×

Вы используете устаревший браузер Internet Explorer. Некоторые функции сайта им не поддерживаются.

Рекомендуем установить один из следующих браузеров: Firefox, Opera или Chrome.

Контактная информация

+7-863-218-40-00 доб.200-80
ivdon3@bk.ru

Параметры надежности эксплуатации насосных станций и мероприятия по их повышению

Аннотация

С.Е. Петренко

В основу работы положена организация бесперебойной подачи и обеспечение необходимых уровней давления на всех участках системы водоснабжения, определяющие надежность работы насосной станции.
В статье отражены требования к эксплуатации станции, определяющие количественную оценку надежности её работы до и после ремонтных работ.Материал сконцентрирован на определении вероятности безотказной работы насосных станций, учитывающей технические, экономические и экологические составляющие.
Ключевые слова: эксплуатация насосных станций..

05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Бесперебойность подачи и обеспечение необходимых уровней давления на всех участках системы водоснабжения в значительной мере определяются надежностью работы насосной станции. Нарушение нормальной работы станции обуславливается различными случайными событиями, в результате которых выходят из работы отдельные элементы ее схемы (сооружения, насосы, приводные двигатели, участки трубопроводов и др.). Анализ и изучение вероятностных характеристик таких событий, а также оценка надежности действия технических систем относительно теории надежности. Обычно под надежностью понимается способность изделия (элемента, сооружения, системы) выполнять в определенных условиях эксплуатации все заданные функции, сохраняя рабочие параметры в пределах установленных допусков, в течение требуемого интервала времени. Применительно к таким сложным гидротехническим объектам, как насосная станция, надежность является показателем качества в самом широком смысле этого понятия. Она определяется качеством проектирования, строительства и эксплуатации.
В процессе эксплуатации выявляются ошибки и просчеты, допущенные при разработке проекта станции, а также качество изготовления строительных конструкций и монтажа оборудования. Поэтому на персонале насосной станции лежит большая ответственность, заключающаяся не только в правильной эксплуатации сооружений, механизмов и машин, но и в своевременном выявлении и устранении возможных строительных, заводских и монтажных дефектов.
При вводе насосной станции в эксплуатацию необходимо количественно оценить ее надежность, определить продолжительность работы оборудования до вывода в ремонт, продолжительность сохранения оптимальных параметров и др. Особенно острой является проблема обеспечения надежности всех элементов системы после ремонтных работ, проводимых, как правило, в трудных условиях на месте.
Следует также иметь в виду что отказы, вызывающие нарушение работоспособности насосной станции, могут наблюдаться не только в результате различных повреждений и аварий отдельных элементов самой станции (внутренние отказы), но и в результате внешних причин (внешние отказы), как например, прекращение подачи электроэнергии в энергосистеме, непредвиденное повышение или снижение уровней воды и расходов водоисточника, резкое ухудшение качества воды, ледовые помехи и т.п.
Используя некоторые положения математической статистики и теории вероятностей, каждое определение можно выразить количественными показателями. Основными показателями надежности для насосных станций систем водоснабжения и канализации являются: вероятность безотказной работы, частота и интенсивность отказов, средняя наработка на отказ и коэффициент готовности.
Вероятность безотказной работы P(tp) есть вероятность того, что при эксплуатации насосной станции за определенный заданный промежуток времени tp не произойдет ни одного отказа. При практических расчетах вероятность безотказной работы может быть определена по формуле

,   (1)

где N0  - число узлов (агрегатов) насосной станции в начале эксплуатации; n(tp) – число узлов (агрегатов), отказавших в течение времени tp.
Функция P(tp) является убывающей функцией (рис.1). При tp = 0 P(0)=1, а при времени работы t=∞ P(∞)=0. Таким образом, P(tp) изменяется в пределах 0≤ P(tp)≤1.



рис. 1

По ГОСТ 27.002-89 надежность – это свойство устройств, сооружений, систем и объектов в целом, а также изделий (продуктов) выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения нормируемых (расчетных) эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Для оценки надежности технических систем применяют также комплексные показатели надежности, в число которых входят: коэффициент готовности, коэффициент оперативной готовности, коэффициент технического использования, коэффициент планируемого применения, коэффициент сохранения эффективности.
Система водоотведения и ее каждый иерархически подчиненный элемент, в т.ч. и очистные сооружения сточных вод, также характеризуются рядом показателей надежности. При этом надежность ее достаточно полно может быть охарактеризована каким-то одним показателем, например, – модифицированным коэффициентом готовности.
Одной из важнейших задач на этапе проектирования является правильный выбор номенклатуры нормируемых показателей надежности. Необоснованный выбор этих показателей может привести к неправильным решениям при проектировании системы. Поэтому при выборе показателей надежности необходимо учитывать назначение системы, условия и режимы ее работы, а также ее ремонтопригодность. Количественные значения этих показателей являются исходными данными для расчета надежности элементов, узлов и всей системы в целом. Все показатели надежности проектируемой системы должны обеспечивать нормальное ее функционирование в течение заданного срока эксплуатации. Надежность всей системы равна произведению надежностей элементов и узлов, из которых она состоит.
Для очистных установок систем водоотведения в любой момент времени при длительной эксплуатации требуется оценка состояния, в котором она будет находиться по истечении времени t с учетом ее ремонтопригодности и восстанавливаемости, а также вывода на рабочий режим, что может быть описано комплексными показателями надежности (таблица 1).

Таблица 1
Комплексные показатели надежности очистной установки (ОУ)


Название показателя

Расчетная формула

Характеристика

Коэффициент технологической готовности

Ктг = То /(То +  Тп)

Вероятность того, что ОУ окажется работоспособной в произвольный момент времени, включая период Тп, в течение которого ведется пуск ОУ при поступлении сточных вод.

Коэффициент технического использования

Кти = То / (То +  Тп + Тр)

Отношение математического ожидания времени обеспечения нормативной очистки сточных вод ОУ за некоторый период эксплуатации Ток сумме математических ожиданий То, времени пуска Тп и времени ремонтов Тр за тот же период эксплуатации.

Коэффициент сохранения эффективности очистки

Характеризует степень влияния отказов элементов ОУ на эффективность очистки сточных вод. Определяется отношением объема нормативно очищенных сточных вод  к общему объему обработанных сточных вод.

Коэффициент полезной работы

КПР = (Трб – Тв)/ Трб

Отношение разности времени работы Трб и  вывода на режим Тв ОУ ко времени очистки сточных вод Тр за один и тот же период.

Коэффициент экологической эффективности ОУ

КЭЛ  = ПН/ (ПН + ПД)

Отношение платы за сброс нормативно очищенной сточной воды ПН (1 тариф)  к сумме ПН и дополнительной платы за сверхнормативный сброс недостаточно очищенных сточных вод ПД (5 тарифов).

Наименьшую продолжительность пуско-наладочных работ имеют физико-химические технологии и для условий периодического сброса сточных вод они становятся предпочтительными. Тогда, учитывая случайный характер образования сточных вод и неравномерность водоотведения, выбор технологий очистки следует вести по модифицированному коэффициенту готовности, учитывающему вероятностные технические, экономические и экологические составляющие:

     (2).

Значения составляющих модифицированного коэффициента готовности могут быть получены экспериментально-теоретическими исследованиями.
Предлагается для уточнения вероятности безотказной работы насосных станций в формулу 1 ввести модификационный коэффициент готовности.Тогда формула 1 примет вид:

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Strategic Planning for Energy and the Environment of the Association of Energy Engineers. Vol.16, № 4, 1997.  Atlanta, Georgia, USA.
2. Насосы и насосные станции. В.Я. Карелин., А.В. Минаев. М.Стройиздат, 1986.
3. Сизов, А.А. Надежность очистки периодических сбросов сточных вод [Текст] / А.А. Сизов, Н. С. Серпокрылов // Вестн. Волгогр. гос. арх.-строит. ун-та. Сер.: Строительство и архитектура. − 2010. №17. – С. 123 -127.