Глава 1. Анализ технологических схем переработки отходов

Министерство образования и науки Российской Федерации

Московский Государственный Машиностроительный Университет (МАМИ)

Гонопольский А.А.

УПРАВЛЕНИЕ НАДЕЖНОСТЬЮ ОБОРУДОВАНИЯ МУСОРОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Учебное пособие

Москва 2016

Рецензенты:

Д.А. Баранов –доктор технических наук, профессор кафедры «Техника переработки отходов и техносферная безопасность» МосковскогоГосударственного Машиностроительного Университета (МАМИ)

Б.Г. Гордон -доктор технических наук, главный научный сотрудник Научно-технического центра

ядерной и радиационной безопасности Федеральной службы по экологическому,

технологическому и атомному надзору, заслуженный деятель науки РФ.

Гонопольский А.А.

Управление надежностью оборудования мусороперерабатывающих предприятий / Учебное пособие. – Москва: Издательство 2015.- 116 с.: ил.

Реферат

Изложены статистические методы, позволяющие увидеть картину по надежности в реальном времени и отследить влияние ограниченного количества параметров, которые могут изменяться во время наблюдения.

Описаны используемые методы оптимизации, в частности методы вариационного исчисления. Постановлена и решена задача оптимизации технологических параметров оборудования для переработки отходов, с целью минимизации числа его отказов. Описан алгоритм оптимального управления надежностью оборудования .для переработки отходов на промышленном предприятии. Приведены рекомендации по составлению планов предупредительных ремонтов оборудования .для переработки отходов на промышленном предприятии. Учебное пособие предназначено для студентов, магистрантов и аспирантов обучающихся по направлениям 280202 «Инженерная защита окружающей среды» и 20.03.01. «Техносферная безопасность», а также для широкого круга инженерно-технических работников, занимающихся вопросами управления защитой окружающей среды, проблемами повышения эффективности и экологической безопасности предприятий занятых в сфере переработки отходов, а также занятых в сфере обращения с отходами.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………… …………….4

Анализ технологических схем

переработки отходов………………………………………….. ……………11

Методы теории надежности, применимые для анализа

работоспособности оборудования мусороперерабатывающих предприятий…………………………………………………………………..36

Методы оптимизации, используемые для повышения надежности оборудования мусороперерабатывающих

комплексов…………………………………………………………………… 54

Алгоритм управления надежностью оборудования перерабатывающего отходы………………………………………………………………………...96

Введение

Надежность оборудования является основой экологической безопасности любого производства, производственного комплекса и промышленного региона, поскольку в случае аварии возникает не только вероятность загрязнения окружающей среды вредными компонентами, но и опасность возникновения локальной экологической катастрофы. Для предприятий по переработке отходов и региональных систем обращения с отходами это актуально еще и потому, что в случае длительной остановки линии (цеха, завода) практически всегда встает вопрос о том, где перерабатывать и утилизировать отходы, поскольку прекратить их образование невозможно. Поэтому отсутствие жизнеспособной территориальной системы сбора, переработки и утилизации отходов может привести к серьезному ухудшению экологической обстановки в регионе. Помимо возможного негативного воздействия на окружающую среду, при возникновении отказов нельзя не учитывать и экономические потери: затраты на ремонт и замену деталей, недополученная прибыль и т. д. Отсюда следует, что для обеспечения безотказной работы системы, необходимо рассчитывать надёжностные характеристики используемого оборудования, ибо именно они определяют надежность каждого предприятия и системы в целом.

Помимо возможного негативного воздействия на окружающую среду при возникновении отказов нельзя не учитывать и экономические потери: затраты на ремонт и замену деталей, недополученная прибыль и т. д. Поэтому в данном аспекте правильно организованные планово-профилактические работы (ППР) представляются одной из приоритетных задач. К сожалению, на сегодняшний день информации о показателях надежности оборудования при работе в системе переработки и утилизации твердых бытовых отходов (ТБО), практически нет, что затрудняет прогнозирование ремонтов на данных предприятиях и снижает эффективность планово-профилактических работ.

Другой, не менее важной, задачей обеспечения надежности функционирования территориальной системы обращения с отходами является анализ необходимости и достаточности мощностей предприятий перерабатывающих отходы. Особенности функционирования систем управления ТБО в стране состоят в том, что проблема принятия неверного управленче­ского решения или отказа техники (чрезвычайная ситуация - ЧС) развивается по «эффекту домино», т. е. при существующем хроническом дефиците мощностей перерабатывающих предприятий и полигонов быстро возникает локальная экологическая ката­строфа, ибо ТБО и некуда деть и невозможно остановить их поток. Как пра­вило, чрезвычайная ситуация завершается грубейшим нарушением эко­логических нормативов, т. к. ТБО сбрасывается в любой карьер под видом его рекультивации. Следовательно, возникает необходимость управления территориальной системы обращения с отходами в двух сценарных вариантах: в условиях штатного функционирования си­стемы управления ТБО и в условиях чрезвычайной ситуации (см. табл. 1). [1]

Таблица 1.

Сравнительные характеристики сценарных вариантов систем управления ТБО

Традиционные системы управления ТБО	Системы управления ТБО в условиях ЧС
Постоянный режим функционирования	Разные режимы функционирования
Жесткая структура и четкое распределение функций на длительный период	Отсутствие жесткой структуры и четкого распределения функций на длительный период, гибкость, агрессивность
Узкая функциональная направленность	Широкая и частично непредсказуемая область действия
Моноструктура	Полиструктуры
Регламентированные информационные потоки	Зависимость информационных потоков от складывающейся ситуации
Точная информация	Недостоверная информация
Избыточная информация	Недостаточная информация
Невысокий темп изменений	Высокий темп изменений
Предсказуемость ситуаций	Непредсказуемость ситуации; ориентация на прошлый опыт, как правило, не имеет смысла
Принцип единства полномочий и ответственности	Сочетание принципов единоначалия, распределенных полномочий и ответственности
Функциональный потенциал	Организационный потенциал
Преобладание в основном социально­экономических целей и критериев функционирования	Цели - действенность, результативность в ликвидации ЧС и их причин; критерии - минимизация времени достижения целей

Сценарий штатного функционирования региональной системы управле­ния ТБО может быть реализован только тогда, когда основная предпосылка возникновения ЧС — дефицит мощностей перерабатывающих предприятий и полигонов — планомерно и непрерывно переходит в наличие «горячего» ре­зерва мощностей для всех технологий обращения с ТБО в регионе. Именно так организованы системы управления ТБО во всех странах ЕС. В России о создании резервов мощностей никто и не мечтает. Поэтому существующая система обращения с ТБО функционирует на грани риска возникновения и развития локальной чрезвычайной ситуации.

В существующей ситуации с ТБО единственным способом обеспечения надежности и мини­мизации возможного экологического ущерба являются локальные сценарии возникновения и развития ЧС (ЛСРС), которые необходимо создавать для всех потенциально опасных объектов обращения с ТБО на базе предварительного составления их паспортов риска. Последние должны содержать данные о ме­стоположении, ведомственной подчиненности, производственном потенциале, наработке на отказ основного технологического оборудования, типах возмож­ных техногенных ЧС и их масштабах, внутренних и внешних причинах их воз­никновения, имеющихся возможностях, силах и средствах ликвидации и про­ведения аварийно-спасательных и других неотложных работ и т. д. Ни один промышленный объект обращения с ТБО в стране такого паспорта не имеет. ЛСРС формулируется в терминах множеств альтернативных неблаго­приятных возможных событий (угроз) и связей между ними, возникающих, реализующихся и отображающихся на временной шкале выбранного мас­штаба (часы, сутки). ЛСРС содержит все основные элементы множества альтернативных путей развития отдельной ЧС или их комбинации на кон­кретных потенциально опасных объектах. Для каждого пути развития ЧС определяются прогнозные объемы ожидаемых ущербов и потерь.

В соответствии со спецификой и режимами функционирования системы управления ТБО составляется превентивный стратегический план (ПСП), состоящий из трех разделов:

План по управлению комплексами мероприятий непосредственно в ре­жиме повседневной деятельности.

План, реализуемый при введении режима повышенной готовности на основе данных неблагоприятного краткосрочного прогноза о весьма вероятном наступлении и развитии ЧС.

План, используемый в качестве опорного варианта для последующей оперативной корректировки, детализации и формирования конкрет­ного стратегического плана действий органов управления при возник­новении ЧС и введении в регионе режима ЧС. [1].

Первый раздел ПСП составляется отдельно по основным направлениям деятельности или стратегическим зонам вложения средств, определяемым в соответствии с функциями и задачами, которые органы управления ре­шают в режиме повседневной деятельности. Он представляет собой долгос­рочную целевую программу, определяющую комплекс мероприятий и сро­ки их реализации, организации, ответственные за их выполнение, а также выделяемые ресурсы.

Превентивные целевые программы по предупреждению и ликвидации ЧС, сформированные по выделенным направлениям или зонам вложения средств, определяют государственные заказы промышленности. Таким образом завершается первая информационная фаза планирования - от це­лей к средствам, которая по сути является планированием сверху.

Вслед за этим или параллельно необходимо обеспечить формирование и распространение второй информационной фазы, содержащей предложе­ния по снижению риска на различных уровнях. На данном этапе создаются конкретные проекты стратегических программ, включающие детальные показатели планируемых комплексов мероприятий.

Использование методов превентивного стратегического планирования снизу и сверху необходимо правильно сочетать. Только при движении информации снизу вверх могут быть получены данные о конкретных ме­роприятиях и разработках, инициативные предложения о возможностях повышения уровней безопасности и снижения ожидаемых ущербов от ве­роятных ЧС. Планирование снизу не должно быть единственным или основ­ным методом — ему должно предшествовать ориентирующее на конечные цели планирование сверху.

При составлении паспорта риска предприятия (объекта) необходимо по­следовательное проведение следующих работ:

Изучение и анализ деятельности предприятия в целом и отдельных его частей в целях выявления и формирования перечня источников риска, учет влияния внешних воздействий, повышающих риск, в том числе возможных комбинаций событий;

Анализ каждого вида риска и расчет вероятности возникновения ЧС данного вида в рассматриваемый период времени на основе конкрет­ных условий и исходных данных;

Формирование локальных сценариев развития ЧС данного вида и об­щего сценария с учетом вторичных поражающих факторов (на основе анализа данных о возможных угрозах и ответных действиях руковод­ства и персонала предприятия разрабатываются локальные и общий сценарии возможных аварий на объекте);

Оценка вероятных людских и материальных потерь и влияния на окружающую среду бедствий и катастроф;

Создание паспорта риска предприятия (объекта) и практических ре­комендаций по противодействию ЧС. [2]

Паспорта риска начинают играть все более важную роль в связи с экологи­ческим страхованием и перестрахованием опасных промышленных объектов.

По типу режима, в котором они используются системой управления, сце­нарии делятся на превентивные (режим повседневной деятельности и по­вышенной готовности) и оперативные (чрезвычайный режим).

По типа оценок событий сценарии делятся на базовые (наиболее вероят­ные), пессимистические и оптимистические.

Базовый сценарий удобен для глубокого и тщательного анализа с целью повышения эффективности организации превентивных и оперативных мер по противодействию ЧС.

Пессимистический сценарий — это набор событий и взаимосвязей между ними, которые приводят к максимальным потерям и ущербу в результате их возникновения и развития.

Оптимистические сценарии отражают, соответственно, те события и вза­имосвязи между ними, которые приводят к минимальным потерям и ущер­бу или вовсе исключают их.

Локальные сценарии развития ЧС строятся на отдельных предприятиях (объектах) с учетом конкретных условий возникновения и развития факто­ров риска, взаимодействия с внешней средой, возможных альтернативных направлений развития ситуации, начальных событий и данных об обста­новке. На основе локальных сценариев развития ЧС формируются локаль­ные цели противодействия факторам риска и курс действий, переходящий в конкретный план действий.

Актуальность изложенной проблемы для крупных городов России состоит в том, что:

Отказы оборудования по переработке ТБО в условиях существующего дефицита мощностей сразу приводят к локальной экологической катастрофе.

Существующие методики оценки надежности аналогов промышленного оборудования для переработки отходов в других отраслях промышленности не учитывают специфики технологий, используемых в системе обращения с отходами.

Дефицит производственных мощностей в системе обращения с отходами приводит к необходимости минимизации числа отказов, однако методика минимизации отказов для оборудования по переработке ТБО в настоящее время не разработана. [2].

Поэтому одной из важнейших проблем обеспечения экологической безопасности городов является повышение надежности оборудования мусороперерабатывающих комплексов и мусоросжигательных заводов за счет оптимизации технологических параметров.

В качестве оперативных задач управления и производственной и территориальной системой управления отходами необходимыми следует считать:

Повышение достоверности краткосрочных и долгосрочных прогнозов надежности оборудования для переработки отходов, путем построения и промышленной апробации модельных распределений наработки до предельного состояния.

Постановка и решение задач оптимизации технологических параметров оборудования для переработки отходов, с целью минимизации числа его отказов.

Разработка и промышленная апробация алгоритма и программного комплекса оптимального управления надежностью оборудования .для переработки отходов на промышленном предприятии.

Для решения указанных задач проанализируем технологические схемы предприятий по промышленной переработке отходов. [3]

Глава 1. Анализ технологических схем переработки отходов

Мусоросортировка.

1.1.1.
Характеристика технологического процесса

Рис.1. Типовая схема производства на МПК

Сортировочное отделение на мусоросортировочной станции обычно состоит из 4-х линий сортировки (3-и работают, а 1-на находится на профилактическом обслуживании), системы удаления балласта и 3-х прессов для прессования ценных компонентов отходов. Собирающий мусоровоз разгружает ТБО в бункер одной из линий сортировки.

По конвейеру ленточному подачи мусора ТБО подается в грохот.

В грохоте происходит отсев смета и мелкого мусора, который по системе конвейеров перемещается на загрузку в контейнера мультилифта и вывозится на полигон. Максимально под загрузку могут быть поставлены три контейнера: один загруженный ожидает вывоза, второй загружается, третий ожидает загрузки.

Оставшиеся фракции мусора из грохота высыпаются на 2 конвейера сортировки сортировочных линий общей производительностью – 172,8 тыс. т/год, 43,04 т/час.

Конвейер сортировки перемещает мусор в специальную сортировочную кабину, оборудованную рабочими местами по ручному извлечению ценных отходов, которые сбрасываются через воронки в специальную тару. Наиболее часто встречающиеся отказы на этом участке – обрыв ленты из-за попадания на нее острых предметов и износа. Так же стоит учесть, что в данном помещении находятся люди. ТБО может являться источником пыли и биологического загрязнения, поэтому необходимо обеспечить бесперебойную работу систем вентиляции и ультрафиолетовых ламп, что накладывает высокие требования к надежности данного оборудования и наличию по возможности наличию резервной линии вентиляции.

Далее оставшиеся ТБО по конвейеру перемещаются за пределы специальной сортировочной кабины, проходят зону работы сепаратора по отбору черного металла. Отобранный черный металл сбрасывается через воронку в контейнер. Предусмотрено и ручное извлечение металла из ТБО.

Не утилизируемая часть отходов по системе конвейеров передается на конвейер подачи мусора в прессовочное отделение.

Все конвейеры и грохоты в сортировочном отделении, приводятся в движение электродвигателями, поэтому работоспособность цеха также зависит от надежности электродвигателей и редукторов.

Гидравлический агрегат пакетировочного пресса формует тюк мусора и обвязывает его проволокой. Тюк выталкивателем перемещается на склиз емкостью на 2 тюка.

Остаточный мусор после формирования тюков поступает по конвейеру в контейнер. Во время всего технологического процесса переработки мусора жидкие фракции его по трубопроводам стекают в емкость с насосом, обезжириваются и перекачиваются в бак-отстойник. После отстоя в баке-отстойнике вода стекает в канализацию, а грязевой насос перекачивает осадок на конвейер остаточного мусора. Остаточный мусор вывозится на полигон. [4]