МИНИСТЕРСТВО НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ВНИИСПТнефть

М Е ТО Д И К А РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ НЕФТЕПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ СТАНЦИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ РД 39 - 30 - 995 - 84

1984

Министерство нефтяной промышленности

Всесоюзный научно-исследовательский институт по сбору, подготовке и транспорту нефти и нефтепродуктов (ВНИИСПТнефть)

УТВ5РВДЕНА первым заместителем министра нефтяной промышленности В.И.Кремневым 29 декабря 1964 г.

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИКА

РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ НЕДТЕ31ЕРЕКАЧИВАЩИХ СТАНЦИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ

РД 39-30-995-84

Уфа - 1904

4.5. В случае работы вспомогательных устройств без резерва используется формула расчета для последовательного (в смысле надежности) соединения элементов:

т-(р.    ^|к>

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.    Методика определения показателей надежности магистрального нефтепровода. РД 39-1-62-78, ВНИИСГГГнефть, Уфа, 1978.

2.    Методика выбора показателей для оценки надежности сложных технических систем, ВНИИС, М., 1970.

L = 1,2,...,    /V*    (Ш-К)    - общее количество рабочих ( П )

и резервных (К) агрегатов.

Каждому состояние S насосной группы можно поставить в соответствие характеристику качества функционирования

cp[z_g(t)]=<p_s (t),

гредставдяххцую количественную меру результатов ее функционирования в момент времени t для определенной реализации процесса функционирования.

Насосная группа НПО характеризуется конечным числом фиксированных значений качества функционирования. Так, для группы из трех магистральных насосных агрегатов (два рабочих и сщин резервный) возможны три отличных от нуля значения качества функционирования:

Фс > Фл Уфг >ф* =О

Значение ф₀ соответствует полностью работоспособному состоянию, а = 0 - полному отказу (отказали все три агрегата).

Случайная функция Ф [%s (£)] зависит от состояния агрегатов в произвольный момент времени t , степени приспособленности их к выполнению поставленной задачи и является мгновенной оценкой качества функционирования в момент времени t .

Общую оценку качества функционирования насосной группы НПС дает математическое ожидание функции 93* ( t ) как среднее по множеству набдвдений случайного процесса Ф [%$ (t)] в произвольный момент времени t

Ф (L) • ПФ:(0* Пф&Ф],

называемое показателем качества функционирования системы.

Наряду с показателем качества Ф ( t ) функционирование насосной группы характеризуется выходным эффектом (полезным результатом) на некотором интервале врсмепи, например, между плановыми техг ническими обслуживанилми (ТО), /0, t /.

Показателем эффективности функционирования насосной группы является математическое ожидание характеристики качества функцио-

называемое средним эффектом системы.

Показатели качества и эффективности функционирования насосной группы учитывают надежность отдельных агрегатов, а также принцип оценки последствий отказа всей насосной группы. Поэтому показатели надежности насосной группы определяются как функции, оценивавшие степень снижения показателей качества и эффектив^иости функционирования ее из-за ненадежности элементов.

Различают мгновенный и интервальный показатель надежности насосной группы.

Мгновенный показатель надежности определяется как относительный показатель качества функционирования и вычисляется по формуле

(П.2.1)

показатель качества функционирования группы

идеальных насосных агрегатов (условное математическое ожидание характеристики качества функционирования насосной группы при условии, что насосные агрегаты абсолютно безотказны).

Учитывая, что насосная группа имеет конечное число дискретных составляй, можно записать:

(П.2.2)

качества функционирования насосной группы в состоянии S ; Р-- вероятность функционирования в состоянии £ •

Интервальный показатель надежности насосной группы r[o,t] определяется как отношение ее среднего эффекта к соответствующему показателю группы идеальных насосных агрегатов:

где % [о, t]- показатель качества функционирования группы идеальных насосных агрегатов в рассматриваемом интервале времени. Учитывая, что в таком случае % [о, t] - ф₀ и пренебрегая состояниями, характеризуемыми числом отказавших агрегатов, превышающим количество резервны! более, чем на единицу, как весьма маловероятными, получим для интервального показателя надежности насосной группы следующее выражение;

r(t) ³ P₀(t) +    *    Р№),    (П.2.4.)

где Po(t) - вероятность функционирования насосной группы в течение времени £ с требуемым уровнем качества функционирования

(t) - уровень качества и вероятность функционирования насосной группы о числом агрегатов, на единицу меньшим требуемого количества.

Поскольку насосная группа предназначена для обеспечения бесперебойной перекачки продукта в заданном объеме, за характеристику качества функционирования принимается функция расхода, номинальное значение которой может быть определено из уравнения баланса напоров Г) - (Н- & 2

40    ,    (П.2.5.)

где И - дифференциальный напор станции; ft) - коэффициент, зависящий от режима перекачки; ^ - гидравлический уклон при Q =1; £ - длина участка между соседними станциями; Л 2? - разность геодезических отметок начальной и конечной точек участка нефтепровода.

Для оценки относительного снижения качества функционирования

где /?, Р - соответственно число рабочих и отказавших насосных агрегатов; Нгг.ЛК - максимальный напор, определяемый расчетом на прочность.

Для определения вероятностей состояний насосной группы в произвольный момент времени ( t ) необходимо формализовать реальный процесс изменения ее состояний. Будем считат , что момент отказа насосного агрегата обнаруживается сразу, при этом отказавший агрегат немедленно заменяется резервным. Такое допущение соответствует случаю, когда осуществляется постоянный контроль за состоянием оборудования, а переключающие устройства характеризуются малой продолжительностью переключения и высокой надежно:ты>.

Переход насосной группы из состояния в состояние характеризуется отказсы или восстановлением только одного агрегата. Полагая, что каждый arpera* характеризуемся постоянной интенсивностью отказов Л _# равной среднему значению параметра потока отказов

i т

и восстановлений JU ~- среднее время восстановления), изменение состояний насосной группы можно описать однородным марковским процессом о конечным числом состояний.

На рис.1 представлен граф переходов насосной группы из состояния в состояние для случая неограниченного восстановления отказавших агрегатов и режима работы "2 рабочих +■ I резервный*.

Рассматриваемому случаю соответствует следующая матрица интен

Рис. I. Гроф состояний насосной группы, состоящей из двух рабочих и одного резервного агрегата

а)    схема всех возможных состоящий,

б)    укрупненная схема состояний по числу отказавших агрегатов

Веди связать вероятности с остатний в момент времени I выраженные через элементы матрицы Л,с вероятностями в момент ( t + dt ) и перейти в пределу при olt О , то можно получить систему дифференциальных уравнений с    постоянными    коэффициента-

"    4 7(t) - jf^r■ P(t),

_    Cft '    (ПА8.)

P(V-    вектор вероятностей состояний    в момент    времени    t *

6 ГУ

P(t) -

А Т    Р*** Г УI

v# - транспонированная матрица А*

Система (П,2.8.) применительно к случаю, представленному на

рисунке, имеет вид

P_e'(t)= -2SiP₀(t) + уг/Р, W

ft* (О* 2 5? ft (ГО - (25? vOA(t)12///5 СО (П.2.9.) ft' (0= 2 5? ft rO-(fi+ 2/t)Р_г (t)*3juP₃( tj ft' (0 = -Я ft (t) ~ З^Р_Л (t)

Решая систъму (П.2.9,) на ЭВМ при начальных условиях

можно определить зжачения^эероятностей различных состояний насосной группы в произвольный момент времени t , а следовательно, и мгновенный показатель надежности по формуле (П.2.2.).

На практике обычно интересуются функционированием насосной группы на участках времени, далеких от начального, В этом случае в системе Ш,2,9«) можно пользоваться стационарными значения¹ л вероятностей состояний, поскольку для любого начального состояния $ су чествуют пределы /3/:

'tim Ps(t)=P_S) S- 1,2, ... ГНК

t -* О*

Переходя к пределу в системе (Щ2.9.), подучим систему алгебраических уравнения для стационарных значений вероятностей соо-тояшй Г_2ЯРо + jH_{Pi =}о

, гяро -(Si+j*)Pi +2jb Pi =о 2. Si Pi — (Si +2/*)Рг i- 3J4 P3 **0    (П.2.К

.Si Р_г ~ 3JH P_s = О

Решение системы СШ2.Ю.) имеет вид: /J    2*4_tZ,$у

где O_s = ijiLE _Аля QiK ;    (П.2.Ц.)

S s-x-1

i-iY алЯ S7*

Si    (П.2.12.)

Для определения интервального показателя надежности насосной группы Г (t) необходимо предварительно рассчитать вероятности функционирования наоооной группы на рассматриваемом интервале времени с требуедем уровнем качества (    =    I)    и    уровнем    dу _#

соответстнупюш состоянию частичного отказа ( S =* К+ 1    ).    С

этой целью воспользуемся математическим аппаратом теории вероятностей, рассматривая частичный отказ насосной группы как сложное событие, возникающее в результате двух элементарных:

I—в момент времени V происходит отказ одного из работажн вдх насосных агрегатов, вместо него подключается резервный агрегат, а отказавший выводится на ремонт и с дальнейшем становится резервным;

2-за оставшееся до планового технического обслуживания время ( ^    ^    ) ь течение среднего времени ремонта отказавшего агре

гата отказывает один из работающих агрегатов, что приводит

к частичному отказ* насосной группы»

Вероятность того, что за время / О, £ / произойдут оба указанных события, определяется по теореме о полной вероятности

Р_к., (t) = J / (t) ■    (П.2.13.)

где    (Тср)- соответственно функция плотности вероят

ности и условная вероятность отказа одного из ^ функционирующих агрегатов ва время Тер ;

У = 1- ^Рп'р^    Рр    (^г<?)-    (П.2.14.)

Здесь Рп-Лг+Ър),    (V    -    вероятность    безотказной    работы

оставшихся ( П -I) рабочих агрегатов соответственно за время от О до ( X    ) и X ; Рр ( Хер ) - вероятность безотказной ра

боты подключенного резервного агрегата за время Хер.

Принимая, как и при определении вероятностей Р$ (^) в произвольный момент времени, законы распределения наработки и времени восстановления экспоненциальными, подучаем

^К    о    ^L е~(»-<>Яъ    J    ш.2.15.)

₌    е-”Я£_ _е~»яър ₊

Вероятность функционирования насосной группы в течение времени t с требуемым уровнем качества определяется как вероятность противоположного ообытия по формуле:

о /1 \    _а-»&(^иХсй

fi(L) = e +е ^-е    •    (п.гле.)

Подстановка значений    (t)    по    (П.2.15.)    и

(П.2.16.) и значения    ,    оцененного    по    формуле    (П.2.6.), или

определенного точно путем непосредственных замеров расхода, дает

значение интервального показателя надежности насосной группы ь течение времени £ • Так, для случая /V *= I (ламинарный режим

Методика предназначена для работников трубопроводного транспорта, занимающихся вопросами оценки, контроля и поддержания необходимого уровня надежности нефтеперекачивающих станций на стадиях проектирования и эксплуатации.

Методика разработана в отделе надежности магистральных нефтепроводов ЕНИИСПТнефть авторским коллективом в составе: к.т.н., с.н.с. Г^ыврова А.Г., к.т.н. Ирмякова Р.З., рук.темы, с.н.с. Гараевой В.А., м.н.с. Кудашевой А.А.

течения) получается следу пцая аналитическая зависимость интервального показателя надежности от показателей безотказности и ремонтопригодности насосных агрегатов :

r(t)~ 1-Si.tip ■+ SlVcp ■ е.    •    (П.2.Г7.)

Аналогично определяется интервальный показатель надежности для турбулентного режима течения годности (при М « 0,25 и to =0,123).

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ НЕФТЕП^ЕКАЧИВАЩИХ СТАНЦИЙ ^МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ

Приказом Министерства нефтяной промышленности от12.01.84* 39

срок введения с 01,03.84г.. .

Срок действия до 29.02.89г. Вводится впервые

Настоящая методика предназначена для определена,, показателей надежности нефтеперекачивающих станций на стадиях проектирова^ш и эксплуатации.

I. ОНЦИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Методика устанавливает единый подхог к определению видов и значений показателей надежности нефтеперекачивающей станции (НПС) и ее основных подсистем.

1.2.    Методика разработана в развитие РД 39-1-62-78 "Методика определения показателей надежности магистрального нефтепровода” применительно к специфике функционирования НПС /I/.

1.3.    Расчетная схема методики учитывает иерархическую структуру НПС.

I.3.I. Нефтеперекачивающая станция расчленяется на отдельные подсистемы, определяйте структурную надежность системы (группа основных насосных агрегатов, подснотема электроснабжения, общестанционные вспомогательные устройства, а также подсистемы подпорных насосных агрегатов и резервуаров - в случае рассмотрения гс^г-овной НПС).

1.3.2. Подсистеьы, в зависимости от степени подробности рас-

смотрения НПС, расчленяются на блоки» устройства и отдельные элементы (узлы, детали).

1.4.    Каждая подсистема рассматривается отдельно. Группы основных и подпорных насосных агрегатов, характеризуются различными состояниями и соответствующими им значениями показателей качества функционирования (производительности НПС), а потому рассматриваются как сложные технические системы.

1.5.    В основу определения надежности подсистем основных и подпорных насосных агрегатов в соответствии с межотраслевой методикой /2/ положен метод, позволяющий оценить надежность с точки зрения выполнения основной задачи - перекачки нефти с заданной производительдостью. Количественные значения показателей надежности подсистемы насосных агрегатов определяются с помощью функционалов, оценивающих степень снижения производительности НПС из-за ненадежности оборудования.

1.6.    Показатель надежности нефтеперекачивающих станций определяемся по формуле

(о * д «< (*),

где - показатель надежности Z-ofl подсиотемы НПС, определяемый в методике в предположении равнонадежности основного и резервного оборудования.

1.7.    Для расчете показателей надежности НПС и ее подсистем разработана программа расчета на ЭВМ ВС-1020. Программа находится в ВЦ БНИИСПТнефгь.

1.8.    Пояснения к терминам и определениям, употребляемым в Методике, приведены в приложении I.

1.9.    В приложении 2 даются примеры расчета показателей надежности НПС и ее подсистем, а в приложении 3 - результаты расчетов на ЭВМ-1020, представленные в виде графиков и табличных значений.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ НШ'ЕПЕРЕКА^ШАЩИХ СТАНЦИЙ

2.1.    (Ьцюдедению показателей надежности НПС предшествует четкая классификация оборудования по функциональному признаку и выявление независимых подсистем.

2.2.    Пример возможного расчленения НПС на подсистемы, оОьединящие оборудование по функциональному признак, приведены в таблице.

Та б ища

Пример возможного расчленения нефтеперекачивающей станции на подсистемы по функциональному признаку

Наименование[перечень Объектов, входящих j Функциональное назна-подсистеш |    в    подсистему    j    чение подсистемы

I. Группа основ- Магистральные (подпорные) ных (подпорных) насосы с приводом, технодо-насосных агре- гическсй обвязкой, встрсен-гатов    ^лыми системами смазки, ох

лаждения, откачки утечек, индивидуальных зашит и др.

Централизованная система    Обеспечение нормаль-

смазки (масляные насосы с    ной работы насосных

приводом, холодильниками,    агрегатов

фильтрами коллекторами и арматурой, включая арматуру на отводах к магистральным и подпорным насосам), централизованная установка охлаждения электродвигателей, оистема сбора и откачки утечек установки разгрузки и вентиляции.

вднй смысл вероятности выполнения основной задачи - перекачки нефти на .аданном интервале времени i .

Дополнительным показателем надежности является мгновенный показатель И ( t ), оценивающий надежнооть подсистемы насосных агрегатов в произвольный момент времени t _t имеющий смысл коэффициента готовности.

3.1.    Расчет интервального показателя надежности

3.1.1.    Определяемся вероятность функционирования насосной группы в некотором интервале времени i в полностью работоспособном состоянии (о требуеиш числом насосных агрегатов п_у:

(I)

3.1.2.    Определяется вероятность функционирования насосной группы в состоянии частичного отказа (при работе с числом насосных агрегатов, на единицу меньшим требуемого количества);

1~Р₀(Ц,    (2)

где К - чиоло резервных агрегатов

3.1.3.    Определяется уровень качества функционирования насосной группы в состоянии частичного отказа :

I _ Як* -I (t' ,    ,,,

^K+1    Qc (t) '    ⁽³⁾

где    -    соответственно производительность MH

при работе НПО с требуемым числом насосных агрегатов и при числе отказавших агрегатов f , равном К + 1 .

3.1.4.    Определяется интервальный показатель надежности насосной группы в течение требуемого времени t •

г (t) - Р₀ (t)    (t).    _и.

3.2. Расчет мгновенного показателя надежности подсистемы насосных агрегатов

3.2.1. Определяйся возможные состояние подсистемы. Кдассифи-

где df _t Г$ { i ) - .уровень качества и вероятность функционирования несомой группы в состоянии $ •

Для стационарного режима эксплуатации ft- ( t ) а Я = Const,

4. РАСЧЕТ НАДШОСТИ ПОДЖТЕМ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ, ЗЛИОРОСНАНЕНИЯ, АВТОГШИКИ, ТЕЛЕМЕХАНИКИ И КИП

4.Х. Надежность названных подсистем оценивается вероятностью выполнения задания Р ( t ) в течение заданного интервала времени t , определяемого временем непрерывной работы группы основных насосных агрегатов. Ненадежность характеризуется вероятностью полного отказа. Частичные отказы и соответствующие этим состояниям показатели надежности не характерны, поскольку число рабочего оборудования в рассматриваемых подсистемах равно единице.

4.2. Уточняется состав оборудования и вид структурного резерви

рования.

4.3.    В случае работы подсистемы в режиме ненагруженного резерва (характерно длх вспомогатед*-ого технологического оборудования) вероятность выполнения задания определяется как полная вероятность сложного события по Формуле

РЧ) * Po(t) * [l~ to (£)]'% ftcp)' Krh.ij ,    (_I0)

где Po ( t), /*( Ъср ) - соответственно вероятность безотказной работы рабочего (резервного) оборудования в течение времени t и ореднего времени восстановления отказавшего устройства;

№ Гьу - коэффициент готовности переключающего устройства.

4.4.    В случае нагруженного резерва (оборудование подсистемы электроснабжения) вероятность выполнения задания определяется по формуле

P(t)=i-[i-p.(i>]    _(П)