода предприятий в регионе (Донецкая, Днепропетровская, Харьковская области). Это важно также в связи с разработкой технологии переработки твердых промышленных и бытовых отходов в наклонных блочных агрегатах, которые должны отвечать высокому уровню техногенной безопасности.

Уровень техногенной безопасности такого рода агрегатов будет определяться их герметичностью, долговечностью, прочностью, ремонтопригодностью. Как известно эти качества закладываются при проектировании агрегатов. При проектировании коксовых батарей важным этапом является расчет элементов кладки, задача которого при заданных размерах камер и действующих нагрузках обеспечить достаточную прочность и срок службы печей.

Наиболее опасны для кладки обогревательного простенка растягивающие напряжения, прежде всего из-за наличия швов - "слабого звена" массива кладки. Растягивающие напряжения создаются распирающими нагрузками от давления коксования. В некоторых расчетах для упрощения его принимают за постоянную величину. Эта нагрузка различается по высоте и по длине камеры, поскольку зависит от насыпной плотности угольной загрузки. Если продольные нагрузки от анкерных стяжек, массы кладки и перекрытия могут быть определены с достаточной точностью, то определение давления коксования в промышленных условиях связано с значительными трудностями. Экспериментальные данные по давлению коксования немногочисленны и противоречивы.

Устойчивость кладки простенка зависит не только от величины давления коксования, но и от свойств огнеупорного материала кладки, мертеля, от конструкции перевязок, габаритов печной камеры и др., что тоже не учитывается при определении устойчивости кладки.

В известных подходах расчетов простенков используют величины, которые однозначно и точно определены. Такое допущение не совсем корректно, так как зачастую все нормы, правила и требования при проектировании, монтаже, эксплуатации не выполняются, а точные значения некоторых величин в этом не известны, имеют некоторый разброс и могут быть определены лишь на основе опыта эксплуатации подобных конструкций.

Учесть перечисленные выше особенности позволяет вероятностный подход, с помощью которого можно оценить характеристики надежности объекта. При таком подходе нагрузка и рассматриваются как случайные величины, характеризующиеся соответствующими функциями плотностей распределения f(), f() и математическими ожиданиями М(), М(). Случайная величина является функцией действующих в материале температурных и механических напряжений случайных воздействий номинальных геометрических характеристик рассматриваемой зоны простенка. Случайная величина зависит от прочности огнеупорного материала, изменяющейся с течением времени эксплуатации материала и от ее условий, от первоначальной площади сечения конструкции. Безотказность кладки R в этом случае есть вероятность p того, что прочности не будут меньше нагрузок с учетом их дисперсий:

R= p( - > 0).

Вероятность отказа:

q= p( - < 0).

R= 1-q

Вероятность отказа элемента q_i является функцией распределения наработки на отказ (вероятность того, что система выйдет из строя к моменту времени t):

q_i=f(t)

Если принять допущение о том, что закон распределения величин нагрузки и прочности нормальный, для данного момента времени, то функцию f(t) выражают через табулированную нечетную функцию Лапласа:

где и - среднеквадратичное отклонение величин и .

Связь между нормальным законом распределения функции и функцией Лапласа:

f(t)=Ф(z)+1/2.

Вероятность безотказной работы простенка можно выразить интегральной функцией нормального распределения случайной величины (здесьy=-):

Характеристики М(), М(), и зависят от многих факторов, нуждающихся в экспериментальном определении при различных условиях и режимах для конкретных моментов времени. Основной трудностью реализации такого подхода является необходимость проведения значительного количества статистических исследований для определения значения каждой из величин. Использование данного подхода позволяет учесть все непредвиденные ситуации, приводящих к отказу простенка с заданным уровнем точности, а также оценивать вероятность предельного состояние любой конкретной зоны простенка. Такая вероятностная оценка опасности разрушения более точно соответствует характеру поведения реальных объектов.

В целом, используя вероятностный подход можно с более высокой точностью прогнозировать процессы, приводящие к ухудшению эксплуатационных характеристик и техногенной безопасности тепловых агрегатов.

На мою персональную страницу

Электронная библиотека

Магистрская диссертация

Аннотированные ссылки

На главную страницу ДонНТУ