 |
Расчет показателей надежности системы инженерной защиты атмосферного воздуха
|
|
|
|
Определяем годовой баланс времени исправной работы источников загрязнения (печь обжига известняка) в часах по формуле:
, (6)
где Кт.и. - коэффициент технического использования печи;год - число дней в году (365).
Определим годовой объем выбросов (кг) от печи по формуле:
, (7)
где QП = 65000 м3/час - объем отходящих газов;
Траб = 7008 час - годовой баланс времени.
Определим требуемую концентрацию вредного вещества в выбросах по условиям нормы ПДВ (мг/м3)
, (8)
где МПДВ = 5,46 тонн - из условия задания;П = 65000 м3/час;
Траб = 7008 час.
Определим необходимую эксплуатационную степень очистки природоохранной системы печи, состоящей из четырех параллельно включенных циклонов и соединенных с ними последовательно трехпольного электрофильтра:
(9)
или
Определим технологическую схему установки природоохранного оборудования в соответствии с вариантом задания, где указано, что система состоит из четырех параллельно соединенных циклонов и последовательно включенного электрофильтра (рисунок 4).
Расход отходящих газов от печи
вх = Q1 + Q2+ Q3 = Qвых,
причем 
.
Рисунок 4 - Технологическая схема системы ПГО
6 Определим структурную схему надежности пылеулавливающей системы исходя из технологических и физических критериев отказов циклона и электрофильтра (рисунок 5).
Рисунок 5 - Структурная схема надежности системы ПГО
Определим максимальную степень очистки системы по формуле:
, (10)
где 
- максимальная степень очистки 1-ой ступени;
- максимальная степень очистки 2-ой ступени.
(99,8 %)
Определим остаточную степень очистки системы при отказе 1-ой ступени:
|
|
|
, (11)
где 
,
.
(96,5 %)
Определим остаточную степень очистки системы при отказе 2-ой ступени очистки (отказ одного из полей электрофильтра)
, (12)
где ,
.
(98,6 %)
Примем допущение, что вероятность отказа 1-ой и 2-ой ступени одинакова (отказы обеих ступеней равновероятны Q(t)С1 = Q(t)С2). Тогда средняя остаточная степень очистки системы будет равна:
Определим величину коэффициента готовности системы для обеспечения требуемого 
.
(13)
Т.к. результат 1,0756 > 1говорит о недостаточности предложенной системы. Поэтому изменяем технологическую схему системы ПГО, увеличивая число её элементов. В этих целях предусматриваем замену во второй ступени очистки 2-х польного электрофильтра на 3-х польный (рисунок 6).
Рисунок 6 - Структурная схема надежности измененной системы ПГО
Выполним расчет коэффициента готовности для новой (измененной) схемы (10) - (13):
а) максимальная степень очистки
,
где ,
.
(99,98 %)
б) остаточная степень очистки системы при отказе 1-ой ступени
,
где ,
.
= (99,95 %)
в) остаточная степень очистки системы при отказе 2-ой ступени
,
где 
,
(99,86 %)
г) остаточная степень очистки измененной системы
д) требуемый коэффициент готовности измененной системы
Значение величины Кт (0 < Кт < 1) показывает, что измененная схема системы очистки (рисунок 6) соответствует требуемым технологическим показателям ПГО по условиям установленного годового ПДВ.
Для дальнейшего расчета показателей надежности системы очистки примем допущение о том, что количественное значение коэффициента готовности системы равно количественному значению вероятности безотказной работы системы, т.е. Кт = P(t), как близкие по смыслу параметры. Тогда вероятность безотказной работы двух последовательных ступеней очистки системы
(14)
Определим вероятность безотказной работы 1-го поля и 2-го поля электрофильтра, как элементов, соединенных последовательно, исходя из схемы (рисунок 6):
|
|
|
(15)
Зная зависимость вероятности безотказной работы элемента (аппарата) при экспоненциальном законе распределения отказов:
(t) = exp (- λ t), (16)
где λ - интенсивность отказов, равная
λ = 1 / ТСР, 1/ч, (17)
здесь ТСР - средняя наработка на отказ, ч;- текущее значение времени, ч.
получим для 1-го поля и 2-го поля электрофильтра (в отдельности):
(18)
Используя таблицу значений функции у = ехр (-х) (Приложение Б) и зная её значение (у = 0,97643), определим величину х. Для расчета применяем метод интерполяции
х = t / ТСР = 0,558
Отсюда средняя наработка на отказ 1-го и 2-го поля электрофильтра (в отдельности) при заданной величине времени эксплуатации (t = 1000 ч) составит:
ТСР = t / 0,558 = 1000 / 0,558 = 1792 ч (19)
Расчетное значение величины интенсивности отказов каждого из полей электрофильтра, в соответствии с (12), будет равно:
λ = 1 / ТСР = 1 /1792 = 0.000558 1/ч.
Определим вероятность безотказной работы каждого из полей электрофильтра при заданном времени эксплуатации: 1000, 2500, 4000, 6000, 8000 ч(16).
Р (1000) = 0,976;
Р (2500) = ехр (-5,58·10-4·2500) = 0,2502;
Р (4000) = ехр (-5,58·10-4·4000) = 0,1089;
Р (6000) = ехр (-5,58·10-4·6000) = 0,0360;
Р (8000) = ехр (-5,58·10-4·8000) = 0,0119.
После этого выполняется построение графика вероятности безотказной работы Р (t) = f (t) для заданного времени эксплуатации одного из элементов (аппаратов) технологической схемы очистки атмосферного воздуха и приводятся выводы по расчетам и работе в целом (Приложение А) [2].
Заключение
При выполнении курсовой работы составлена и проанализирована структурная схема надежности технической системы. Рассчитаны технологические показатели системы инженерной защиты окружающей среды печи обжига известняка. Проведен анализ полученных результатов и разработаны мероприятия по повышению надежности ТС.
Первоначально предложенная система пылегазового оборудования (ПГО), которая включала в себя циклона, соединенные параллельно, и последовательно включенный двухпольный электрофильтр, оказалась недостаточной для обеспечения необходимой степени очистки отходящих газов. Для получения необходимой степени очистки во второй ступени очистки двухпольный электрофильтр заменен на трехпольный. Расчеты данной системы показали, что параллельно соединенные циклоны и соединенный с ними последовательно трехпольный электрофильтр обеспечивают необходимую концентрацию загрязняющих веществ на выходе из системы.
|
|
|
После достижения необходимого результата и приведения системы в соответствие с требованиями ПГО, получены количественные значения вероятности безотказной работы электрофильтра P(t) = 0,818, средней наработки до отказа ТСР = 4975 ч и интенсивности отказов λ = 2,01∙10-4 элементов системы.
Зная зависимость вероятности безотказной работы электрофильтра при заданном времени эксплуатации: 1000, 2500, 4000, 6000, 8000 ч, распределяющейся по экспоненциальному закону распределения отказов, получили ряд значений ВБР: 0,976; 0,2502; 0,1089; 0,0360; 0,0119.
По полученным данным построен график вероятности безотказной работы Р (t) = f (t) для заданного времени эксплуатации электрофильтра (Приложения А) и вывод таков, что с увеличением эксплуатационного срока происходит снижение ВБР по убывающей экспоненте.
Так как Р(8000)=0,0119 (низкий показатель ВБР), необходимо произвести резервирование второй ступени очистки. Произведём раздельное резервирование с замещением ступеней электрофильтра (рисунок 7).
Рисунок 7 - Структурная схема надежности системы после раздельного резервирования с замещением ступеней электрофильтра
|
|
|
