книги / Техническая диагностика остаточного ресурса и безопасности

ПРОЕКТИРОВАНИЕ Анализ рисков и безопасности

Рис. 5.2. Блок-схема анализа прочности и безопасности потенциалыю опасных объектов при штатных и нештатных ситуациях

(ТЗ) с введением базовых требований по прочности, ресурсу и безопасности в соответствии с нормами. Сама разработка проекта состоит из ряда стадий (принципиальные схемы, предэскизный, технический и рабочий проекты). На этой стадии разрабатываются физические и математические модели с примене­ нием ЭВМ и систем автоматизированного проектирования (САПР) для штатных и аварийных ситуаций.

На стадии проектирования СВО, КВО, ОПО и ОТР новых поколений про­ водится анализ прочности на основании нормативных и дополнительных расче­ тов и обосновывается исходный ресурс безопасной эксплуатации с выполнением требований приемлемого риска. Основными критериями и характеристиками таких расчетов являются: эксплуатационные нагрузки Р, температуры Т (0, чис­ ла циклов N, частоты f характеристики сопротивления материалов R (at, ст», а л„), деформации е, дефекты /.

182Глава 5. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ РЕСУРСА

Вкачестве допустимых обосновываются [А], [Р], [/] с заданными запасами п. По комплексу расчетных и эксплуатационных исследований составляется за­ ключение о прочности и ресурсе в соответствии с нормами. Дополнительно к расчетам прочности и ресурса на основе определяющих выражений гл. 1-4 дол­ жен быть проведен анализ живучести, рисков и безопасности.

На стадии изготовления решаются вопросы выбора, обоснования и развития технологий материалов и контроля в соответствии с нормами и правилами. Для изготовленных элементов, систем и объектов в целом устанавливаются исход­ ные состояния: фактические механические свойства и их отклонения от техни­ ческих требований, уровень реальной дефектности несущих узлов, геометриче­ ские формы и их отклонения.

Уточненные данные дефектоскопического контроля заносятся в паспорта и в память ЭВМ. Все эти данные являются исходной информацией о характери­

стиках прочности R„,(GB), ЛДад, деформативности А (удлинений 5), Z (сужении \|/), деформациях е, температуре t, скорости роста трещин dl/dN (или dl/dx.). На их основе проводится уточнение проектных параметров прочности и ресурса. Проблемы живучести и безопасности объектов требуют на этой стадии анализа возможных отказов по причинам технологической наследственности.

Стадия испытаний включают различные их виды и комбинации: автоном­ ное испытание (АИ) узлов, стендовые испытания узлов, агрегатов и изделий, огневые и имитационные испытания. Завершающими оказываются штатные ис­ пытания головных образцов с воспроизведением реальных эксплуатационных и экстремальных режимов. На этой стадии должен проводиться анализ источни­ ков и сценариев аварийных ситуаций.

С использование тех же критериев, что и для стадий проектирования и из­ готовления, проводится дополнительное уточнение допустимых предельных на­ грузок [Р] и долговечности [N] для штатных и аварийных ситуаций. На этой ос­ нове составляется заключение о ресурсе, методах последующего контроля и на­ значаются уточненные режимы эксплуатации, исходя из требований заданных условий рисков.

Для стадии ввода в эксплуатацию осуществляются предпусковые и пуско­ вые испытания (холодная и горячая обкатка), физический пуск (с корректиров­ кой всех систем поддержания эксплуатации) и ввод в эксплуатацию по требова­ ниям норм и правил безопасной эксплуатации. При этом назначается и уточня­ ется система штатной диагностики основных параметров: нагрузок Р, темпера­ тур Т, циклов N, частот/ дефектов / (с использованием преимущественно штат­ ных систем ультразвуковой диагностики). Для объектов высокой потенциальной опасности разрабатываются, создаются и применяются методы и системы штат­ ной диагностики для нормальных условий эксплуатации, а также и специальные системы оперативной диагностики аварийных ситуаций - с использованием тензо- термометрии, акустической эмиссии (АЭ), термовидения (ТВ), импульсной голографии (ИМГОЛ), способные работать при развитии чрезвычайных ситуа­ ций. Получаемые при этом данные могут давать исходную информацию для

включения систем автоматической защиты (САЗ) и систем автоматической опе­ ративной защиты (САОЗ), систем оповещения и эвакуации.

На начальной стадии штатной эксплуатации важно получить информацию по подтверждению или корректировке проектных решений о прочности и ресур­ се. По мере исчерпания уточненного проектного ресурса необходимо проводить оценку остаточного ресурса безопасной эксплуатации. В целях обобщения ин­ формации по всем стадиям жизненного цикла объекта следует использовать унифицированные критерии и компьютерные программы. При этом текущие данные о ресурсе в штатных режимах могут выводиться на блочные щиты управления (БЩУ) и бортовые счетчики ресурса (БСР). Для объектов повышен­ ной безопасности и ресурса в период эксплуатации потребуется обязательное введение комплексных систем защиты с построением новых систем диагности­ ки, основанных на анализе рисков, когда диагностика осуществляется по пара­ метрам опасных энергией, веществ и информации.

Применительно к стадии эксплуатации при исчерпании исходного и оста­ точного ресурса важным научно-техническим и экономическим вопросом ста­ новится вопрос о безопасном выводе объектов из эксплуатации (особенно в слу­ чаях накопленных остаточных радиоактивных излучений Ф, химических воз­ действий, нештатных и аварийных воздействий на объекты, персонал и окру­ жающую среду). При этом вывод из эксплуатации должен сопровождаться та­ ким же анализом безопасности и рисков, как и сама эксплуатация.

Вопросы для самопроверки

1.С помощью каких методов диагностики определяются параметры проч­ ности, ресурса и живучести?

2.Назовите основные расчетные характеристики остаточного ресурса и жи­ вучести, определяемые расчетными методами и методами диагностики.

3.Какие методы технической диагностики являются наиболее информатив­ ными при определении остаточного ресурса и безопасности?

4.Каким целям служат штатная и аварийная диагностики состояния технических систем?

5.Как связаны потенциальные опасности объектов и уровень их диагностического контроля?

-расчетно-обоснованный выбор геометрических форм и размеров несущих элементов конструкций, конструкционных материалов и технологий;

-расчетное нормативное определение запасов исходной прочности и ресур­ са по данным технических заданий на эксплуатацию, расчетным размерам сече­ ний и заданным техническими условиями или стандартами характеристикам ме­ ханических свойств;

-расчетно-экспериментальное обоснование живучести несущих конструк­ ций с исходными или возникшими повреждениями, выходящими за пределы установленных норм и правил (по степени развития дефектов и трещин, по сте­ пени образования деформаций и деградации конструкционных материалов);

-расчетно-экспериментальное определение остаточной прочности, ресурса

иживучести по принятой системе запасов после заданной стадии эксплуатации потенциально опасного объекта;

-расчетное определение рисков возникновения опасных состояний на за­ данной стадии эксплуатации объекта с учетом запасов по прочности, ресурсу и живучести;

-создание и использование универсальных и специальных систем штатной

иаварийной диагностики.

Результаты фундаментальных исследований и прикладных разработок по­ зволяют научно обосновать и принимать главные базовые решения возможности и допустимости реализации проекта, создании или эксплуатации потенциально опасного объекта:

-по комплексу назначенных и полученных в процессе диагностирования и

врасчетах запасов при оценке прочности, ресурса, живучести и рисков;

-по величинам запасов при оценке рисков возникновения опасных состоя­ ний с учетом приемлемых уровней рисков для заданной стадии функционирова­ ния потенциально опасного объекта.

Полученные расчетные величины запасов позволяют разрабатывать и реа­ лизовывать комплексные конструкторские, технологические, эксплуатационные, контрольные и надзорные мероприятия:

-по обеспечению и управлению исходной и остаточной прочностью, ресур­ сом и живучестью;

-обеспечению, повышению и управлению безопасностью с использовани­ ем критериев риска.

Изложенные в настоящем учебном пособии материалы использовались в

лекциях проф. В.В. Москвичева, О.Ф. Чернявского, А.О. Чернявского, А.Н. Полилова, И.Р. Кузеева, Ж.М. Бледновой, С.К. Каргапольцева, А.М. Лепихина, В.Н. Пермякова в ведущих вузах страны и научно-образовательных центрах.

Материалы настоящего учебного пособия могут способствовать переходу к новому этапу исследований, проектирования, создания и эксплуатации объектов техносферы, удовлетворяющих повышенным комплексным требованиям проч­ ности, ресурса, живучести и безопасности на единой методологической основе.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научнотехнические аспекты : в 34 т. М .: МГФ «Знание», 1997-2009.

2.Достижения и задачи машиноведения. К 70-летию академика К.В. Фро­ лова. М.: МГФ «Знание». 2006.416 с.

3.Фролов К.В. Избранные труды : в 2 т. М .: Наука, 2007.

4.Неразрушающий контроль : справочник : в 8 т. / под общ. ред.

В.В.Клюева. М .: Машиностроение. 2005.

5.Махутов Н.А. Прочность и безопасность. Фундаментальные и приклад­ ные исследования. Новосибирск: Наука, 2008. 528 с.

6.Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безо­ пасность : в 2 ч. Новосибирск: Наука. 2005.

7.Исследования прочности при малоцикловом нагружении : в 8 кн. / под ред. С.В. Серенсена, Н.А. Махутова, М.М. Гаденина. М .: Наука, 1975 - 2006.

8. Исследования напряжений и прочности ядерных реакторов : в 9 кн.

/под ред. Н.А. Махутова, М.М. Гаденина. М .: Наука, 1987 - 2009.

9.Прочность. Механика разрушения. Ресурс. Безопасность технических систем : в 5 кн. Новосибирск: Наука, 2002 - 2006.

10.Машиностроение : энциклопедия : в 30 кн. М. : Машиностроение, 1994

-2010.

11.Гражданская защита : энциклопедия : в 4 т. / МЧС России, М. : 2006 -

2007.

12.Махутов Н.А., Пермяков В.Н. Механика деформирования и разруше­ ния нефтегазохимических объектов : учеб, пособие. Тюмень : ТГНГУ, 2003. 189 с.