Система централизованного теплоснабжения является технически сложной, состоящей из большого количества последовательно соединенных элементов. Объект исследования – трубы тепловых сетей г. Волжского. На сегодняшний момент она имеет значительный износ. Актуальность заключается в аргументированном обосновании реконструкции магистральных теплопроводов тепловых сетей. Данный вопрос ранее не исследовался.
Целью работы является выявление наиболее ненадёжных трубопроводов тепловых сетей. Для решения этой задачи: рассчитаны математическое ожидание, дисперсия случайной величины и среднеквадратичное отклонение. Интенсивность отказов материально и качественно представлены графически.
По типу система теплоснабжения г. Волжского открытая с непосредственным водоразбором сетевой воды на нужды горячего водоснабжения. Регулирование отпуска тепловой энергии – центральное качественное. Тепловые сети много кольцевые, разветвленные, тупиковые, 2- трубные и от ЦТП: 3-х и 4-х трубные.
Общая протяженность труб тепловых сетей 358 233 п. м., материальная характеристика 59 299 м2. Графически характеристика тепловых сетей представлена на рис. 1. и рис. 2.
Рис. 1 - Распределение длин трубопроводов различных диаметров от года прокладки
Рис.2 – Удельный состав тепловых сетей
Исследованию подвергались 15 категорий труб различного диаметра от 50 мм до 1200 мм. В таблице 1 представлены данные по отказам трубопроводов различного диаметра по годам, а также их протяженность.
Таблица 1 – Количество отказов на тепловых сетях
Условный диаметр, мм |
Протяженность , м |
Количество отказов в год, шт/год |
||
2010 |
2011 |
2012 |
||
50 | 25137,3 |
1 |
1 |
1 |
70 | 45798,9 |
9 |
1 |
8 |
80 | 48920,6 |
1 |
9 |
9 |
100 | 62033,3 |
1 |
6 |
12 |
125 | 19057,3 |
4 |
2 |
2 |
150 | 32293,7 |
3 |
4 |
5 |
200 | 17566,1 |
3 |
0 |
1 |
250 | 12736,9 |
1 |
1 |
1 |
400 | 10348 |
6 |
3 |
1 |
500 | 12882,1 |
14 |
7 |
39 |
600 | 12411,7 |
1 |
5 |
1 |
700 | 2309 |
0 |
2 |
0 |
800 | 3830,5 |
6 |
1 |
5 |
900 | 1700 |
8 |
19 |
3 |
1200 | 4789,5 |
0 |
4 |
0 |
Всего |
335533 |
58 |
65 |
88 |
В расчете использовались следующие показатели надёжности:
Математическое ожидание числа отказов
Интенсивность отказов зависит от времени Т и характеризуется зависимостью
Средняя интенсивность отказов рассчитывается по формуле
Дисперсия случайной величины определяется
Результаты расчётов сведём в таблицу 2.
Таблица 2 – Результаты исследований
Условный диаметр, мм |
λ, ч-1 |
M[x], год |
S2, год2 |
σ, год |
|||
2010 |
2011 |
2012 |
среднее |
||||
50 мм |
0,0001142 |
0,0001142 |
0,0001142 |
0,0001142 |
1 |
1,5 |
1,225 |
70 мм |
0,0010274 |
0,0001142 |
0,0009132 |
0,0006849 |
6 |
53,99 |
7,348 |
80 мм |
0,0001142 |
0,0010274 |
0,0010274 |
0,000723 |
6,33 |
60,15 |
7,756 |
100 мм |
0,0001142 |
0,0006849 |
0,0013699 |
0,000723 |
6,33 |
60,15 |
7,756 |
125 мм |
0,0004566 |
0,0002283 |
0,0002283 |
0,0003044 |
2,67 |
10,66 |
3,266 |
150 мм |
0,0003425 |
0,0004566 |
0,0005708 |
0,0004566 |
4 |
23,99 |
4,898 |
200 мм |
0,0003425 |
0 |
0,0001142 |
0,0001522 |
1,33 |
2,67 |
1,633 |
250 мм |
0,0001142 |
0,0001142 |
0,0001142 |
0,0001142 |
1 |
1,5 |
1,225 |
400 мм |
0,0006849 |
0,0003425 |
0,0001142 |
0,0003805 |
3,33 |
16,66 |
4,082 |
500 мм |
0,0015982 |
0,0007991 |
0,0044521 |
0,0022831 |
20 |
599,86 |
24,492 |
600 мм |
0,0001142 |
0,0005708 |
0,0001142 |
0,0002664 |
2,33 |
8,16 |
2,857 |
700 мм |
0 |
0,0002283 |
0 |
7,61E-05 |
0,67 |
0,67 |
0,816 |
800 мм |
0,0006849 |
0,0001142 |
0,0005708 |
0,0004566 |
4 |
23,99 |
4,898 |
900 мм |
0,0009132 |
0,0021689 |
0,0003425 |
0,0011416 |
10 |
149,97 |
12,246 |
1200 мм |
0 |
0,0004566 |
0 |
0,0001522 |
1,33 |
2,67 |
1,633 |
среднее |
0,0004414 |
0,0004947 |
0,0006697 |
0,0005353 |
4,69 |
32,97 |
5,742 |
Пересчитав показатели интенсивности отказов λ в повреждаемость на метр трубы и повреждаемость м2, построим следующий график рис. 3.
Рис. 3 – График удельной интенсивности отказов теплопроводов различного диаметра.
Из графика, изображенного на рисунке 3 видно, что наибольшему повреждению подвержены трубопроводы диаметром 500 мм и 900 мм, относящиеся к магистральным, занимающие в общем объёме тепловой сети 13,63% площади и 4,35% протяженности. В то же время самыми устойчивыми к износу являются трубы 200 мм и 250 мм, 11,45% и 9,03% соответственно.
Аварийные очаги возникают в первую очередь из-за значительного физического износа теплопроводов вследствие длительного срока эксплуатации. Наиболее значимые причины: старение металла, внутренняя и внешняя коррозии. Для труб, находящихся в эксплуатации длительное время рекомендуется увеличивать число плановых проверок, пока заменить их не станет экономически целесообразно.
Для обеспечения безопасной и эффективной работы при управлении режимами эксплуатации и ремонта необходимо знать фактический уровень надежности тепловых сетей с учетом воздействия реальных эксплуатационных факторов. Поэтому актуальной задачей является разработка методов и математических моделей количественной оценки показателей эксплуатационной надежности и их прогнозирование. Полученные результаты могут быть использованы при в дальнейших разработках.
Библиографический список
- Труханов В.М., Тарнаев А.Г. Надёжность и диагностика сложных систем. – М.: Издательский дом «Спектр», 2016. – 175 с.