Надежность оборудования производства метанола тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Толстиков, Антон Витальевич

• Толстиков, Антон Витальевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Толстиков, Антон Витальевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ВЫБОР ОБЪЕКТОВ И НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Объект исследований.

1.1.1. Обоснование выбора объекта исследований.

1.1.2. Общая характеристика объекта исследований и его технико-экономический уровень.

1.1.3. Описание технологического процесса и схемы.

1.2. Направления исследований.

1.2.1. Методологические аспекты анализа надежности и аварийного риска.

1.2.2. Анализ работ по исследованию надежности и технико-экономической эффективности производства метанола.

Выводы по главе и формулировка задач научных исследований

ГЛАВА 2. ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА

2.1. Постановка задачи.

2.2. Разработка базы данных отказов оборудования в производстве метанола.

2.3. Планирование определительных испытаний на надежность объекта исследований.

2.4. Классификация отказов производства метанола.

2.5. Анализ рядов показателей надежности оборудования.

2.6. Кластерный анализ структурных элементов компрессорных установок.

2.7. Интервальное оценивание показателей надежности оборудования производства метанола.

Выводы по главе.

ГЛАВА 3. ДЕДУКТИВНЫЙ НЕПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВИДОВ, ПОСЛЕДСТВИЙ И КРИТИЧНОСТИ ОТКАЗОВ

ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА

3.1. Постановка задачи.

3.2. Построение дерева отказов объекта исследований.

3.2.1. Основные принципы и графический аппарат.

3.2.2. Дерево отказов объекта исследований.

3.3. Количественный и качественный анализ дерева отказов объекта исследований.

3.3.1. Логико-математическое описание причинно-следственных связей.

3.3.3. Анализ значимости исходных событий, ранжирование технологических блоков производства метанола по критичности отказов.

3.3.4. Стохастическое моделирование нарушения работоспособности производства метанола.

Выводы по главе.

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ РИСКА ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА

4.1. Постановка задачи.

4.2. Анализ вероятного развития аварийных ситуаций в технологических блоках производства метанола.

4.2.1. Сценарий развития аварийных ситуаций в блоках №1

4.2.2. Сценарий возникновения и развития аварийной ситуации в блоках №7-9.

4.3. Оценка показателей риска.

Выводы по главе.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕСТИРОВАНИЯ ПЕРСОНАЛА ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА

5.1. Постановка задачи.

5.2. Общие сведения о системе.

5.3. Структура программного обеспечения.

5.4. Базовые сведения о среде и языках программирования.

5.5. Краткое руководство пользователя программного обеспечения.

5.6. Результаты применения программного обеспечения.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Надежность оборудования производства метанола»

Ключевым направлением научно-технического развития химической индустрии в РФ является реализация практических мер в решении задач оценки, прогнозирования и повышения надежности и безопасности промышленных объектов.

Одним из важнейших по значению и масштабам потребления органическим продуктом является метанол (метиловый спирт), производимый в РФ в агрегатах большой единичной мощности. Несмотря на это, комплексное исследование проблемы обеспечения надежной и безопасной эксплуатации производства метанола в РФ не проводилось. Решению данной научно-технической задачи посвящена настоящая диссертационная работа.

Информационной базой исследований послужили сведения об эксплуатации производства метанола мощностью 100 тыс. т/год в открытом акционерном обществе «Новомосковская акционерная компания «Азот» (ОАО «НАК «Азот»), в основе технологической схемы которого лежит процесс каталитического гидрирования оксидов углерода при избыточном давлении 5,0 МПа.

Цель работы. Разработать систему взаимосвязанных прикладных методов расчета и прогнозирования показателей надежности и аварийного риска эксплуатации производства метанола.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Толстиков, Антон Витальевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В результате классификации событий, связанных с полной или частичной потерей работоспособности производства метанола установлено преобладание параметрических, эксплуатационных, явных, независимых, постепенных отказов оборудования, снижающих готовность и эффективность объекта.

2. По итогам кластеризации ряда однотипных структурных элементов компрессорных установок производства метанола по надежности можно констатировать, что в рамках каждой установки они образуют однородные классы, характеризующиеся общими вероятностными закономерностями.

3. В результате ранжирования структурных подразделений объекта по критичности отказов установлено, что максимальный вклад в формирование отказа системы с наиболее негативными последствиями вносят технологические блоки приготовления и компримирования свежего газа.

4. Применение при проведении риск-анализа алгоритма вероятностной оценки прогрессирующих в направлении аварии ошибок персонала, позволяет эффективно идентифицировать и оценить последствия опасных событий, связанные с неправильной организацией и несанкционированными действиями исполнителей работ.

5. Текущий уровень аварийного риска производства метанола в ОАО «НАК «Азот» является неприемлемым, требующим жесткого контроля и проведения мероприятий по уменьшению вероятности и тяжести последствий опасных событий, по итогам риск-анализа внесены необходимые изменения и дополнения в план локализации и ликвидации аварийных ситуаций объекта.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Толстиков, Антон Витальевич, 2005 год

1. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных. Справочное издание под ред. Айвазяна С.А. М.: Финансы и статистика, 1983. — 471 с.

2. Антонова Н.Б. Деятельность Международной программы химической безопасности. Проблема окружающей среды и природных ресурсов, 1991, №4, с. 30-48.

3. Арсеньев Ю.Н., Бушинский В.И., Фатуев В.А. Принципы техногенной безопасности производств и построения систем управления риском. Тула: ТГТУ, 1994, 111с.

4. Барковский А.И. Изучение кинетики синтеза и разложения метанола и разработка низкотемпературного катализатора высокого давления: Авто-реф. дис. . канд. техн. наук: 05.17.01, Санкт-Петербургский технологич. ин-т, СПб., 1992.

5. Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надежности. //Пер. с англ. // Под ред. Б.В. Гнеденко, М.: Сов. радио, 1969, 488 с.

6. Барлоу Р., Прошан Ф. Статистическая теория надежности и испытания на безотказность. //Пер. с англ. М.: Наука, 1984, 326 с.

7. Безопасность и предупреждение чрезвычайных ситуаций. Механизмы регулирования и технические средства. Каталог-справочник. М.: Институт риска и безопасности, 1997,251 с.

8. Белов П.Г. Моделирование опасных процессов в техносфере. Методические рекомендации. М.:АГЗ МЧС РФ, 1999, 124 с.

9. Буров A.B. Разработка и моделирование процесса восстановления медьсодержащих катализаторов для получения метанола: Дис. . канд. техн. наук: 05.17.01, Иваново, 1994.

10. Бухгалтер Э.Б. Метанол и его использование в газовой промышленности, М.: Недра, 1986.

11. Временные методические рекомендации. Программа проведение экспертизы промышленной безопасности в части идентификации производственных объектов. РД-02-98. М.: Госгортехнадзор России, 1998.

12. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1965, 524 с.

13. Горский В.Г., Курочкин В.К., Дюмаев K.M., Новосельцев В.Н., Браун Д.Л. Анализ риска методологическая основа обеспечения безопасности химико-технологических объектов. Рос. хим. журнал. 1994, N2, с. 54-61.

14. Горский В.Г., Моткин Г.А., Петрунин В.А., Терещенко Г.Ф., Шаталов A.A., Швецова-Шиловская Т.Н. Научно-методические аспекты анализа аварийного риска. -М.: Экономика и информатика, 2002, 260 с.

15. Горский В.Г., Швецова-Шиловская Т.Н., Павлинова Ж.Н. Концептуальные и математические основы анализа риска. Н.-т. отчет ГосНИИОХТ, М. 1992, 149 с.

16. ГОСТ 27.002 — 89. Надежность в технике. Термины и определения. М.: Стандарты, 1989. 30 с.

17. ГОСТ Р 12.3.047-98. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля. М.: Стандарты, 2001.93 с.

18. ГОСТ 27.310-95. Надежность в технике. Анализ видов последствий и критичности отказов. М.: Изд-во стандартов, 1997, 12 с.

19. ГОСТ Р 51901-2002. Управление надежностью. Анализ риска технологических систем. М.: Изд-во стандартов, 2002, 22 с.

20. Доклад о состоянии промышленной безопасности опасных производственных объектов, рационального использования и охраны недр Российской Федерации в 2002 году. Госгортехнадзор России. М., 2003. 106 с.

21. Елохин А.Н., Черноплеков А.Н. Опыт оценки потенциальной опасности промышленных объектов и внедрения элементов системы АПЕЛЛ в России. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1994, N11, с. 44-79.

22. Закс Л. Статистическое оценивание. М.: Статистика, 1976. -598 с.

23. Иволгин Д.В. Учет нестационарности при описании кинетики и прогнозировании работы катализатора синтеза метанола с использованием компьютерных методов: Дис. . канд. хим. наук: 02.00.04, Томск, 2000.

24. Измалков В.И. Экологическая безопасность, методология прогнозирования антропогенных загрязнений и основы проектирования химического мониторинга окружающей среды. С.-Пб.: НИЦ экологической безопасности РАН, 1994, 132с.

25. Измалков В.И., Измалков A.B. Безопасность и риск при техногенных воздействиях. М.-С.-Пб.: НИЦЕБ РАН, 1994, 250 с.

26. Караваев М.М., Леонов В.Е., Попов И.Г., Шепелев Е.Т. Технология синтетического метанола, М.: Химия, 1984 .

27. Караваев М.М., Мастеров А.П., Леонов В.Е. Промышленный синтез метанола, М., Химия, 1974.

28. Кафаров В.В., Мешалкин В.П., Перов В.Л. Математические основы автоматизированного проектирования химических производств: Методология проектирования и теория разработки оптимальных технологических схем. М.: Химия, 1979, 320 с.

29. Кафарова Н.И. Разработка технологии процесса совместного синтеза метанола и высших спиртов: Дис. . канд. техн. наук: 02.00.13, М., 1997.

30. Кендэлл М. Ранговые корреляции. М.: Статистика, 1975. -212 с.

31. Крамер Г. Математические методы статистики. М.: Мир, 1975. - 648 с.

32. Кенуй М.Г. Быстрые статистические вычисления. М.: Статистика, 1979. 69 с.

33. Коваль П.И. Физико-химический анализ и оптимизация крупнотоннажного производства метанола: Дис. . канд. техн. наук: 02.00.13, Томск, 1997.

34. Красных Б.А., Шаталов A.A., Саблин B.C., Печеркин A.C., Сидоров В.И. «Развитие процесса декларирования безопасности промышленных объектов в России». Безопасность труда в промышленности, 1995, № 10.

35. Кузьмин И.И. Разработка методологии минимизации риска, создаваемого экологически опасными объектами. Отчет РНЦ "Курчатовский институт". М., 1994, 93 с.

36. Кузьмин И.И., Шапошников Д.А. Концепция безопасности : от риска «нулевого» к «приемлемому» Вестник Рос. АН, 1994, т.4 N5, с. 402-408.

37. Курылев А.Ю. Формирование катализатора синтеза метанола с целью увеличения его стабильности: Дис. . канд. техн. наук: 05.17.01, СПб., 1997.

38. Легасов В.А. Из сегодня в завтра. Мысли вслух. М. 1996, 226 с.

39. Лисанов М.В. О техническом регулировании и критериях приемлемого риска // Безопасность труда в промышленности. 2004, №5. С. 11-14.

40. Малов Е.А., Шаталов A.A., Ягуд Б.Ю. Тестирование на профпригодность. Безопасность труда в промышленности, 1997, № 3.

41. Маршалл В. Основные опасности химических производств. //Пер. с англ. //Под ред. Б.Б.Чайванова и А.Н.Черноплекова. М.: Мир, 1989, 671 с.

42. Метанол и его переработка. Сб. науч. тр. НИИ техн.-экон. исслед. "НИИТЭхим", Гос. н.-и. и проект, ин-т метанола, компонентов мотор, топлив и продуктов орган, синтеза; Отв. ред. Ю. В. Лендер., М.: НИИТЭхим, 1985.

43. Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и на транспорте. М.: Штаб ГО и Госкомгидромет СССР, 1990, 27с.

44. Методические рекомендации по идентификации опасных производственных объектов. М.: Госгортехнадзор России , 1999, 48 с.

45. Мещеряков Г.В. Разработка систем регулирования процесса получения метанола по энергетическим критериям: Автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.13.07, Моск. химико-технол. ин-т, Новомосковск, 1987.

46. Моткин Г.А. Основы экологического страхования. М.: Наука, 1996,192с.

47. Мошняков Е.А. Разработка процессов получения диметилового эфира и метанола высшего качества с использованием принципов совмещения: Автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.17.08, Рос. хим.-технол. ун-т им. Д. И. Менделеева, М., 2003.

48. Муромцев Ю.Л. Безаварийность и диагностика нарушений в химических производствах. М.: Химия, 1990, 144 с.

49. Муштаев В.И., Шубин B.C., Рюмин Ю.А., Маркин М.Н., Толстиков A.B. Программное обеспечение тестирования персонала химических производств//Химическое и нефтегазовое машиностроение. №2. 2005. с. 44.

50. Надежность систем управления химическими производствами. Па-люх Б.В., Притыка Г.М., Перов В.Л. и др. М.: Химия, 1987, 176 с.

51. Надежность технических систем. Справочник. //Беляев Ю.К., Богатырев В.А., Болотин В.В. и др. //Под ред. И.А. Ушакова. М.: Радио и связь, 1985, 698 с.

52. Обновленский П.А., ред. Автоматизация потенциально опасных процессов химической технологии . Л.: ЛТИ, 1988, 164 с.

53. Овсиенко О.Л. Исследование влияния условий приготовления на физико-химические и каталитические свойства медь-цинк-алюминиевого катализатора синтеза метанола: Дис. . канд. хим. наук: 02.00.10, Северодо-нецк, 1994.

54. Писаренко E.B. Анализ и моделирование гетерогенно-каталитических процессов на примере процесса безрециркуляционного синтеза метанола: Автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.17.08, Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева, М., 2001.

55. Поллард Дж. Справочник по вычислительным методам статистики.-М.: Финансы и статистика, 1982. — 344 с.

56. Постоянный технологический регламент цеха метанола (М-100-4). HAK «Азот», 1996.

57. Предупреждение крупных аварий. Практическое руководство. // Пер. с англ. // Под ред. Э. В. Попова. М.: МП "Рарог", 1992, 256 с.

58. РД 03-418-01. «Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов», Госгортехнадзор России, 2001.

59. РД 50-690-89. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным., М.: Стандарты, 1990, 131 с.

60. Редин A.B. Равновесие реакций синтеза метанола и конверсии оксида углерода (II) водяным паром в условиях промышленного синтеза: Автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.17.01 Санкт-Петербургский Гос. Технол. Ин-т, СПб., 2000.

61. Розовский А.Я., Лин Г.И. Теоретические основы процесса синтеза метанола, М.: Химия, 1990.

62. Сафонов B.C., Одишария Г.Э., Швыряев A.A. Теория и практика анализа риска в газовой промышленности. М.: Изд-во НУМЦ Госкомэкологии , 1996,208 с.

63. Сб. н. трудов ВНИИГАЗа "Методологические аспекты оценки техногенных и природных рисков". М.: ВНИИГАЗ, 1999, 348 с.

64. Сб. н. трудов ВНИИГАЗа "Основные направления в решении проблемы экологического риска топливно-энергетического комплекса". М.: ВНИИГАЗ, 1994, 251 с.

65. Сб. н. трудов ВНИИГАЗа "Перспективы развития экологического страхования в газовой промышленности". М.: ВНИИГАЗ, 1998,402с.

66. Скороход A.A. Оптимальная организация химико-технологических процессов на основе энерготехнологических циклов: На примере производств метанола и совместного синтеза метанола и высших спиртов: Дис. . канд. техн. наук: 05.17.08, М., 2000.

67. Справочник по надежности. Перевод с английского Ю. Г. Епишина и Б.А. Смиренина/Под. ред. Б.Р. Левина, т. 1, М.: Мир, 1969. — 340 с.

68. Степанов H.H. Синтез метанола в условиях отравления низкотемпературного катализатора: Автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.17.01, Харьковский политехнич. ин-т, Харьков, 1991.

69. Технология синтетического метанола. Сб. науч. тр./Гос. н.-и. и проект, ин-т метанола и продуктов орган, синтеза "Госнииметанолпроект"; Отв. ред. Ю. В. Лендер., М.: НИИТЭхим, 1989.

70. Физико-химические основы синтеза метанола. Тез. докл. третьего всесоюз. совещ. "Метанол-3", Новомосковск, Тул. обл., 3-5 июня 1986 г. Редкол.: А. Я. Розовский (отв. ред.) и др., М.: Наука, 1986.

71. Халепа Н.В. Моделирование и оптимальная организация циклических режимов технологических схем получения метанола : Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук : 05.17.08, Рос. химико-технол. ун-т, М., 1994.

72. Хенли Э. Дж., Кумамото X. Надежность технических систем и оценка риска. // Пер. с англ.// Под ред. B.C. Сыромятникова. М.: Машиностроение, 1984, 528 с.

73. Химмельблау Д. Обнаружение и диагностика неполадок в химических и нефтехимических процессах. // Пер. с англ. JL: Химия, 1983, 352с.

74. Холлендер М., Вулф Д.А. Непараметрические методы статистики. М.: Финансы и статистика, 1983. - 518 с.

75. Шаталов A.A. «Состояние техники безопасности на подконтрольных Госгортехнадзору России предприятиях, производствах и объектах». Безопасность труда в промышленности, 1996, № 4.

76. Шаталов A.A., Кабанов B.C. «Обеспечение безопасности персонала в помещениях пультов управления взрывоопасными технологическими процессами». Безопасность труда в промышленности, 1994, № 3.

77. Шубин B.C. Прикладная надежность химического оборудования: Учебное пособие. Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2002. — 96.

78. Шубин B.C., Рюмин Ю.А., Маркин М.Н., Толстиков A.B., Панина Е.В., Крутиков A.A., Точилкин М.А. Программное обеспечение анализа надежности оборудования химических производств // Химическое и нефтегазовое машиностроение. №5. 2005. с. 40-41.

79. Abstracts of the First Russian SETAC Symposium on Risk Assessment for Environmental Contamination. St. Petersburg, Russia, 14-17 June 1998.

80. A Manager's Guide to Quantitative Risk Assessment, Evaluating Process Safety in the Chemical Industry. Ed. by J.S. Arend a.o. Chemical Manufacturers Association, Washington, D.C., 1989.

81. A Report of the Rijnmond Public Authority Risk Analysis of Six Potentially Hazardous Industrial Objects in the Rijnmond Area, a Pilot Study. D. Reidel Publishing Company, Dorderecht, Holland, 1982.

82. Bazovsky I. Reliability Theory and Practice, N.J.: Prentice-Hall, Engle-wood Cliffs, 1961.

83. Council Directive of 9 December 1996 "On the Control of Major-Accident Hazards Involving Dangerous Substances" (96/82/Ec). Official Journal of the European Communities, NLIO, 14.01.1997.

84. EERO Symposium on Chemical Risk Assessment: New Scientific Approach and Opportunities. M.: Int. Univ., 1994.

85. Guide to Hazardous Industrial Activities, Hague, 1985.

86. Guidelines for Auditing Process Safety Management Systems. Ibidem1993.

87. Guidelines for Hazard Evaluation Procedures. Center for Chemical Process Safety of the American Institute of Chemical Engineers. N.-Y., 1985.

88. Guidelines for Hazard Evaluation Procedures. Second Edition with Worked Examples. Ibidem, 1992, 461 p.

89. Guidelines for Improving Human Performance. Ibidem, 1992.

90. Guidelines for Process Equipment Reliability Data with Data Tables. Ibidem, 1989.

91. Guidelines for Safe Storage and Handling of High Toxic Hazard Materials. Ibidem, 1988.

92. Guidelines for Technical Process Safety. Ibidem, 1987.

93. Guidelines for Use of Vapor Cloud Dispersion Models. Ibidem, 1987.

94. Guidelines for Vapor Release Mitigation. Ibidem, 1988.

95. Handbook of Chemical Hazard Analysis Procedures. U.S. Department of Transportion, March 1992.

96. Health and Safety Excutive, Canvey: a Second Report. HMSQ, London, 1981.

97. High Risk Safety Technology. Ed. by A.E. Green, N.Y.; Wiley, 1987,654 p.

98. IEC 1025:1990 Fault tree analysis (FTA) / Стандарт МЭК «Анализ дерева отказов», 1990.

99. Katzman Т. Environmental Impairment Insurance and the Regulation of Chemical Pollution, CPCU Journal, September 1986, p. 163-178.

100. Kumamoto H, Henley E.J. Probabilistic Risk Assessment and Management for Engineers and Scientist. Second Edition. N.Y. : IEEE Press 1996, 598 p.

101. Major Accident Hazards of Industrial Activities ("Seveso Directive"). European Economic Community, Council Directive 82-501-EES Official Journal (OJ), Reference NL 230. 5.8.1982. Amended October 1982.

102. Manual of Industrial Hazards Assessment Techniques. The World Bank. Washington., D.C., 1985.

103. Nomenclature of Hazard and Risk Assessment in Process Industries. The Institution of Chemical Engineers. Rugby, Warks, England, 1985.

104. Paradakis G.A., Amendola A. (Eds.) Guidance on the Preparation of a Safety Report to Meet the Requirements of Council Directive 96/82/EC (Seveso II). EC Publication, Luxembourg, 1997.

105. Proceedings 9th Annual Conference. Risk Analysis: Facing the New Millennium. Ed. by L.H.J. Goossens. Rotterdam The Netherlands. October 10-13, 1999. Delft University Press, 1999, 910 p.

106. Reactor Safety Studia an Assessment of Accident Risk in US Commercial Nuclear Power Plants. WASH 1400. United States Nuclear Regulatory Commission. (NUREG - 75/014), 1975.

107. Report on the Results of the ARIPAR Project, Italian Civil Protection Department and Emilia Romagna Region, Bologna, Italy, 1992 (in Italian).

108. Risk Analysis in the Process Industries. The Institution of Chemical Engineers, Rugby, Warks, England 1985.

109. Risk Assessment and Management Handbook: For Enviromental Health and Safety Professional Eds.: R. Kolluru, S. Bartell, P. Pitblade, S. Stricoff. N.Y.: Me Graw-Hill, 1995.

110. The German Risk Study Summary. The Federal Ministry for Research and Technology. 1979.