Как показали расчеты, в производстве минеральных удоб­рений основное влияние на критерий качества функционирова­ния системы, т. е. на прибыль, оказывает надежность, показа­тель которой входит в нее как непосредственно, так и в соста­ве себестоимости. В связи с этим повышению надежности работы технологических систем уделяют особое внимание. Количественный анализ простоев как отдельных видов обору­дования, так и химических производств в целом, закладывае­мых на стадии проектирования, происшедших в пусковой пери­од и в течение длительной эксплуатации, проведен в работах [322—326].

Надежность работы оборудования технологических линий производства комплексных удобрений исследована [204] в ус­ловиях длительной (не менее одного года) эксплуатации про­мышленных цехов. Методика проведения эксперимента включа­ет обработку первичной информации о частоте и длительности отказов, категорируемых по причинам на три основные груп­пы: 1) внешние, т. е. независимые от технической сущности линии; 2) внутренние технологические, т. е. возникающие под воздействием параметров функционирования; 3) внутренние механические, т. е. являющиеся следствием некачественного изготовления или ремонта оборудования либо отработки им своего ресурса. Обе категории отказов по внутренним причи­нам в большей или меньшей степени зависят от параметров работы линии, в том числе от свойств продуктов.

Анализ большого объема данных по эксплуатации цехов показал, что независимо от видов сырья и продукции, произво­дительности, других особенностей технологии в туковой про­мышленности преобладают внеплановые простои, основная часть которых вызвана внешними причинами, что свидетельст­вует о недостаточно высоком уровне организации производства, в частности служб снабжения, сбыта, ремонта, энергоснабже­ния и пр. Эти вопросы не зависят от технической сущности производства, относятся к иной ступени иерархии подотрасли и в данной книге не рассматриваются.

Внутренние причины отказов оборудования целесообразно оценивать коэффициентом технического использования и на­работкой на отказ, зависящими от вида продукции и техноло­гии.

Исследована надежность работы оборудования различных вариантов тех­нологических схем производства двойного суперфосфата: поточной с предвари­тельным удалением влаги сушкой в распылительной сушилке и гранулирова­нием окатыванием (PC), камерной с гранулированием в окаточном бараба­не (К), поточной с сушкой и гранулированием в барабанном грануляторе-су­шилке (БГС). Анализ показал, что наиболее вероятны простои длительностью до 1 ч, т. е. ремонты несложные. Для схем PC и К такие остановки составляют 60%. Для схемы БГС — 30%. Вероятность более длительных простоев во всех схемах также достаточно высока. На рис. 9-1 (а—в) показаны структуры отказов упомянутых схем, из которых видно, что наиболее часто выходят из строя аппараты для сушки пульп, а также транспортные устройства.

Коэффициент технического использования однотипного оборудования в различных схемах производства двойного суперфосфата примерно одинаков и находится на уровне 0,94—0,99, что свидетельствует о быстром устранении неполадок. Однако даже кратковременные остановки нежелательны, посколь­ку приводят к уменьшению средней производительности, что объясняется по­терей времени, сырья и энергии на пуск и выход на режим. Так, при увеличе­нии на 30% числа отказов линии с БГС средняя производительность падает в 1,5 раза (рис. 9-2).

Следовательно, повышение надежности отдельных элемен­тов подсистем является необходимым, но недостаточным усло­вием увеличения надежности системы. Для достижения этой цели следует оптимизировать совокупную работу подсистем. Один из методов описан в разд. 9.2.

Другой действенный путь повышения надежности систем — резервирование, широко используемое в различных отраслях [327—329]. Обычно его применяют для компенсации внеплано­вых простоев отдельных видов оборудования. Однако, как от­мечалось выше, в производстве удобрений большая часть про­стоев возникает из-за случайных отказов почти всех сравни­тельно надежных элементов системы, что делает нецелесооб­разным поэлементное резервирование. В то же время за счет плановых простоев, необходимых для капитальных и текущих ремонтов, надежность подсистем существенно различна. По­скольку подсистемы включены в систему последовательно, ос­тановка на ремонт любой из них приводит к остановке всей системы. В связи с этим возникает резерв рабочего времени быстро ремонтируемых подсистем. Для его реализации следует иметь резервную подсистему, аналогичную находящейся в ре­монте.

В производстве минеральных удобрений, как отмечалось в гл. 1, основная ветвь системы состоит из трех последовательно включенных подсистем: химического превращения и первично­го удаления влаги (I), сушки и гранулирования (II), класси­фикации и дробления (III). По существующим нормам [330] относительная продолжительность их ремонтов следующая (kn — коэффициент ремонта, показывающий, какая доля кален­дарного времени затрачивается на плановый ремонт): I —

0,5 II —Лп; III —0,1 Л„.

Таким образом, при наличии резервной подсистемы II продолжительность плановых простоев системы сокращается вдвое. Естественно, что при этом растут капитальные вложе­ния, и целесообразность такого резервирования следует прове­рять по максимуму целевой функции (9.1).

Максимальный эффект от резервирования одной подсисте­мой достигается при подключении ее к нескольким системам, работающим параллельно. Число этих систем (при условии их неодновременного ремонта) рассчитывают по формуле

л=[1/М1 — М] — 1, (9.16)

где kp — отношение времени наиболее продолжительного ремонта нерезерви - руемого оборудования к времени ремонта резервируемого оборудования.

Следует заметить, что предпочтительнее резервирование подсистемы, полупродукт из которой выходит в виде жидкости, поскольку монтаж и эксплуатация коллекторов и трубопрово­дов небольшого диаметра не представляет трудностей. Объеди­нения таких подсистем для нескольких однотипных технологи­ческих систем обеспечивает повышение надежности даже без введения резервных элементов.

Наиболее простой путь уменьшения внеплановых простоев системы — установка между подсистемами накопителей полу­продукта с емкостью, достаточной для обеспечения работы в течение 2-—3 ч, т. е. на время проведения основного объема внеплановых ремонтов.

Компенсация внеплановых простоев установкой ненагружен - ного резерва наиболее часто ремонтируемых аппаратов неже-

РИС. 9-2. Зависимость средней производительности линии с аппаратом Б ГС Q от числа отказов п

лательна по двум причинам: во - первых, таких аппаратов доста­точно много, во-вторых, основ­ные из них работают на тепло­вых источниках энергии, запус-

ся аварийный ремонт. Поэтому резервирование следует осуществлять постоянно работающими подсистемами. Правда, это связано с дополнительными затра­тами, а при отсутствии аварий — и с понижением фактической производительности подсистемы без изменения ее надежности, т. е. приводит к неоптимальным значениям Э — см. уравнение (1.6). Такое резервирование для каждого конкретного случая должно быть проверено по уравнению (9.1).

Отметим, также что использование нагруженного резерва допустимо для аппаратов, изменение производительности кото­рых, хотя и понижает эффективность, но не ухудшает условия ведения процесса (например, транспортные средства). Сниже­ние нагрузки таких аппаратов, как грануляторы, смесители, реакторы и т. п., нежелательно, поскольку при этом затрудня­ется поддержание заданного режима их работы. Таким обра­зом, резервирование для уменьшения внеплановых простоев — не лучший путь повышения надежности, но он целесообразен в том случае, когда нет других способов, и шунтирование под­системы одновременно способствует снижению плановых про­стоев.

Для примера рассмотрим линию (систему) получения аммо­фоса по схеме с БГС. Надежность ее подсистем характеризу­ется частным коэффициентом технического использования k'-r, равным отношению времени работы к сумме времени работы и внеплановых простоев. При производительности 17 т/ч kT под­системы равно: I — 0,88; II —0,96; III —0,98.

Для повышения общей надежности системы следует повысить надежность подсистемы первичного удаления влаги путем установки нагруженного резер­ва. Задаваясь величиной k'm, по формуле, заимствованной из работы [331] и преобразованной для наших условий, рассчитаем необходимое число подси­стем выпаривания пульпы:

X=entier(lg[l — fen]/lg[l — £'ТІ]}+1,

где entier — целая часть числа; индексы II и I относятся к заданному и реаль­ному fe/.

При £'тп=0,96 Х=2, т. е. для обеспечения одинаковой надежности всех подсистем следует на каждую подсистему сушки и гранулирования иметь две подсистемы выпаривания. С учетом плановых ремонтов коэффициент техни-
чесного использования системы возрастает с 0,77 до 0,84, а увеличение от этого прибыли на порядок превышает увеличение себестоимости продукции, т. е. такое резервирование эффективно.

. Если один резервный аппарат включен совместно с параллельно работаю­щими в цехе аппаратами, то общая надежность этой системы однотипного оборудования может быть рассмотрена из условия работы п из л+1 аппара­тов [332], т. е, в нашем случае по уравнению

Ч = (п + 1) ч"(і - Ч) + V+1> О-18)

где индексы 1 и 2 относятся к аппарату и системе.

При двух резервных аппаратах уравнение (9.18) имеет вид:

4= [(«+!) («+2)/2]Ч"(1 -Ч>2+ (»+ 2)Чв+10 -Ч> +ЧЯ+*- (9.19)

Очевидно, что уравнение (9.19) дает идентичные уравнению (9.18) резуль­таты при равном соотношении действующих и резервных аппаратов. По этим уравнениям при различных значениях feTl одного аппарата построены зависи­мости kr2 группы от числа параллельно работающих аппаратов (рис. 9-3). Для заданного числа линий по графику определяют надежность данной группы и далее по формуле (9.1) —целесообразность установки резерва.

Как отмечалось выше, установка нагруженного резерва оп­равдана только в случае сохранения оптимальных условий ве­дения процесса при изменении производительности, т. е. при неизменной технической эффективности. Однако в любом слу­чае это ведет к понижению экономической эффективности. Це­лесообразность экономической оценки уровня надежности хи­мико-технологической системы при резервировании отдельных видов оборудования, временном снижении выработки продук­ции убедительно показана в работе [333]. Однако при этом не

РИС. 9-4. Зависимость условных расходов на производство аммофоса Р от производительности линии Qnp, имеющей при производительности 40 т/ч различный коэффициент технического использования kT

учтено соотношение масштабов сравниваемых систем. В связи с этим встает вопрос об определении их оптимальной произво­дительности.