3.3.2.Временное резервирование

Временное резервирование объектов химической индустрии реализуется с использованием следующих приемов и операций [88]:

1)увеличение в условиях эксплуатации расчетного времени функционирования, необходимого для выполнения поставленной цели или для выпуска заданного количества химической продукции;

2)аппараты и машины разрабатываются на большее значение производительности, чем это требуется по расчету, и, следовательно, объекты могут выполнять задание за более короткий промежуток времени, чем это установлено планом;

3)ввод в структуру технологической схемы промежуточных емкостей (резервуаров и бункеров для накопления продукта) между отдельными аппаратами производства. Этот прием создает условия, позволяющие продолжать функционирование технологической схемы, даже если часть оборудования до промежуточного резервуара или бункера остановлена, так как питание последующей части схемы возможно осуществлять из этого промежуточного резервуара или бункера. Подобную роль в химических и нефтехимических производствах играют газгольдеры, склады и т. д.;

4)функциональная инерционность объектов, например тепловая инерционность печей, обусловленная массивами футеровки, предотвращает быстрое снижение температуры печи при перерыве в подаче горючего. Инерционность объектов позволяет за малый возможный промежуток времени ликвидировать аварию, переключив процесс на какой-либо резервный объект или выполнив какие-либо другие операции. Более подробно рассмотрим специфические особенности ввода временного резерва. Временной резерв в виде емкостей широко используется для повышения надежности ХТС крупнотоннажных производств нефтепереработки и нефтехимии, а также для повышения надежности совмещенных и гибких ХТС производств многоассортиментной химической продукции. При оптимизации надежности ХТС крупнотоннажных химических производств [38, 39, 48]ввод промежуточных емкостей в большинстве случаев не используется [1].

Если для ХТС химических производств наиболее приемлемым способом повышения надежности является применение резервного технологического оборудования (структурного резервирования), то для установок нефтепереработки и нефтехимии может быть применено комбинированное структурно-временное резервирование [91].В этой работе показано, что введение структурного или аппаратурного резерва позволяет значительно сократить резерв времени (а следовательно, и емкость промежуточных резервуаров), требуемый для обеспечения необходимой вероятности безотказной работы. Между тем наличие сравнительно небольшого временного резерва, обеспечиваемого применением промежуточных резервуаров, позволяет уменьшить кратность поэлементного резервирования.

3.3.3.Информационное, функциональное и нагрузочное резервирование

Информационное резервированиеиспользуют для повышения надежности АСУ ТП, автоматизированных систем сбора и переработки информации, систем защитных блокировок и сигнализации объектов химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Важнейшими компонентами АСУ ТП и различных автоматизированных систем переработки информации в химической индустрии являются каналы связи, по которым осуществляется различная информация между передатчиком и приемником информации. При физической неисправности самого канала связи (например, при его обрыве) или при возникновении помех в канале связи происходит отказ, проявляющийся в нарушении связи или в нарушении правильности передаваемой информации.

Для увеличения надежности передачи информации можно создать некоторую информационную избыточность, используя следующие технические приемы:

1)многократная передача одного и того же сообщения по одному каналу связи; тогда при возможных помехах некоторая часть этих сообщений исказится, но другая часть будет верной. Допускается, что в результате помех всегда искажается меньшая доля сообщений, а большее число сообщений дает верную информацию, т. е. вопрос о правильности того или иного (искаженного) сообщения решается голосованием;2)параллельная передача сообщения по нескольким каналам связи. В этом случае предполагают, что большинство каналов передадут правильные сообщения, т. е. истинность передачи информации опять определяется голосованием. Системы, в которых решение надо принимать голосованием, называются.мажоритарными.В математике часто пользуются так называемымимажоритарными функциями.Мажоритарная функция— это функция многих переменных, которая может принимать только два значения: 1или 0,причем функция принимает значение 1тогда, когда число ненулевых переменных, входящих в нее, больше числа переменных, принявших значение 0.В противном случае функция принимает значение 0;

3)замена полного истинного сообщения по каналу связи передачей этого сообщения в виде кода. Соответствующее кодирование сообщений может способствовать увеличению надежности передачи информации.

В АСУ и ЦВМ все чаще применяют коды, обнаруживающие и исправляющие ошибки, которые появляются в результате сбоев и отказов аппаратуры. Использование информационного резервирования влечет за собой необходимость введения избыточных технических элементов.

Функциональное резервированиепредусматривает использование способности элементов выполнять дополнительные избыточные функции. Приведем пример функционального резервирования в области химического машиностроения [88].В одном случае имеется группа специализированных станков, каждый из которых может выполнять только одну из последовательных операций обработки изделия; в резерв, вероятно, придется назначить по специализированному станку на каждый станок в линии, т. е. это будет резерв всей линии. Однако можно решить эту задачу иначе—в резерв назначить универсальный или многооперационный станок, который обеспечит выполнение различных операций или различных функций.

Другим примером функционального резервирования объектов химической индустрии является создание конструкционно совмещенных реакционно-массообменных процессов, протекающих в одном аппарате химической технологии [92].

К функциональному резервированию будем относить и так называемую производственно-изготовительную избыточность, часто используемую для обеспечения и повышения надежности конструкций изделий химического машиностроения [88].Под производственно-изготовительной избыточностью понимают изготовление изделий с повышенным классом точности в сравнении с традиционным, при этом создаются условия для увеличения надежности и долговечности, поскольку в процессе функционирования объект сначала изнашивается до традиционного класса точности, а затем уже идет обычный процесс изнашивания.

Нагрузочное илирежимное резервирование предусматривает использование способности объекта воспринимать дополнительные, или избыточные, нагрузки. Этот прием давно используется в химическом машиностроении: вводятся коэффициенты запаса прочности для конструкций, снижаются допустимые режимные параметры функционирования (например, снижают допустимые частоту вращения элементов, давление и т. д.).

Резервирование в химической промышленности широко используют для повышения надежности систем энергоснабжения производств и предприятий, к которым относятся системы электро-, тепло- и водоснабжения [13, 88].Резервирование устройств техники безопасности также находит широкое применение (например, устанавливают несколько предохранительных клапанов на один резервуар высокого давления).

Каждый из рассмотренных нами видов резервирования объектов можно практически реализовать в химической индустрии различными способами, сущность которых изложена ниже.