离心式压缩机失效故障树分析

资源类型:pdf 资源大小:232.00KB 文档分类:工业技术 上传者:张秀媚

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【作者】 李俊山  张鹏  刘武  陈小峰 

【出版日期】2005-04-20

【刊名】石油和化工设备

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1FTA方法特点故障树分析法(简称FTA,FaultTree Analysis)是在系统设计过程中,通过对可能造成系统故障的各种因素(硬件、软件、环境、人为因素等)进行分析,画出逻辑框图(故障树),从而确定各种故障组合方式和发生概率,并采取相应的改进措施,提高系统可靠度的一种设计分析方法。该方法具有简明、灵活、直观等优点。通过建树过程,可以加深对系统的理解,从而找出系统薄弱环节,提高系统的安全性和可靠性。用故障树法对离心式压缩机进行可靠性分析,通过对各因素间的逻辑关系的描述,能够找出可能导致事故发生的初始因素,发现和查明压缩机运行中各种固有的或潜在的危险因素,从而为事故原因的分析和预防措施的制定提供依据。2离心式压缩机的故障树建立一个故障树就是一个逻辑图。该逻辑图描述了由于其它事件的发生,而使得某些事件按一定次序发生。故障树建造的完善程度将直接影响到定性分析和定量计算结果的准确性。FTA把系统最不希望发生的事件(失效状态)作为故障树的顶事件,用规定的逻辑符号自上而下地分析导致事件发生的所有可能存在的因素以及相互之间的逻辑关系,并由此逐步分析,直到找出事故的基本原因,即故障树的事件为止。依据故障树顶端事件的确定原则,把对系统影响大的灾害或事故作为分析对象,即顶端事件。顶端事件是故障树分析的起点和主体。确定顶端事件应针对分析对象的特点,抓住主要的危险(事故状态),按照一种事故编制一个树的原则进行具体分析。根据此原则,选择“离心式压缩机失效”作为顶端事件。引起离心式压缩机失效的原因很复杂。为了便于分析和研究,把故障分为热力性能故障和机械功能故障这两个原因,然后以这两个原因为次顶事件,采用类似方法继续深入分析,直到找到代表各种故障事件的基本事件为止。图1为离心式压缩机的故障树示意图,表1为该故障树对应的基本事件列表。共考虑了120个基本事件。3离心式压缩机失效故障树的分析3.1定性分析故障树定性分析的任务,就是求出故障树的全部最小割集。所谓最小割集,就是导致顶事件发生的所有可能的基本事件的最小限度的集合。当集合中的全部基本事件都发生时,顶事件必定发生。图1所示的离心式压缩机失效故障树的全部最小割集为:T=x1+x2+x3+120i=13移xi+x4·x11·x12+x5·x11·x12+x6·x11·x12+x7·x10·x11·x12+x8·x10·x11·x12+x9·x10·x11·x12(1)由(1)式可知,离心式压缩机失效故障树由111个一阶最小割集、3个三阶最小割集,3个四阶最小割集组成。一般情况下,割集阶数越小,它发生的可能性越大。因此,为提高离心式压缩机的可靠性与安全性,应首先考虑111个一阶最小割集。3.2定量分析故障树的定量分析包括顶事件发生的概率的计算和底事件的重要度分析两个部分。已知故障树的全部最小割集为K1,K2……,Kn,n=117。如果已知基本顶事件xi的发生概率Qi=P(xi),i=1,2…,120,则顶事件T的发生概率公式为:P(T)=ni=1移P(K i)-ni<j=2移P(K iK j)+…+…(-1)n-1P(K1K2…Kn)(2)由于一般基本事件的发生概率很小,所以工程计算时取(2)式中第一项即可。重要度分析是故障树定量分析的重要部分,是指一个部件或系统的割集发生失效时对顶事件概率的贡献。概率重要度是顶事件的发生概率对某个顶事件发生概率的偏导数,已知顶事件的发生概为率P(T)=g(Q)=g(Q1,Q2,……,Qn),则基本事件的概率重要度为:△gi=坠g(Q)坠Qi(3)概率重要度虽然反映了基本事件概率变化对顶事件概率变化的贡献,但不能反映不同基本事件概率改进的难易程度。宜采用提高低质量部件可靠度来改变系统的可靠性,这一意义可以从关键重要度的定义看出:ICRi=lim△Qi→0△g/g(Q)△Qi/Qi=△gi·Qig(Q)(4)公式中的CR表示临界度(criticality)。为了计算系统顶事件发生的概率和进行基本事件重要度分析,必须事先知道基本事件的发生概率。关于基本事件的发生概率,可采用统计法或专家主观判断法来估算。4主要失效形式与防护措施对离心式压缩机的故障树和最小割集进行分析后,可以找出引起离心式压缩机失效的主要形式,从而获得相应的防护措施。其主要失效因素及相应的防护措施有:(1)机械振动。离心式压缩机自身的机械振动,是造成它失效的重要原因之一。引起振动的原因有转子不平衡、轴承失效、基础不良等。转子不平衡应加以平衡校正或更换转子的零部件。使用合适的润滑油或更换轴承,可以防止轴承失效。压缩机基础不良应实施灌浆或加以刚性处理。(2)温升过高。离心式压缩机对气体做功以及本身运动机构摩擦产生的热量,一部分被冷却水或润滑油带走,另一部分被离心式压缩机的其它零部件所吸收,导致温度过高。这也是造成离心式压缩机失效的重要原因之一。加快冷却水的循环、将运动幅配合、填料密封配合等的间隙设计适中,可以降低运行中零部件的温度。(3)材料缺陷。包括材料的初始缺陷和安装缺陷。初始缺陷主要是由于材料加工、运输不当造成的;而安装缺陷则是在安装施工过程中形成的。这些都会直接影响离心式压缩机正常运行。序号事件描述序号事件描述序号事件描述序号事件描述T离心式压缩机失效A1热力性能故障A2机械功能故障B1排气量不足B2压力异常B3温度异常B4振动异常B5响声异常B6过热C1吸气受阻C2主轴断裂C3填料漏气C4转速不够C5机壳泄漏C6水压不正常C7气压不正常C8叶轮失效C9其它原因C10油路C11填料C12冷却C13轴承C14其它原因C15压缩机振动异常C16压缩机喘振C17齿轮振动异常C18主轴振动异常C19原动机超负载C20其它原因C21叶轮故障C22齿轮增速器C23其它原因C24轴承过热C25机壳过热C26其它原因D1减压阀开启不足D2腐蚀D3设计D4拉伤D5误操作D6腐蚀D7内部泄漏D8外部泄漏D9叶片断裂D10腐蚀D11注油器D12油泵D13润滑不良D14冷却D15其他原因D16主轴弯曲D17叶轮故障D18刮擦D19变形D20叶轮紧固D21叶片断裂D22断裂D23润滑D24冷却D25其它原因E1应力腐蚀E2设计E3腐蚀介质E4机壳泄漏E5腐蚀介质E6腐蚀E7叶片断裂E8摩擦失效E9叶片变形E10扩压器变形E11紧固键E12冲击载荷F1剪切应力F2腐蚀介质F3酸性介质F4误操作F5腐蚀F6酸性介质F7酸性介质G1酸性介质G2设计G3酸性介质H1酸性介质//x1阀芯卡住x2调节器工作不良x3空气滤清器阻塞x4存在应力集中x5存在残余应力x6内应力较大x7H2S x8O2x9CO2x10介质含水x11抗蚀性差x12防腐措施x13强度设计不合理x14材料选择不当x15严重过载x16零件超差x17零件碰伤x18清洗不干净x19未用护丝套x20电机故障x21皮带轮打滑x22电控故障x23安装x24流量计失准x25停水或泵损坏x26阀未开足x27管路泄漏x28隔板内孔密封失效x29叶轮进口密封失效x30轴承失效x31叶片铸造缺陷x32压力表失准x33压缩机逆转x34分子量比规定值小x35油管松脱x36缺油x37罩漏气x38柱塞故障x39油路阻塞x40间隙超差x41针阀阻塞x42锁紧弹力过大x43填料泄漏x44轴向间隙过小x45冷却水不足x46水垢过厚x47级间冷却x48润滑油变质x49进油口节流阀孔径小x50油管不通畅x51轴承进油温度高x52润滑油带水x53油冷却器堵塞x54冷却水不足x55进油温度过高x56轴承间隙太小或不均匀x57轴承侵入灰尘或杂质x58机组剧烈振动x59止推轴承油楔刮小或刮反x60轴衬巴氏合金牌号不对x61轴衬巴氏合金浇铸有缺陷x62轴衬存油沟太小x63温度计失准x64减荷阀节流吸入x65加工质量差x66尺寸设计不合理x67叶片变形x68叶轮不平衡x69齿轮啮合器啮合不良x70联轴器故障x71运行工况点落入喘振区x72防喘裕度不够x73吸入流量不足x74出口气体系统压力超高x75放空阀或回流阀未及时开启x76防喘装置未投自动x77防喘装置工作失灵x78防喘整定值不准x79升速或升压过快x80降速未先降压x81气体性质或状态严重改变x82压缩机破损或脱落x83体出口管线上的逆止阀工作不灵x84齿轮磨损损坏x85齿面接触面精度差x86中心线对中不良x87轴瓦间隙太小x88润滑油不良x89原动机振动x90油泵组装不良x91油泵与电动机轴不同心x92地脚螺栓松动x93轴瓦间隙过大x94管路脉振x95零件磨损或损坏x96溢流阀或安全阀不稳定x97叶轮与机壳接触x98叶轮与扩压器接触x99叶轮与齿轮箱接触x100润滑油内含金属粉末x101电控或气控故障x102吸入压力过高x103压缩机载荷急剧变化x104多机共振x105土质松软x106机体支撑欠佳x107备紧螺母松动x108疲劳失效x109载荷集中x110齿面疲劳点蚀x111齿面的胶合磨损x112齿面的塑性变形x113工作面啮合不良x114齿轮间隙不适宜x115气道内掉入异物x116润滑油过量x117水垢过厚x118润滑油系统有气泡x119油冷却器积垢x120润滑油发泡表1离心式压缩机失效分析故障树的基本事件所以。应在设计阶段的选材、加工阶段的制造工艺和水平、施工阶段的质量检测等方面严格把关。根据离心式压缩机故障树分析结果,可以得出如下结论。(1)故障树分析方法简明、直观,是进行离心式压缩机安全性和可靠性分析的有效工具。(2)以“离心式压缩机失效”为顶事件建立的离心式压缩机故障树,共考虑了120个基本事件,有117个最小割集。这些最小割集定性地描述了离心式压缩机设计、制造、运行管理及维修中的薄弱环节。(3)通过最小割集可以求解顶事件发生的概率及对基本事件进行重要度分析。(4)用故障树分析法可确定影响离心式压缩机失效的主要原因,即机械振动、热力性能(如温升过高)和材料缺陷等,并提出相应的防护措施。离心式压缩机失效故障树分析@李俊山$西南石油学院!四川成都610500 @张鹏$西南石油学院!四川成都610500 @刘武$西南石油学院!四川成都610500 @陈小峰$长庆油田分公司规划所!陕西西安710000

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