Определение надежности энергоблока

В настоящее время все больше внимания уделяется такому понятию как надежность работы оборудования. Надежность — это комплексный показатель, поэтому существует много параметров, после рассмотрения которых в целом, можно сделать вывод о надежности объекта. В данной работе будет проанализирована надежность энергоблока. Для оценки надежности будут использоваться такие параметры как:

1. Средняя наработка на отказ;
2. Среднее время восстановления;
3. Интенсивность отказов;
4. Частота отказов;
5. Коэффициент готовности;

При расчете вероятности безотказной работы и вероятности отказа были рассмотрен вариант работы парового котла с резервным котлом, который находится в 2 режимах — холодном и горячем резерве.

Для анализа надежности была построена модель энергоблока, работающего на паротурбинном цикле. Также была сделана программа, которая после ввода исходных данных вычисляла параметры надежности как оборудования по отдельности, так и в целом.

Исходными данными для анализа являются параметры надежности, которые получается в результате оценки статистических данных по отказам различных элементов энергоблока. В данном случае был выбран энергоблок, работающий на паротурбинном цикле. Принципиальная схема исследуемого энергоблока представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Принципиальная схема исследуемого энергоблока: 1 — паровой котел; 3 — паровая турбина; 4 — электрогенератор; 5 — конденсатор; 6 — конденсатный насос; 8 — питательный насос

Данная принципиальная схема была преобразована в структурную схему для удобства дальнейшей оценки надежности оборудования. Структурная схема энергоблока представлена на рисунке 2. Исходные данные для расчета показателей надежности энергоблока представлены в таблице 1.

Рис. 2. Структурная схема энергоблока: 1 — паровой котел; 2 — паровая турбина и электрогенератор; 3 — конденсатор; 4 — конденсатный насос; 5 — питательный насос

Таблица 1

Данные были получены на основе анализа статистики отказов оборудования энергоблоков мощностью.

Частота отказов показывает количество отказавшего оборудования в единицу времени (в данном случае за календарный год). Частота отказов элементов энергоблока представлена в таблице 2.

Таблица 2

Частота отказов элементов энергоблока

Теперь можно проанализировать полученные данные. Как видно из таблицы, наибольшую частоту отказов имеет котел, т. к. он имеет наименьшую среднюю наработку на отказ. Это говорит нам о том, что у данного элемента технологического процесса преобразования тепловой энергии в электрическую, наименьшая надежность. В дальнейшем будет рассмотрен вариант компоновки энергоблока с установкой резервного котла и различными режимами его работы.

Интенсивность отказов показывает вероятность отказа элемента при условии, что до этого у него не было отказов. Интенсивность отказов энергоблока представлена в таблице 3.

Таблица 3

Интенсивность отказов энергоблока

Как видно из таблицы, наименьшую интенсивность отказов имеет блок из турбины с конденсатором. Это говорит нам о том, что это наиболее надежные элементы энергоблока. Турбина является наиболее ответственным элементом данной схемы и уже на стадии проектирования данного элемента он делается с учетом повышенных требований надежности вследствие большой нагрузки на данный элемент (высокие температурные и механические воздействия потока пара, проходящего через него непрерывно). Конденсатор же является простым теплообменником, чаще всего кожухотрубным, который проектируется с учетом того, что через него будет проходить большое количество пароводяной смеси при низком давлении, которая будет отдавать свою теплоту охлаждающей воде и конденсироваться.

Коэффициент готовности характеризует вероятность работоспособного состояния объекта в произвольно выбранный момент времени. Коэффициент готовности элементов энергоблока представлен в таблице 4.

Коэффициент готовности элементов энергоблока

Все объекты принципиальной схемы энергоблока имеют высокий коэффициент готовности. Это говорит о том, что энергоблок ответственный объект, все элементы которого изначально проектируются с учетом повышенных требований надежности и с учетом того, что все элементы данного технологического процесса находятся в постоянной непрерывной работе, т. к. генерация электрической энергии должна быть постоянной.

Далее рассчитываем коэффициент готовности энергоблока как системы, состоящей из пяти элементов. Для начала нам необходимо рассчитать частоту отказов энергоблока, наработку на отказ энергоблока и время восстановления энергоблока как единой системы, состоящей из пяти элементов. Результаты расчета коэффициента готовности энергоблока как единой системы представлены в таблице 5.

Таблица 5

Результаты расчета коэффициента готовности энергоблока как единой системы

При заданных значениях исходных данных мы получили коэффициент готовности энергоблока равный 0,86. Данная величина была посчитана при условии наработки энергоблока в 8760 ч. Полученное значение коэффициента готовности говорит нам о том, что рассмотренная система не является достаточно надежной для данного типа систем. Повышение надежности может быть достигнуто за счет резервирования основного оборудования данной структурной схемы. Так, например, на большинстве ТЭС устанавливается не менее двух питательных насосов и не менее трех конденсатных насосов.

Сложность заключается в том, что для некоторых элементов принципиальной схемы ПТУ установка резервного элемента не является экономически целесообразной вследствие высокой стоимости некоторых элементов.

При увеличении часов наработки значение коэффициента готовности уменьшается. Это говорит нам о постепенном износе оборудования.

Для восстановления первоначального значения коэффициента готовности существует система ППР (планово-предупредительные ремонты). Данная система представляет собой график вывода оборудования в ремонт для восстановления первоначальных технических характеристик и помогает увеличить срок службы оборудования.

Литература:

1. Беляев С. А., Литвак В. В., Солод С. С.. Надежность теплоэнегетического оборудования ТЭС. — Томск: НТЛ, 2008. — 220 с.
2. Ноздренко Г. В., Томилов В. Г., Григорьева О. К. Надежность ТЭС. Учебное пособие. — Новосибирск: НГТУ, 2009. — 76 с.
3. Ноздренко Г. В., Томилов В. Г., Григорьева О. К. Надежность теплоэнергетического оборудования ТЭС и АЭС. Учеб. пособие для теплоэнерг. и энергомашиностроит. спец. вузов. — М.: Высшая школа, 2011. — 302 с.
4. Ларионов В. С., Ноздренко Г. В., Щинников П. А., Зыков В. В.. Технико-экономическая эффективность энергоблоков ТЭС. Учебное пособие. — Новосибирск: НГТУ, 2008. — 31 с.