设备运行寿命（共7篇）
设备运行寿命 篇1
0前言
神光-Ⅲ主机装置精密装校 (OAB) 实验室主要包括金工预装配间、机械件洁净清洗间、光学元件过渡间和单元模块精密光机装配间等, 由于设备的品类繁多、型号各异, 使设备管理工作愈加重要。为能更好地进行设备寿命周期状态管理, 提升设备管理整体水平, 从设备的购买、使用、维修、报废等各阶段的工作进行全生命周期的状态管理实践, 取得了较好效果。
1 设备购买
随着主机装置生产规模急剧扩大, 设备管理在生产中的地位愈加重要, 特别是在设备的购买申请、采购、台账建立、使用以及计量值溯源等方面, 均应从设备的寿命周期状态管理入手, 强调建立各项规章制度的必要性和紧迫性, 不断加大设备管理工作力度, 进一步约束和规范员工的行为, 进而做好各项工作。
1.1 设备调研
购买一台大型测量设备, 首先从厂家的规模以及设备的各项指标来调研和评价是否已达到预期的要求, 特别是在价格不等的情况下, 更需要进行多方面比较。例如, 购买1台精度为20″以内0.2″, 全视场为0.5″, 测量范围为0.5°的自准直仪, 西安昂科光电有限公司的是9.5万元, 成都合思锐进的是12万元, 江西九江是150万元。通过综合比较后, 最终确定选择西安昴科光电有限公司的产品。项目负责人填写《月需求计划报表》或《年需求计划报表》, 如表1。对购买的设备型号、资金来源等相关事项进行说明, 经部、所领导的批准同意后进行设备采购。
1.2 设备采购
(1) 采购人员根据设备的功能、使用需求及价格等进行采购。价格>1万元的需填写技术开发采购审批表, 其他的则填写一般采购申报表。经部、所领导批准签字后与供应方签订合同协议, 注明设备类别。
(2) 供应商评价包括:①将各生产厂家的同类设备按照规格、型号、使用环境 (温度、湿度) 等进行对比。②从设备型号入手, 注重设备的技术指标、价格的评估。③对供应方的资信能力、质量保证、售后服务等进行综合评价, 做出最终决定。
1.3 设备验收
测量设备使用前必须持有原设备校准报告, 按照技术协议合同的规格、型号等进行比照, 查验设备说明书、技术文件和相关配件, 并由厂方的专业技术人员到现场进行安装、调试和员工培训。合格后由检验人员填写《设备产品信息登记表》和《进货验证记录表》。设备原值≥100万元的归为重点设备;50~100万元的为重要设备;其他的为普通设备。全部工作完成后, 由检验中心负责人核对各项验收指标, 标明“合格”字样, 并签字盖章。检验负责人将《设备验收报告》等相关资料及时归档, 并将设备移交给使用单位。
2 设备建档
2.1 建立台账
按照测量面形、自准直仪、激光器、其他设备等类别进行分类, 建立《XX项目组设备汇总一览表》。例如, 激光装置安装集成总体组的设备填写形式, 如表2。
2.2 设备编号
可分为测量与非测量设备, 为有效的标注设备, 在设备明显的位置上粘贴标识, 测量设备的标识内容包括设备名称、设备编号、合格校准时间、单位可属部门加顺序流水编号、检验人员等。非测量设备的标识内容包括设备编号、设备名称和责任人。合格设备标签为绿色, 可以达到设备的出厂指标;校准的测量设备有部分指标不合格但不影响使用的, 标识为蓝色限用标签;对损坏经维修不能达到出厂指标且影响使用的设备标识为红色禁用标签。既便于区别使用状况, 又方便操作员使用。
2.3 收集设备相关资料
设备管理员对新购买的设备应及时收集设备的说明书、校准证书、操作规程、设备的合格证书以及设备自带的配件。对重点设备的说明书及合格证、资料光碟应统一存放于档案室, 由相关负责人进行管理, 凡是需用资料的部门均应到档案室借用, 并签字登记。
3 设备运行与维护
3.1 建立管理制度
建立行之有效的设备管理制度, 目的是做到有章可循和有法可依。通过制度、标准来约束和规范员工的操作行为, 使设备管理由被动转化成主动[2], 不仅为约束员工的操作行为, 也可将设备的安全操作规程、维护保养规程、鉴定规程等形成固定模式, 可以更有效的管理设备。例如, 设备使用前, 操作者需了解设备基本原理、结构、运行方式, 掌握操作规程并持有设备操作证, 自觉做好设备运行状态记录等工作。为使主机装置的操作人员要严格按照操作规程工作, 保持设备良好性能和发挥最大效率, 可采取3项措施。
(1) 对不同系统设备的操作、运行或维护保养人员必须进行岗前培训, 以理论考试加实践操作相结合的方式取得操作上岗证。真正做到持证上岗, 增加员工的安全意识, 杜绝违章操作, 不断增强自我保护意识。
(2) 无论大型或小型设备, 如近红外大口径相移平面干涉仪、自准直仪等, 都要从设备的使用登记状况和维修状况、技术改造、软件更新等方面进行全程跟踪和信息收集, 为设备动态管理提供准确的依据。
(3) 按照设备操作规程的要求对员工的工作情况进行定点、定人和定时检查, 特别是要做好设备润滑工作的检查。维护保养人员要勤检查、勤擦扫、勤清理, 定时、定点加润滑剂[2]。
3.2 维护保养
设备在使用过程中由于零部件损坏等, 会直接影响其精度和性能, 需定期检查内部结构、添加润滑剂、紧固松动部件等, 并做好检查与保养记录等。例如, 在定期对仪器设备易磨损部件进行调试时, 首先要对滑动和转动部件进行润滑, 然后对易松动部件进行检查和紧固, 最后对应用软件进行避免病毒感染处理等。目的是在不断开发仪器设备功能和定期对软件进行更新和升级换代的同时, 还能提高仪器设备的使用寿命[3]。
3.3 设备维修
如果设备不能正常运行和使用, 需填写《维修设备申请表》, 经领导同意批准再通知厂家代理商对设备进行维修。厂家的维修人员需在允许的情况下再进行维修, 维修后需重新进行鉴定和校准, 合格后方可投入正常使用, 并做好设备维修记录等工作, 为下一次质量体系检查做好准备。
(1) 对设备运行实行状态监控, 通过对数据的检查、收集、分析、处理, 可为现场运行操作员提供有利的依据, 及时反映设备的技术状态, 及时发现设备功能的下降和故障等情况[3]。
(2) 对于进口设备的零件不易买到等问题, 可事先登记好配备零件的规格、型号、厂家。利用互联网的方式进行查询、购买, 可记录其联系人联络方式, 为以后购买提供方便, 减少采购时间。
3.4 设备报废
现场操作人员应严格按照设备安全操作规程, 定期检查设备运行状况, 及时对设备运行状态进行记录, 确保设备能够正常运行。设备因损坏而无法修复, 计量检定达不到使用要求或其他原因无法使用时, 应给予报废处理[1]。设备的报废处理, 首先由设备负责人提出, 经专业部门鉴定人员确认后, 再填写《设备报废单》提交给部、所领导批准后执行。凡报废的仪器设备, 均应标有明显的标识, 并在《××项目组设备汇总记录表》中做出相应记录。
4 设备计量值溯源
测量设备是否能定期计量校准, 会直接影响科研生产的检测质量, 这是测量数据可靠性、真实性的有力保证。因此, 计量校准是设备管理工作的重要组成部分, 可制定《设备校准周期表》以便于设备管理员在规定的校准时间内到指定地方进行送检。设备检测校准后要附带有效的校准报告, 并有“合格”字样, 填写检测的数据, 需盖上公章和有检测人员的签名, 一旦发生问题时能够依据可查。
设备管理是质量管理体系的重要组成部分, 设备管理工作是一项细致而繁锁的工作, 只有认真地完成好设备管理工作中的每一项内容, 才能保证设备的寿命周期状态良好, 保证设备在寿命周期内的正常运行。
参考文献
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设备运行寿命 篇2
在变压器的经济运行中,首要的问题是选取经济运行方式。经济运行方式是变电站中变压器损耗最小的运行方式[1]。在配电网的变电站中,假设有2台变压器,本文分别简称为T1和T2。2台变压器对应着3种不同的运行方式:T1单独运行;T2单独运行;T1和T2并列运行。对于一种运行方式存在这样一个负荷区间与之对应:在此负荷区间内这种运行方式的损耗最小。这样的负荷区间称为经济运行区间,此时的运行方式称为经济运行方式。
在当前的理论研究中,一般采用经典的临界负荷点法[2]划分经济运行区间。针对某一变电站的2台双卷变压器,假定划分出3个经济运行区间如下:
1)经济运行区间1:负载S<S1-2i时,T1单独运行;
2)经济运行区间2:负载S1-2i≤S≤S2-12i时,T2单独运行;
3)经济运行区间3:负载S>S2-12i时,T1和T2并列运行。
假设变电站初始时只有T1单独运行,当实际负荷增长到达临界点S1-2i时,应通过一系列的开关动作切除T1,改由T2单独运行。之后变电站进入经济运行区间S1-2i≤S≤S2-12i,即T2单独运行的经济运行方式。
在目前的研究中,通常认为变电站此时进入了损耗最小的经济运行方式,获得了因减小损耗而获得的节能效益,并且此效益就是变电站获得的节电利润。本文认为这样的观点存在如下问题:
1)忽视了投切成本的存在。在开关投切过程中,出现了不可忽视的经济损失:因为经历电磁暂态过程,变压器、断路器、隔离开关均出现了绝缘寿命折损,这类损失的总和可以视为成本。投切成本如何计算,目前的研究甚少讨论。
2)对节能效益的计算过于粗糙。目前对节能效益的计算,常常是采用经济运行方式的运行时间与损耗减小值的乘积,如P=(ΔP1-ΔP2)T,其中T为经济运行方式持续的天数;ΔP1和ΔP2分别为切换运行方式前后的变压器损耗。实际上,由于负荷的波动,损耗减小值也是波动的,这就不得不依靠积分来计算整个过程的节能效益。
3)错误认为只要获得了节能效益就是经济运行方式。事实上,有了效益和成本的存在,二者之差才是整个过程的利润。当前的经济运行方式是否是真正意义上的经济,或者说是否具有效用,取决于利润的大小。
上述问题中,效益和成本如何定义,具体如何计算,以前的研究都甚少涉及甚至概念模糊。本文将对计及设备寿命折损的变压器经济运行方式的效用进行研究。
1 设备投切成本
由于开关投切导致电磁暂态过程,投切成本应是在此过程中变压器、断路器、隔离开关3类设备寿命折损的总和。
1.1 变压器投切成本
事实上,变压器投切成本的确存在,但是可以忽略,以下详细分析说明。
实际中,投切变压器均是对空载变压器的投入和切除,这2种情况分别简称为合空变和切空变。
在合、切空变导致的电磁暂态过程中,其寿命折损主要是绕组绝缘的寿命折损[3],则变压器投切成本的计算归结为绕组绝缘的寿命折损计算。
以油浸式变压器为例,在40 ℃的环境温度下,GB 1094.2—1996《电力变压器——第二部分温升》规定绕组平均温升不超过65 ℃,即极限绕组温度为105 ℃,一旦达到这个温度,循环冷却系统就会启动[4],绕组温度会立刻下降。即使是大容量的变压器,其经受高温的时间不会超过几十秒。为了说明问题,在本文的讨论中,无论是切空变还是合空变,均采用最严重的情况:在此暂态过程中,变压器绕组以105 ℃的温度持续了60 s。
蒙特辛格关系式[5]如下:eρ θ可描述由温度和时间引起的变压器绝缘寿命损失。其中,ρ为常数,θ为温度(单位为℃)。定义相对寿命损失率VC为:绕组在最热点温度θc(实际负荷下)时与在温度θcr(额定负荷下)时的正常寿命损失之比,即
按照国标规定,取额定状况下θcr=98 ℃,ρ=0.11,当θc为92 ℃,98 ℃,110 ℃,116 ℃,128 ℃,134 ℃时,计算所得VC分别为0.5,1.0,4.0,8.0,32.0,64.0。
由此可知,在105 ℃时,相对寿命损失率VC=10(105-98)/19.93≈2.245。由于假定整个暂态过程持续了60 s,则实际寿命折损时间ΔT≈0.037 h(2.245×60≈0.037)。设在98 ℃下变压器的典型寿命为20 a,则1次投切变压器导致的绕组温升会损失其寿命中的0.037 h。若1台变压器的价格为15万元,则1次切空变损失价值为ΔR0≈0.032元
1.2 断路器投切成本
在变压器的两侧各有负荷侧断路器和电源侧断路器。这2种断路器均参与切、合空变的操作。
1.2.1 切空变操作
在切空变操作中,根据倒闸操作的要求应先断开负荷侧断路器,后断开电源侧断路器。对于负荷侧断路器,需要开断额定工况下的电流IN,折损电寿命;而对于电源侧断路器,只需要开断变压器的励磁电流I0,励磁电流数值很小,可以忽略为0,断路器只折损机械寿命。以一种E2级ZW7-40.5型户外真空断路器为例说明,其部分参数如下:额定电压40.5 kV,额定电流1.6 kA,额定短路开断电流25 kA,额定短路电流开断次数30次,机械寿命10 000次。
根据国家标准GB 1984—2003 《高压交流断路器》对E2级高压断路器的有关规定,10% 额定短路开断电流下开断不少于130次,30%额定短路开断电流下开断不少于130次,60%额定短路开断电流下开断不少于8次,100%额定短路开断电流下开断不少于6次,即总计开断274次的情况下试验能通过,开断寿命满足要求。
而在本例中,假定负荷侧的开关原本工作在额定电流状态,动作1次即开断1.6 kA电流1次。由IN=1.6 kA=6.4%×25 kA< 10%×25 kA, 属于“开断10%额定短路开断电流”的情况,则断路器最少可以开断130次。假设真空断路器的价格为10万元,则开断1次损失的价值为ΔR1=769.2元
1.2.2 合空变操作
在合空变操作中,倒闸顺序应是先合上电源侧断路器,后合上负荷侧断路器。
仍以1.2.1节参数为例。此时,电源侧断路器承受来自变压器励磁绕组的励磁涌流,假定遇到最严重情况,励磁涌流达到额定电流的3倍,由3IN=3×6.4%×25 kA<30%×25 kA判断,属于“30%额定短路开断电流”的情况。由1.2.1节已知开断1次这样的电流,断路器损失的价值为769.2元。由于3倍额定电流的励磁涌流必然超出一次侧电流保护的整定电流,断路器即使合上又会断开,假定通过3次合闸断路器合闸成功,则总计损失价值为ΔR3=2 307.6元(3×769.2=2 307.6)。
负荷侧断路器不存在电源侧断路器的负载情况,合空变时只损失机械寿命,损失价值为
若考虑母联断路器的动作,也属于损失机械寿命的性质,投、切1次损失价值合计为ΔR5=20元(2×10=20)。
1.3 隔离开关投切成本
在切、合空变的倒闸操作中,也涉及隔离开关的操作[6]。隔离开关不开断电流,只损失机械寿命。以一种ZW32+隔离开关为例,其机械寿命10 000次,价格约为5万元。
在1次切空变操作中,先后要开断6个或7个隔离开关,以7个为例,损失价值为ΔR6=35元
在1次合空变操作中,同样以关合7个隔离开关为例,损失价值为ΔR7=35元
2 节能效益
在经济运行方式下,变电站中变压器组的电能损耗最小,因此减小的损耗就是其节能效益。
2.1 拟合负荷曲线
在进行节能效益计算前,需要对负荷曲线进行拟合。以一个季度的负荷曲线为例,利用最小二乘法进行曲线拟合。假定将原始负荷曲线拟合为以天数t为自变量的余弦函数,如下所示:
式中:A和B为常数,由实际负荷曲线的拟合结果决定;S为变电站实际负荷;t为本季度内的天数,t=0,1,…,90。
2.2 节能效益的计算
计及有功损耗和无功损耗的共同作用,本文中的损耗是指综合损耗。以双绕组变压器和引言中的经济运行区间的划分为例,对应S1-2i≤S≤S2-12i的经济运行区间,变电站应进入T2单独运行的运行方式。变电站节能效益在区间S1-2i≤S≤S2-12i内实现。
在经济运行区间内获得的节能效益为减小的综合损耗,通过积分来计算。被积函数为T1与T2的综合损耗之差F(S):
式中:SN1和SN2分别为T1和T2的额定容量(单位为kVA);POZ1和POZ2分别为T1和T2的空载综合损耗(单位为kW);PKZ1和PKZ2分别为T1和T2的短路综合损耗(单位为kW)。
积分区间为[S1-2i,S2-12i],通过式(2)换算为对应的[t1,t2]。令节能效益为M(单位为元),电价为p(单位为元/(kW·h)),则
M即为此次经济运行方式下获得的节能效益。
3 经济运行方式的效用
在前述内容中,已经可以分别计算出节能效益和设备的投切成本,则变电站的节电利润即为二者之差。若二者之差为负,即投切成本大于节能效益,本文认为当前的经济运行方式并不经济,没有效用,之前的投切没有意义;若二者之差为正,即投切成本小于节能效益,则当前的经济运行方式有一定效用,其效用值可以直接以节电利润值体现。至于之前的投切是否值得做出,还要考虑最终获得的节电利润的大小和人力因素等外部原因[7]。
4 算例分析
4.1 算例1
某变电站2台双卷变压器T1和T2额定参数为:额定容量SN1=10 000 kVA,SN2=20 000 kVA;空载电流百分比分别为0.82%和0.18%;空载损耗P01=12.2 kW,P02=18.6 kW;短路电压百分比分别为12.2%和8.48%;短路损耗Pk1=57 kW,Pk2=90.55 kW。
用临界负荷点法计算经济运行区间,可知3 275.96 kVA≤S≤12 952 kVA时,T2单独运行。即当S=3 275.96 kVA,应切除T1,投入T2。
开关动作依次为:母联断路器合闸,T2电源侧断路器合闸,T2负荷侧断路器合闸,T1负荷侧断路器断开,T1电源侧断路器断开,母联断路器断开。涉及的隔离开关动作次数为12次~14次(一切一合均算1次)。其投切成本为:
根据负荷预测提供的当地本季度的负荷曲线,假定完成拟合后本季度0~90 d的负荷曲线函数为:
积分区间为[S1-2i,S2-12i]=[3 275.96 kVA,12 952 kVA],换算为[t1,t2]=[7.7,25.6],代入式(4),计算出M=30 286.5元。
因此,通过此次投切,变电站在经济运行方式下获得的节电利润为:
此节电利润还是很可观的,这也说明了此次投切是有效用的。
4.2 算例2
某变电站2台双卷变压器T1和T2额定参数为:额定容量SN1=9 000 kVA,SN2=10 000 kVA;空载电流百分比分别为0.24%和0.26%;空载损耗P01=21.5 kW,P02=24.5 kW;短路电压百分比分别为8.97%和8.97%;短路损耗Pk1=69.5 kW,Pk2=72.5 kW。
用同样的步骤及参数计算得H≈-2 594元。说明通过此次投切,变电站的节电利润为负,因此此次投切是没有效用的,所谓的经济运行方式并不经济。
5 结语
用临界负荷点法划分经济运行区间从而确定变压器经济运行方式在目前的研究中广泛采用。进入一个经济运行区间意味着变电站要做出一系列的开关动作,这导致了成本的产生。因此,进入经济运行区间的变压器组并不能保证绝对节电,有可能节电利润为负。但是,这种经济运行区间和经济运行方式又为获得节电利润提供了可能。因此,本文认为单凭临界负荷点法划分出的“经济运行区间”应更名为“拟经济运行区间”,其对应的“经济运行方式”称为“拟经济运行方式”更为准确。至于究竟能获得多少节电利润,取决于节能效益与投切成本之差。
本文对节能效益和投切成本的计算进行探讨,详细阐述了针对某一具体投切动作变电站节电利润的计算过程。这为变电站是否需要做出此次投切,或者说采用此次拟经济运行方式是否具有效用,提供了重要参考。
参考文献
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设备运行寿命 篇3
无线传感器网络由分布在一定空间范围的大量的传感器节点组成,节点能够进行无线通信并且具有有限的信息处理能力,具有广泛的应用前景(如环境监测、军事、医疗监护等),是当前的网络研究的热点之一。无线传感器网络的节点一般体积小,携带能量低,运算能力弱,能量一旦耗尽不可再生。由于它的这些特点,许多研究集中于如何节省能量,延长网络生命周期。在路由协议上,分层路由是最有影响力的方法之一[1]。其中,基于改进LEACH分簇协议的方法最多,多数集中在簇头的选择上,并假设簇头和基站能够直接进行通信,这不仅增加了簇头和基站的通信消耗,使网络的生命周期缩短,同时,缩小了无线传感器网络的应用规模。在采用簇首多跳路由时,距离基站越近的簇首节点所承担的任务越重,若距离近的簇首节点分布过少就会使节点能量消耗过快,过早出现死亡节点。本文将从两个方面来解决这个问题,一方面是基站作为主控中心,根据系统的需求,采用有效的调度算法,来唤醒需要传输的无线传感器节点进行数据采集,然后将传输信息发送给簇头进行网络内传输,直至到达基站。另一方面,在网络内传输中,在LEACH算法的基础上,根据节点据基站的距离,调整其成为簇头的概率,以剩余能量原则选举簇头,距离近的概率提升,反之概率缩小,使据基站近的地区簇头多,每簇的成员就会相应变少,簇内消耗减少的同时就会在进行簇首路由时能耗平均。
1 算法描述
1.1 网络传感器节点主动唤醒调度算法
网络传感器节点唤醒信息可以用一个五元组的来描述:ti=tir,tif,tie,tid,Ti,式中,tir,tif,tie,tid,Ti分别表示网络传感器节点ti的采集时间、最早唤醒和最晚唤醒时间、截止时间和周期。
根据系统对各个无线网络传感器节点的信息需求,列出需要唤醒节点的时间和周期建立唤醒队列,基站控制单元从队列中取出首元素ti,根据其变量tig与队列中的所有节点的tig进行比较,并建立任务关系集:
则由(2)所决定的节点最早唤醒时间tif为:
则由(4)所决定的节点最迟唤醒时间tie为:
则由式(2)和(4)所决定的已被调度的ti的u个及w个与ti无关系的节点决定的tia由以下两个不等式组决定,即若存在所有已调度的tij节点中的某个满足
从而由式(6)、(7)和式(8)算出调度器分配给ti的时间片为←tia,tia+tir←,并将其插入基站发送队列。
1.2 网络内路由算法
1.2.1 算法假设
本算法做如下假设:(1)传感器节点一经部署不再移动;(2)基站信号能覆盖所有节点;(3)所有节点之间的布置最大距离小于传输距离。
1.2.2 度量计算
基站按照1.1节算法调度后发送一系列传感器节点唤醒,节点接受唤醒信息后,采集一组数据,将这组数据通过无线网络传向基站。首先计算平均RSSI(接收信号强度指示),记为Er。要发送数据的传感器节点以LEACH协议进行一轮的数据传输,设每个节点收到整个网络中节点的最大RSSI———Er max和最小RSSI———Er min,并按下述公式计算D:
其中,M为Smax/S,Smax是节点分布范围的最远直线距离,S为节点的通信直径。D是一个度量,作用就是把节点按平均RSSI分成M个区域,分别为L1、L2、…LM。每个节点存储自己所在的区域。
1.2.3 簇首计算
在每轮传感器节点采集数据后开始传输,节点i(1燮i燮n)取一个随机数Ri,若Ri小于阈值Tn,节点i成为本轮簇首。Tn的计算公式如下:
其中,p为簇首在所有节点中所占的百分比,r为当前轮数,Ec是节点当前能量,Ei是节点最初能量,α为一变量,根据节点的D进行变化,节点越接近基站,α越大,反之越小,其中节点在Li区的α计算公式如下:
c为一常数,与网络的规模有关。
这样,就使接近基站的区域簇头节点增多,簇内成员减少,减小了簇头簇内通信代价,使簇头能有更多的能量进行路由,平衡了整个网络的能耗。
1.2.4 簇的建立
簇首节点广播消息HEAD(ID,Li),包括身份标示ID,所在层次Li。普通节点收到HEAD,计算信号RSSI,选择信号最强的簇首加入簇。其它簇首收到HEAD,若所在层次高于自身一个单位,则将其加入父节点中。并向父节点发送加入信息,父节点将其加入子节点中。
1.2.5 网络传输
簇形成后,簇首以TDMA的方式为成员分配时隙,簇成员在规定的时隙内与簇首通信,其它时间进入睡眠模式,节省能量。簇首进行数据压缩,完成簇内通信。之后将数据发往父节点,一级一级上传,最终到达基站。
2 仿真分析
我们用matlab进行试验仿真。在一个100m×100m的范围内随机分布100个节点。无线通信模型如下:
本仿真中我们采用三个结果参数来比较不同算法对网络寿命的影响,采用两步进行,第一步是测试以下两个参数:第一个参数是FND,表示第一个节点死亡时网络工作的轮数,第二个参数是HND,表示半数节点死亡时网络工作轮数;第二步是测试下面参数:即第三个参数,WKT,表示第一个节点死亡时网络工作时间(相同条件下,即根据系统要求,基站在规定的时间内周期性的获取相同量的有用信息等),仿真结果如表1所示。
可见,在相同网络条件下本算法得到的FND要比原LEACH提高52%左右,而HND要比原LEACH提高46%左右,而WKT要比原LEACH提高100%左右。
3 结论
主要结论如下:
(1)提出了传感器节点主动调度算法,以基站作为主控中心,根据系统的需求,采用有效的调度算法,来唤醒需要传输的无线传感器节点进行数据采集,然后将传输信息发送给簇头进行网络内传输,直至到达基站,从而能够大幅度的提高网络寿命。
(2)同时以LEACH协议为基础,主要从簇首选择方面做了改进,提出了一种新的能量高效的分簇路由算法EECRP。解决了基站附近簇首节点由于路由大量数据使能量消耗远大于边远节点的问题。
仿真结果表明,改进可以显著提高整个网络的能量有效性,延长网络寿命。
摘要：针对无线传感器网络的节点一般体积小,携带能量低,运算能力弱,能量一旦耗尽不可再生这一特点,本文提出提高网络运行寿命的方法。一方面,在网络节点运行时间上,将基站作为主控中心,根据系统的需求,采用有效的调度算法,来唤醒需要传输的无线传感器节点进行数据采集,然后将传输信息发送给簇头进行网络内传输,直至到达基站,从而获得传感器节点最小运行时间。另一方面,在网络内多跳通信时,靠近基站的簇头节点由于转发大量数据导致节点过早失效问题,本文提出一种不均匀分簇多跳算法,根据节点与基站距离调整簇首概率,能量优先为原则选择簇首,使据基站近的区域簇头多于据基站远的区域。
关键词：主动唤醒,无线传感器网络,基站,网络寿命
参考文献
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煤矿综采设备寿命评价的探讨 篇4
1 寿命评价理论方法
1.1 寿命评价方法及新理论简介
寿命评价主要是指剩余寿命的预测, 研究的内容是设备或不见在规定运行情况下能安全运行的时间, 也有称剩余寿命评估评定、机构完整性评估。
1.1.1 寿命评价方法简介[1]
一般的寿命评估方法分为三类。
(1) 解析法:根据运行情况下的材质老化数据和设备使用温度、应力大小及其分布状况等工况, 综合判断并预测部件的剩余寿命。
(2) 破坏性检测法:通过从有代表性的部位取得的试样进行相应的性能试验并进行分析, 综合判断预测部件材料的剩余寿命。
从有代表性的部位取得试样后, 进行相应的性能实验并进行组织断口状况分析、化学成分分析及碳化物分析, 而后进行综合判断, 进而预测部件材料的剩余寿命。
(3) 非破坏性检测法:不破坏机组部件, 通过被检测部件外部测量、试验就可以掌握材质状况, 因此也称无损检测法。
以上三种方法都存在一定的局限性和不准确性, 实际操作中, 为使结果更加可靠, 往往将以上的三种方法综合运用。
1.1.2 寿命评价新理论
随着机械制造技术、检测技术、信息技术的发展, 已出现了设备寿命评价的新理论, 主要有:神经元网络、概率趋势分析模型、基于使用环境信息的故障预测、基于损伤标尺的故障预测、数据融合及综合诊断与预测。
1.2 煤矿综采设备寿命评价指标体系
设备寿命评价理论体系结合了设备全寿命周期管理、机械结构强度理论及可靠性寿命分析方法, 重点是寿命评价的方法体系。
评价设备状态首先要确定被评价对象的评价目标, 其次是分析评估指标、评估评估方法和评估过程, 再次运用数值分析、统计来求得评估指标, 从而对设备进行综合评估。
1.2.1 评估指标的选取标准
在综采设备的寿命评价中, 指标体系是对评价对象本质特征的客观描述, 要能全面反映评价对象的属性, 在综采设备寿命评价中指标选取应遵循科学性、独立性、可行性、一致性、全面性、可比性的原则。
在综采设备的寿命评价中, 指标的数量也要慎重选择, 并不是越多越好, 关键是考虑评价指标所起作用的大小。在选取评价指标时不可能把全部指标都考虑进去, 只能选取一些最能反映综采设备寿命特征优劣的指标, 而删除一些次要指标因素。选取的指标太多, 虽然对保证指标体系的全面性有一定的帮助, 但会分散对主要指标因素的评估。
现代的煤矿综采设备是典型的机电液一体化系统, 有众多因素影响其寿命, 这些因素之间有着错综复杂的关系, 且不能定量的用一个函数关系表达, 过去是靠专家经验来分析判断的。由于将综采设备寿命评价影响因素众多有, 有必要将其分解为相对简单的子问题或指标, 才进行分析和评价。
1.2.2 煤矿综采设备寿命评价模型
为了得到理性的评估结果, 需要建立相应的模型体系, 在指标评估体系结构的基础上, 确定定量模型的结构及其支撑关系。
要对设备的寿命状态进行评价首先必须对寿命指标进行计算, 将数据项的值代入到指标计算公式可以得到指标值f (x) 。指标评价模型的定义为[2]:
其中, Rijk为第i个特性的第j个子特性的第k个指标的评估结果, Gijk为指标值与指标评估结果之间的对应关系函数, 称为评估准则, i{1, …, L};j{1, …, Kj};k{1, …, N}。
得到指标评价结果以后, 根据子特性和指标之间的关系可以计算子特性的评价结果。得到子特性评价结果以后, 根据特性与子特性之间的对应关系, 可以计算出特性的评价结果。基于指标模型建立评价模型, 它通过对指标、子特性、特性的评价对设备寿命状态做出评价。不同的指标对子特性的贡献 (影响) 不同, 在寿命评价指标体系确定后, 须对各指标、子特性赋予不同的权重系数。
2 煤矿综采设备寿命评价体系应用
液压支架作为煤矿综采设备的关键设备之一, 是保证正常作业和安全生产的重要设备, 重量占整个综合综采设备总重量的80%~90%, 其价值占到整个综采设备总费用的60%~70%。液压支架的安全性和可靠性是综采技术的关键。在其寿命评价中收集、处理影响其因素, 首先得出底层评价结果, 底层评价结果向上层输入直至顶层结束。由于其分层结构及因素数目大的缘故, 通常对其因素作模糊评判, 一级模糊综合评判, 反映了一类因素对评判对象的影响。应用多级模糊综合评判方法, 对液压支架的寿命进行了综合评价, 基于B/S模式综采设备寿命评价系统的评价结果与实际有较好的一致性。依据液压支架寿命评价指标体系以及寿命评价模型的分析计算, 结合生产企业综采设备的管理规范, 得出液压支架的安全性、可靠性、技术性等寿命评价结果。
3 结语
煤炭综采设备寿命评价体系, 客观、科学、全面地反映了综采设备的寿命状态, 评价体系模型和寿命评价模型从理论上描述了寿命评价的基本方法, 为综采设备寿命评价的实现奠定了理论基础。在整个理论框架的基础上, 采用先进的评估方法进行实际操作, 如煤矿液压支架安全综合评价就可采用模糊评价、专家系统进行研究, 从部件到整体, 分层递进, 综合考虑各个指标, 从而达到煤矿综采设备寿命评价。
参考文献
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生产设备资产全寿命周期管理 篇5
电力企业是单一原材料单一产品的资产密集型企业, 50～80%的固定资产为电力设备, 资产的折旧、设备运行维护维修费用成为电力企业主要的成本支出。对于电力企业来说保证设备安全、可靠、稳定运行是企业的重中之重。随着电网快速发展, 传统资产管理方式设备寿命短、使用效率低等问题逐渐显现, 以往职能的资产分段管理模式, 各部门的工作目标、范围和侧重点不尽相同, 难以统一到一个总体目标上, 彼此缺乏沟通协调, 欠缺对资产的全过程管理。
通过实现资产的全过程、精益化管理, 既是公司转变管理方式、提升管理水平的必然选择, 也是提高运营效率的重要基础。电网企业肩负着重要的政治责任和社会责任, 确保电网的安全稳定运行是公司面临的首要任务。处理好安全、效能和周期成本三者的关系, 在设备或系统的规划设计和招投标时就充分考虑可靠性因素, 将故障成本作为一种惩罚性成本折算进全寿命周期成本, 全面分析可靠性对全寿命周期成本的影响, 从源头上提高设备和系统的可靠性, 从而提升输变电设备、配网设备资产的质量并且延长其使用寿命。资产全寿命周期管理实现资产全寿命周期成本最低为目标, 寻找一次投入与运行维护费用二者之间的最佳结合点, 从而改变割裂二者关系、片面追求一次投资最低的做法, 可有效实现资产全寿命周期各个阶段的衔接。它是优化电网资产成本效益的重要手段。
2 朝阳供电公司在生产管理、运行管理采取积极措施, 发挥设备生命周期的最大服役潜力
2.1 以成本控制为核心, 提前预测控制事前成本、做好事中成本控制、总结所用资金效率及得失
我们如同保证安全生产的可控、在控、能控一样, 充分考虑成本控制的问题。一方面, 设电网备的生产运行阶段要求在资产形成前期决策过程中必须得到充分考虑, 如此可以大大降低规划、设计、招投标和建设等前期阶段造成资产健康隐患的可能性;另一方面, 在资产运行过程中, 基于全寿命管理理念采用的各种管理方法, 有助于运行管理水平的提高。
每年我们资金投入前, 生产改造规划立项阶段, 充分考虑项目的必要性和迫切性, 将发现的问题考虑清楚、认真分析电网运行的薄弱环节, 制定合理可行的改造方案, 把有限的资金用到上刀刃上。在设备选型方面我们依据北京市电力公司的技术条件, 将一次投入与运行维护费用二者之间充分结合, 考虑性价比最优。例如在北京市区110千伏电压等级31.5MVA容量变压器, 必须充分考虑其运行环境的特殊要求。我们招标的技术条件中, 阻抗电压要求高-低为17.5%;噪音水平60dB (A) /0.3m。如此以来就要求厂家核心材料必须采用优质材料, 铁芯必须是优质硅钢片, 为了达到较高的磁密度, 铁心制作方面必须是高规格, 变压器铁芯大决定了磁密度指标优良同时耗材也相应增加;变压器的线圈用材料因此也增大, 如此相比, 在北京远郊山区噪音水平要求低的变电站, 变压器成本能提高将近1/3左右甚至更多。满足技术指标最终导致成本增加是必要的。优质设备故障率低, 检修维护运行成本费用少, 设备的全寿命周期长。又例如, 我们深入贯彻“主网稳定, 配网可靠”的思路, 在厂站布局设计方面积极推行典型设计, 配网管理中积极推行“五统一”, 减少运行人员的工作难度, 减少误操作的发生。
在资金批复后, 在电网运行方面中, 我们科学调度, 合理安排运行方式, 对电网认真梳理、编制朝阳电网的运行方式分析报告, 充分保证客户的电能质量;在生产和运行管理方面采取有效措施, 做好事中成本控制。每年在大型技改、专项工程后认真核对资金使用情况以及改造后的效果, 为下一年度电网生产改造建设提供依据。
2.2 生产和运行管理方面采取的措施
朝阳供电公司加强设备防雷、防污闪、防鸟害、以及业扩工程接入电网设备的技术监督, 建立健全安全生产风险管理体系, 成立生产指挥中心健全公司应急管理体系。2009年初强势启动提高供电可靠性、降低配网故障率工作, 目前完成了变电处和三个供电所的整合工作。开展了规章制度和技术标准的制 (修) 订、制订现场标准化作业指导书, 典型工作票、典型操作票, 深入开展现场标准化作业工作, 积极推进状态检修和带电作业, 开展专业培训和技术比武考试。年初修订可靠性和无功电压管理制度规定、认真梳理完善GIS、PMS可靠性等数据库等设备基础数据和台帐, 科学运用管理手段指导基层工作, 加强考核和奖励力度, 形成激励机制, 同时积极推进资产管理信息化建设。
2.3 降低资产全寿命周期的总体成本实例分析
首先从主网入手, 以变压器、开关柜为代表其LCC成本构成和特点如下:
以变压器为例:借鉴大北窑变电站3台主变情况, 目前的运行年限是20年, 延长5年两次测算就LCC、EUAC查变压器故障掉闸、检修、试验情况, 每年该站变压器都正常运行, 可以认为无故障成本, 按照规程进行预试, 检测成绩合格。
大北窑德国制造31500KVA有载调压变压器3台目前运行良好, 根据20年记录, 变压器运行未发现异常。按照20年折旧报废假设, 今年正好应更换。如果继续运行10年, 目前同类型中国国内一线厂家最贵的价格应在650万人民币左右。节省了设备购置费650*3=1950万资金。
按照33%的设备购置费考虑, 工程费用至少为640万, 根据2003年前生产的变压器残值已经达到原值100%, 报废成本、残值收回资金应在至少等于主变原值价值 (不考虑进口关税等因素, 当时该站设备为国贸投资移交北京供电局运行管理) , 并且测算再运行所创造的价值 (负荷-电量-电费) 。
3 台变压器110KV侧电流按照50%测算1 6 5 A*50%=83A
有功电量:83A*110KV*1.732*24 (小时) *365 (天) *10 (年) =13852 32816 KWH
假设每度电单价0.5元, 电费收益为692616408元, 至少收益将近7亿人民币电费
假设新换变压器10年折旧的费用975万
折旧计算单台:650万* (1-5%*10) =325万, 3台折旧975万
假设将运行年限由20年增加到30年, 至少节省资金为:
煤矿综采设备寿命评价的理论体系 篇6
目前,国内外对大型设备健康状态评估(评价)方法的研究集中在军工、电力和起重机等领域。在电力领域,上海发电设备成套设计研究院等单位先后对发电设备及易损件的寿命评价体系与剩余寿命预测方法进行研究,取得了良好的应用效果[1,2]。在起重机械行业,根据用户需要和政府要求,先后出台了有关起重机安全规程、技术条件等法律法规,对起重机的安全可靠性及寿命评价进行了相应的研究,对提高起重机的安全性起到了积极的作用[3,4]。但在煤矿综采设备的寿命管理当中还缺乏科学合理的寿命评价体系。
1 煤矿综采设备寿命评价的理论体系
1.1 寿命评价理论体系概述
设备全寿命周期管理理论与机械结构强度理论及可靠性寿命分析方法的有机结合,奠定了设备寿命评价理论体系的基础。如图1所示,设备寿命评价理论体系由寿命评价理论基础、寿命评价的理论方法与技术方法和寿命评价原理的综合,形成寿命评价基础理论、寿命评价方法体系以及寿命评价的管理机制。
设备寿命评价的基础理论涉及设备经济性分析中的全生命周期费用最大化理论、设备经济性寿命唯一性理论、设备可靠性工程理论、机械结构强度疲劳累积损伤理论、液压和润滑系统中的流体污染磨损理论以及常用的概率与数理统计理论、模糊数学理论。寿命评价的理论方法与技术方法包含有常用的专家评分法、统计加权和法、层次分析法、模糊综合评判等方法。而寿命评价原理包括评价目标、评价基本原则和评价程序与管理等。设备寿命评价体系研究的重点是寿命评价的方法体系。
1.2 寿命评价指标体系模型
1.2.1 评价指标选取的标准
在综采设备的寿命评价中,指标体系应是对评价对象本质特征的客观描述,要求能够反映评价对象的特征,全面反映评价对象的属性,因此在综采设备寿命评价中指标选取应遵循以下原则[5]:
(1)可测性:是指指标的定量表示,即指标能够通过数学公式、测试仪器或试验统计等方法获得。
(2)完备性:是指影响设备健康状态的所有核心指标均应在指标集中,指标集应具有广泛性、综合性和通用性。
(3)独立性:是指指标间的关系是不相关的,指标之间应减少交叉,要具有相对独立性。
(4)客观性:是指指标能真实地反映综采设备的特征,不能因人而异。
(5)灵敏性:当设备的指标参数发生变化时,设备寿命特征的某项属性相应地也发生明显的变化。
(6)一致性:各个指标应与分析的目标相一致,所分析的指标间是不相互矛盾的。
在综采设备的寿命评价中,所选取的指标并不是越多越好,关键是考虑评价指标所起作用的大小。在选取评价指标时不可能把全部指标都考虑进去,只能选取一些最能反映综采设备寿命特征优劣的指标,而删除一些次要指标因素。因为,如果选取的指标因素过多,虽然对保证指标的完整性具有益处,但会影响主要指标因素对评价结果的作用。
1.2.2 指标的体系结构
现代矿山综采设备是典型的机电液一体化系统,影响其寿命的因素众多。这些因素之间关系错综复杂,绝大多数不能定量地用一个函数关系表达,过去只能靠专家经验来分析判断。这样众多的因素若不加任何处理就直接用来分析设备的寿命状态,即使对于经验丰富的专家来说也有困难,尤其是面对大量的引进综采设备,其技术先进性和可靠性水平较国产设备具有较大优势,而且在矿井高强度、满负荷的工作条件下,设备实际使用寿命的确定尚没有可参考的范例,所谓的“专家”也存在经验不足的可能。因此,有必要把设备寿命评价这样的复杂问题分解为相对简单的多层子问题或指标,然后进行分析评价。
采用层次结构可以将影响综采设备寿命的各种因素条理化、层次化,把对某个状态影响程度相近或比较紧密的因素放在一起,形成一个层,建立多层的层次关系综合寿命评价体系。通过对评价指标的无量纲化处理,将历史记录、试验数据和检测检验数据等不同类型的数据进行综合,实现对综采设备寿命状态的综合评价。通过变权方式,实现根据综采设备当中设备结构形式、主要失效特点的不同调整指标权重,达到客观评价每种综采设备寿命状态的目的;通过加权综合的方法由底层指标得到上层指标的状态,逐层综合,得到整个设备的寿命状态。
综合分析煤矿综采设备的结构特点、工况特点、故障特征以及维修管理水平等,从经济性、安全性、可靠性和技术性4个方面来对煤矿综采设备进行寿命评价,其指标体系结构如图2所示。
经济性指标主要是从设备资产管理的角度考核设备的经济性寿命;安全性指标是考虑煤矿综采设备因疲劳失效或突然断裂等失效模式对生产系统及其工作人员产生危害的不安全因素;而可靠性是指设备在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力,是设备寿命状态的一个重要指标,它可用可靠性特征量表示;技术性指标是设备功能描述的反映,主要指对本企业生产技术条件的适应性。
然而,综采设备的寿命指标在一个企业之完结,并不等于它的技术潜力已发挥殆尽,还可以转让(或转移)到别的企业去,继续得到发挥。
1.2.3 指标体系模型
为了得到理想的评价结果,必须建立相应的指标体系模型,用模型来支撑评价指标的获取。在研究寿命评价指标体系结构的基础上,确定系统指标的定量模型的层次结构及其对应的支撑关系。
在图2所示的评价指标体系结构中,明确了这种特性、子特性和指标之间的层次关系,这种层次关系构成的指标集合可表示为:
其中:S为指标体系集合;sk为第k个指标,且sk∈S。
式(1)所示的指标体系是一个广义模型,同时具有开放性,即用户可以根据具体设备以及不同的工况条件、管理水平、经营模式等进行指标体系模型的重组,使模型具有普遍性。
2 煤矿综采设备寿命评价模型
2.1 指标评价模型
由指标体系模型可知,将数据项的值代入到指标计算公式可以得到指标值f(X)。要对设备的寿命状态进行评价首先必须对寿命指标进行计算。我们将指标评价模型定义为[6]:
其中:Rijk为第i个特性的第j个子特性的第k个指标的评价结果;Gijk为指标值与指标评价结果之间的对应函数关系,也称为评价准则;L、Kj、N分别为特性个数、子特性个数和指标个数。
在指标模型中,要注意评价指标类型的一致化处理。有些指标是正指标,有些指标是逆指标;有些指标是定量的,而有些指标则是定性的。指标处理中要保持同趋势化,以保证指标间的可比性,同时要注意评价指标属性的归一化处理。对于定性指标,首先要进行数值转化;对于定量指标,其性质与量纲也有不同,因此要对评价指标作无量纲化处理。
2.2 子特性评价模型
得到指标评价结果以后,根据子特性和指标之间的函数关系可以计算出子特性的评价结果,其子特性评价模型定义为:
其中:vij为第i个特性的第j个子特性的评价结果;Fij为第i个特性的第j个子特性的评价结果和指标评价结果之间的对应函数关系,称为子特性映射准则。
2.3 特性评价模型
得到子特性评价结果以后,根据特性与子特性之间的对应关系,可以计算出特性的评价结果,其特性评价模型定义为:
其中:Vi表示第i个特性的评价结果;Fi为第i个特性的评价结果和子特性的评价结果之间的对应函数关系,称为特性映射准则。
评价模型是基于指标模型建立的,它通过对指标子特性、特性的评价对设备寿命状态做出评价。在指标到子特性和子特性到特性的映射中,不同的指标对子特性的贡献(影响)不同。同样,不同的子特性在特性中的重要性也不同,所以在寿命评价指标体系确定后,必须对各指标、各子特性赋予不同的权重系数。
权重是以某种数量形式对比、权衡评价对象诸因素相对重要程度的量值。同一组指标数值,不同的权重系数有可能导致截然不同的评价结论,因此,对权重系数的确定应特别谨慎。
3 结论
以经济性寿命、安全性寿命、可靠性寿命和技术性寿命构成的综采设备寿命评价体系,客观、科学、全面地反映了综采设备的寿命状态。所建立的评价体系模型和寿命评价模型从理论上描述了寿命体系中指标、子特性及特性的计算方法和映射关系,为综采设备寿命评价系统的实现奠定了理论基础。
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设备运行寿命 篇7
关键词：油气管线,腐蚀,剩余寿命,失效概率,预测,数学模型
一、管线腐蚀因素
管线长期埋置地下, 受到内在和外来诸多因素的破坏。管道本身的擦痕、划痕、凹坑、蚌眼等机械损伤是影响其设计寿命的“内伤”。由于输送介质中的残留水和其他介质停留在管道易积水部位易形成管壁内部腐蚀。地下水、细菌和杂散电流等外在因素极易造成管体外腐蚀。为了抑制周围环境对管线外表面的腐蚀, 管线一般采用外表面沥青防腐或敷“黄夹克”泡沫保温防腐涂层加上阴极保护的双重保护措施。
但是, 由于现场施工条件有限, 在管线的施工过程中, 无法保证管线外表面防腐涂层的质量全部完好无损。同时, 随着使用年限的增加, 管线外壁与防腐涂层之间的粘合力有可能逐渐丧失, 防腐涂层有可能老化、龟裂甚至剥离, 土壤腐蚀性介质浸入, 从而为腐蚀的发生、发展提供了条件, 管线遭受腐蚀的可能性就大为增大。而管线运行管理不善导致管体承受过大载荷, 从而长期“积劳成疾”, 也是威胁管线安全的隐患之一。管体腐蚀会造成壁厚减薄,
管道承受内压能力降低, 严重时会导致管体局部腐蚀穿孔泄漏或破裂事故的发生, 造成巨大
的经济损失, 给社会和生态环境带来十分严重的影响。每年因泄露造成的经济损失巨大。
二、管线寿命预测的必要性
管线被腐蚀的结果是管线在腐蚀缺陷处的壁厚减薄。这就造成了腐蚀段承受内压的能力降低, 抗疲劳能力降低, 抗泄漏和抗断裂能力下降。由于集输管线是一串联系统, 局部薄弱腐蚀管段会影响管线运营的整体安全性。一旦局部严重腐蚀段出现泄漏、破断, 就会造成管线停止运营, 直接和间接经济损失巨大, 事故后维修必然投入较大费用。如果对管体腐蚀缺陷及老化龟裂破损的防腐层未采取维修措施, 则管体腐蚀缺陷将随服役年限的延伸, 腐蚀区域加大, 管体壁厚进一步减薄, 到一定程度后一些腐蚀管段会因剩余强度不足而在管体腐蚀缺陷处发生泄漏或破裂。但如果能预测腐蚀管线的剩余寿命, 预测管体壁厚减薄趋势, 预测其在满足剩余强度及其安全性要求前提下的腐蚀管线破裂失效的时间, 就可以有针对性地提出控制腐蚀发展及其事前计划性维修对策等相关措施, 避免盲目性维修和不必要的维修。
三、管线寿命预测技术研究
3.1、临界腐蚀深度的计算
管道腐蚀剩余寿命取决与当前最严重的腐蚀缺陷的发展, 因此, 初始腐蚀缺陷长度L0和深度a0分别是目前检测到的腐蚀缺陷深度的最大值。
由于腐蚀缺陷长度对管道服役寿命影响相对较小, 所以可以假设腐蚀缺陷长度不变然后计算临界腐蚀深度。临界腐蚀深度ac的计算如下:
3.2、可靠度和失效概率
时间T下的实效概率和可靠度由下式计算:
若不考虑材料强度的分散性, ac为确定值, 时间T下的实效概率由下式计算:
3.3、剩余寿命值
对输油管道进行寿命预测必须建立最大局部腐蚀进展深度与时间关系的公式。提出它们符合经验公式x=kt+b。这与局部腐蚀速度进展并不符合。最近对局部腐蚀速度进展的研究显示它可通过以下形式表示:
式中t-腐蚀进展时间;x-t时刻测到的最大已腐蚀壁厚值;k-系数;c-时间常数, 由腐蚀体系等因素决定。
对局部腐蚀的研究表明, 局部腐蚀进展速度随局部腐蚀深度的增长而减小通常估计c=0.5。
当时间常数c值已知后, 可根据在t时刻实测得已腐蚀壁厚值来推测当坑深到达最小壁厚时所需得时间 (即估测的使用寿命tf)
四、实际应用
油气集输公司东线Φ273×6 (7) mm集输管道已经运行了1年左右。管道外径为D=273mm, 管道壁厚取较小值6mm, 该管线工作压力P为1.6MPa.。由于管线周围环境恶劣, 地形起伏多变, 腐蚀现象十分严重。对部分管线进行统计发现该管线腐蚀最大深度已达4.36mm。可见管线腐蚀情况较为严重
(1) Φ273×6 (7) mm输油管道临界缺陷尺寸的计算利用AP RP579, 取管道外径为D=273mm, 管道壁厚取较小值6mm, 屈服强度 (σys) 取最小值290MPa, 该管线极限压力P为1.6MPa。不考虑地区类别, 按照100%屈服强度计算, 安全系数取1.1, 可得最小允许壁厚:
故极限腐蚀深度为:△A=A-Amin=6-0.828=5.172mm
(2) 对输油管道进行寿命预测必须建立最大局部腐蚀进展深度与时间关系的公式。通过以下形式表示:
上面分析c通常取0.5, 则
把最大腐蚀深度和管道运行时间代入得到k值为1.33
(3) 已知油田此管道已运行了16年, 而防腐层的有效保护寿命为5年, 现在的最大腐蚀深度为4.42mm.。可计算出k=1.33。
通过公式
可计算处管道可服役寿命为15年。
可得输油管道腐蚀剩余寿命为:
即油田的下次检修将在4年后。
结论