Надежность источника теплоэнергии
Министерство образования и науки Российской Федерации
Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет
Н.А. Михайлова, М.Ю. Нестратов, А.А. Чураков
НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
И ТЕХНОГЕННЫЙ РИСК
Лабораторный практикум
Для студентов, обучающихся по специальности
«Пожарная безопасность»,
«Защита в чрезвычайных ситуациях»
Волгоград 2004
УДК 62-192.001.1 (076.5)
ББК 30.14я73
М69
М 69 Михайлова Н.А.
Надежность технических систем и техногенный риск: Лабораторный практикум для студентов, обучающихся по специальностям «Пожарная безопасность», «Защита в чрезвычайных ситуациях» / Н.А. Михайлова, М.Ю.Нестратов, А.А. Чураков; ВолгГАСУ. – Волгоград, 2004. – 42 с.
Приведен комплекс лабораторных работ, с примерами выполнения, составляющих практическое содержание дисциплины "Надежность технических систем и техногенный риск".
Для студентов специальностей "Пожарная безопасность", "Зашита в чрезвычайных ситуациях".
Ил. 9. Табл. 22.
УДК 62-192.001.1(076.5)
ББК 30.14я73
© Волгоградский государственный
архитектурно-строительный
университет, 2004
© Михайлова Н.А., Нестратов М.Ю.,
Чураков А.А., 2004
ПРЕДИСЛОВИЕ
В лабораторном практикуме к учебному пособию по дисциплине "Надежность технических систем и техногенный риск" приведен комплекс лабораторных работ, составляющих практическое содержание вышеупомянутой дисциплины.
Данный практикум ориентирует студентов на использование современных информационных технологий при решении задач по теории надежности и численной оценки риска. Выполнение заданий предусматривается осуществлять в различных приложениях операционных систем Windows 98, Windows XP, Windows ME. При выполнении лабораторных рекомендуется использовать Microsoft Office 2000, AutoCAD 2000, а также интегрированную систему Mathcad 2000 с целью создания электронных комплексных документов. Отчеты по лабораторным работам представляются в виде твердых копий этих электронных документов.
Каждая лабораторная работа снабжена системой заданий для обеспечения дифференцированного подхода к обучению студентов.
Содержание лабораторных работ № 1–5 составляют расчет и оценка надежности различных систем жизнеобеспечения предприятий и населенных пунктов, которые могут выходить из строя, создавая аварийные ситуации для снабжаемых объектов или являясь непосредственным очагом аварии. В связи с этим также целесообразно прогнозировать возможный ущерб и потребные ресурсы при аварийных ситуациях. Лабораторная работа № 6 посвящена оценке риска аварий методами теории надежности. Оценка степени риска поражения людей и нанесения ущерба при аварийных ситуациях связана с задачей прогнозирования показателей надежности и остаточного ресурса функционирующей системы. Наиболее важным вопросом является установление допустимых сроков дальнейшей эксплуатации объекта. Для оценки риска применяют некоторые модели теории надежности. Среди них модели высоконадежных систем, для которых аварийные ситуации представляют редкие события, а также модели стареющих систем, качество которых в процессе эксплуатации ухудшается вследствие ползучести, различных видов усталости, износа и других видов повреждений. В этом случае прогнозирование аварийных ситуаций возможно на основе элементарной статистики и дискретного распределения Пуассона.
Лабораторная работа № 1
НАДЕЖНОСТЬ ИСТОЧНИКА ТЕПЛОЭНЕРГИИ
В качестве источника теплоэнергии рассмотрим отопительно-производственную котельную, расчет надежности которой выполняется в следующем порядке:
• составляется структурно-логическая схема (рис. 1) с расчленением на элементы, агрегаты, блоки;
• вычисляются параметры надежности каждого агрегата блока и системы в целом;
• предусматривается резервирование и проводится повторное вычисление параметров надежности (до получения заданной вероятности безотказной работы Рзад)
Рис. 1. Структурно-логическая схема надежности отопительно-производственной котельной: А - элементы, узлы (1 - котел, 2 - вентиллятор, 3 - дымосос, 4 - экономайзер, 5 - насос); Б - агрегаты (а - рабочий котлоагрегат, б - резервный котлоагрегат); В - блоки (I - котлоагрегатов, II – сетевых насосов, III - питательных насосов, IV - конденсационных насосов V, VI -теплообменников)
В соответствии со структурно-логической схемой надежности, представляющей последовательное соединение блоков, вероятность бесперебойного отпуска тепла котельной можно выразить в виде
(1)
где n=6 – число блоков; P j (τ) – вероятность безотказной работы j-го блока за время τр с учетом восстановления за время τв.
Наиболее важным сомножителем среди всех Pj(τ)является вероятность бесперебойного отпуска тепла блоком котлоагрегатов 
. Для отопительной или отопительно-производственной котельной отказом в отпуске требуемого количества тепла следует считать отказ одного из рабочих котлоагрегатов при условии совпадения этого события с периодом стояния низких температур. Этот период (в часах) можно определить по графику отпуска тепла котельной (продолжительности тепловой нагрузки (рис. 2)). Вычисляется количество тепла, отпускаемого котельной при отказе, одного из рабочих котлов,и по графику продолжительности тепловой нагрузки находится предельная температура наружно воздуха 
, ниже которой не обеспечивается требуемая теплоподача, а также длительность 
стояния низких температур (менее, чем ). Эта длительность принимается за расчетный период безотказной работы блока котлоагрегатов, т.е. 
Допустимое время восстановления блока принимается по условию остывания типового здания до определенной минимальной температуры воздуха в помещении.
Рис. 2. График отпуска тепла блоком котлоагрегатов котельной
При известной статистике отказов и восстановлений элементов и узлов по формулам теории надежности вычисляют параметры надежности агрегатов и блоков в такой последовательности.
Задается тип котла и его единичная мощность. По требуемой величине отпуска энергии котельной определяется требуемое число рабочих котлоагрегатов
(2)
где Qomn – расчетный отпуск теплоэнергии;
Qкa – единичная мощность котлоагрегата;
КСН – доля расхода теплоты на собственные нужды котельной.
Определяется отпуск теплоэнергии при отказе одного котлоагрегата
(3)
При Qomn(n-1) по графику продолжительности тепловой нагрузки определяется предельная температура наружного воздуха и продолжительность стояния низких температур 
Определяется коэффициент снижения отпуска тепла котельной (блоком котлоагрегатов) на отопительно-вентиляционные системы потребления при отказе одного котлоагрегата
(4)
где Qmexн – расчетный отпуск тепла на технологию;
Qов – расчетный отпуск тепла на отопление и вентиляцию.
Средняя температура наружного воздуха за период стояния низких температур (период необеспеченности)
(5)
Допустимое время восстановления блока котлоагрегатов (равное длительности остывания типового здания до минимально допустимой температуры воздуха в помещении 
приотказе одного котлоагрегата
(6)
где β – коэффициент тепловой аккумуляции здания (принимается по справочным или опытным данным; при их отсутствии допускается принимать β ≈ 40 ч).
Таблица 1