CC BY
18
УДК 621.873
СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ РИСКОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ РАКЕТНЫХ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ В ПОСЛЕГАРАНТИЙНЫЙ ПЕРИОД С ПРИМЕНЕНИЕМ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ Агафонов Кирилл Владимирович, к.т.н. (e-mail: [email protected]) АО «Корпорация «Стратегические пункты управления», г.Москва, Россия
В данной статье рассмотрены способы снижения рисков при эксплуатации подъемно-транспортного оборудования в послегарантийный период, учитывающие скрытые дефекты и несплошности материалов металлоконструкций и использующие средства неразрушающего контроля методом акустической эмиссии, применяемого при техническом диагностировании.
Ключевые слова: безопасность эксплуатации, послегарантийные период эксплуатации, неразрушающий контроль, металлоконструкция.
В соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» №116-ФЗ от 21 июля 1997 года грузоподъемные краны, к которым относится подъемно-транспортное оборудование ракетных и ракетно-космических комплексов (РРКК), являются опасными производственными объектами (определение согласно [1]), и владельцы обязаны обеспечить их безопасную эксплуатацию. Каждый опасный производственный объект подлежит обязательной экспертизе промышленной безопасности при истечении срока службы или при превышении количества циклов нагружения, установленных нормативной документацией.
Изыскание возможных путей и действий, связывающих все условия по обеспечению безопасности эксплуатации опасных производственных объектов, является важной задачей. В настоящее время указанные подходы объединяются в системе экспертизы промышленной безопасности.
Экспертиза промышленной безопасности - это оценка соответствия объекта экспертизы предъявляемым к нему требованиям промышленной безопасности, результатом которой является заключение - документ, содержащий обоснованные выводы о соответствии или несоответствии объекта экспертизы требованиям промышленной безопасности.
В настоящее время наиболее близким научным и техническим направлением к решению проблем промышленной безопасности опасных производственных объектов является техническое диагностирование [2].
Техническое диагностирование - это определение технического состояния объекта.
За многолетнюю работу системы экспертизы промышленной безопасности ее основные подходы, методы, методики и модели были разработаны достаточно полно, применяемая диагностическая аппаратура позволяет с высокой точностью оценивать техническое состояние металлоконструкций и других элементов объектов экспертизы.
Однако известный научно-методический аппарат не учитывает влияние скрытых дефектов и несплошностей материалов металлоконструкций на техническое состояние и безопасность их эксплуатации.
Эксплуатация подъемно-транспортного оборудования РРКК сопряжена с определенными рисками на некоторых этапах эксплуатации, особенно при выполнении перегрузки изделия, что связано в первую очередь с работой оборудования с опасными грузами и является потенциально опасной операцией.
С целью количественной оценки рисков при эксплуатации подъемно-транспортного оборудования РРКК в послегарантийный период и возможности проведения сравнительного анализа, введем понятие показателя риска Я, который будет учитывать вероятность падения изделия в процессе выполнения потенциально опасной операцией и тяжесть возможного ущерба в результате повреждения изделия, технических элементов носителя изделия или технологического оборудования.
Выбор показателя риска учитывающего вероятность возникновения происшествия и тяжесть возможного ущерба связан с особенностями процесса эксплуатации подъемно-транспортного оборудования РРКК в послегарантийный период, поскольку данный процесс связан с расходованием средств на эксплуатацию, в том числе на продление назначенных сроков эксплуатации, и зависит от организации этого процесса. Обеспечение высокой надежности и безопасности агрегатов в процессе эксплуатации возможно только при рациональной организации этого процесса. Очевидно, что чем больше средств будет затрачено на техническое диагностирование агрегата, тем выше точность и достоверность полученных данных о техническом состоянии агрегата, но это может привести к излишним затратам. Кроме того необходимо учитывать возможные затраты на ликвидацию последствий происшествия, в случае недостатка или недостоверности данных о техническом состоянии агрегата. При этом, чем выше вероятность возникновения происшествия, тем выше вероятность затрат на ликвидацию последствий этого происшествия, что и будет учитывать показатель риска. С другой стороны снятие агрегата с эксплуатации до выработки его технического ресурса, когда значение показателя риска является допустимым, так же приводит к излишним затратам.
Возникновению происшествия предшествует наступление инициирующего события, или последовательности инициирующих событий, что способствует переходу системы в опасное состояние.
Если при переходе системы в опасное состояние агрегат будет выполнять потенциально опасную операцию и при этом будет невозможно вы-
явить опасное состояние, то совокупность этих условий приведет к происшествию по причине падения изделия, то есть к возникновению воздействия на изделие, технические элементы носителя изделия или технологическое оборудование, не предусмотренного эксплуатационно-технической документацией.
Степень тяжести последствий происшествия оценивается как стоимость ликвидации данных последствий, в том числе стоимость восстановления работоспособности агрегата после происшествия и стоимость восстановления работоспособности изделия и инфраструктуры, получивших повреждения, причиной которых явилось рассматриваемое происшествие и его последствия.
Таким образом, значение показателя риска Я можно записать в виде:
Я = Ркат • Скат , (1)
где Ркат - вероятность возникновения происшествия по причине падения изделия, вычисляемая по формуле (2);
Скат - стоимость ликвидации последствий происшествия по причине падения изделия, в том числе стоимость восстановления изделия, технологического оборудования, оборудования технологической позиции и их составных частей, стоимость ликвидации последствий, связанных с обслуживающим персоналом (личным составом) и экологических последствий, стоимость потерь, связанных со временной невозможностью использования технологической позиции по назначению;
Ркат = Рос • Рпоо Рнв, (2)
где Рос - вероятность перехода системы в опасное состояние;
РПОО - вероятность пребывания системы в процессе выполнения потенциально опасной операции;
Рнв - вероятность ошибки второго рода, при которой невозможно выявить опасное состояние.
Вероятность перехода системы в опасное состояние зависит от вероятностей выхода из строя элементов, участвующих в потенциально опасной операции. Влияние на показатель риска большинства этих элементов можно количественно оценить на основании статистических данных по выходу из строя аналогичных элементов. Для количественной оценки влияния на показатель риска таких элементов, как элементы металлоконструкции, отличающиеся большой протяженностью и неоднородность материала, воспользуемся средствами неразрушающего контроля методом акустической эмиссии, как наиболее актуального и перспективного метода технического диагностирования металлоконструкций подъемно-транспортного оборудования РРКК.
Основным механизмом разрушения (выхода из строя) элементов металлоконструкции является развитие (рост) трещины до критического состояния с последующим разрушением самого элемента металлоконструкции. Основной характеристикой напряженного состояния материала в вершине трещины является коэффициент интенсивности напряжений, значение ко-
торого и позволяет достоверно устанавливать система акустико-эмиссионного контроля.
Для определения степени влияния на показатель риска элементов металлоконструкций Рмк, воспользуемся выражением:
Pмк = 1 /Щ, (3)
где Щ = т / Атц , (4)
где Атц - продолжительность цикла, с.
Известны аналитические выражения, позволяющие определять зависимости скорости роста трещины от изменения коэффициента интенсивности напряжений, в выражении длины трещины через коэффициент интенсивности напряжений и последующем интегрировании полученной зависимости по времени, определяющие работоспособность и минимальную долговечность металлоконструкции. Запишем данные выражения в общем виде:
т = {С, А, Q, Кс, Кр, ц}, (5)
где С - коэффициент, зависящий от механических свойств материала; А - коэффициент, зависящий от свойств внешней среды; Q - коэффициент, зависящий от геометрических параметров трещины;
КС - критическое значение коэффициента интенсивности напряжений
1/2
при хрупком разрушении, [МПам ];
КР - критическое значение коэффициента интенсивности напряжений
при замедленном или усталостном разрушении, в зависимости от характе-
1/2
ра разрушения [МПа ■ м ];
П - коэффициент функциональной зависимости скорости развития трещины от коэффициента интенсивности напряжений.
Разработаны аналитические выражения, основывающиеся на определении зависимости скорости роста трещины от изменения коэффициента интенсивности напряжения в выражении длины трещины через коэффициент интенсивности напряжений и последующем интегрировании полученной зависимости по времени, позволяющие определять работоспособность и минимальную долговечность с учетом скрытых дефектов и несплошностей материалов металлоконструкций агрегата подъемно-транспортного оборудования РРКК. Запишем данные выражения в общем виде по аналогии с выражением (5):
т* = {С*, А, д, Кс, Кр, п*}, (6)
где (здесь и далее) параметры, отмеченные знаком (*), являются параметрами, определяемыми с учетом скрытых дефектов и несплошностей материалов металлоконструкций.
Произведена количественная оценка показателя риска Я без учета скрытых дефектов, несплошностей материалов металлоконструкций (при определении Рмк использовались выражения (5) для т), и показателя риска Я* с учетом скрытых дефектов, несплошностей материалов (при определении Рмк использовались выражения (6) для т*).
Анализ полученных результатов показал, что учет скрытых дефектов и несплошностей материалов металлоконструкций позволяет снизить пока-
затель риска при эксплуатации подъемно-транспортного оборудования РРКК в послегарантийный период с учетом вероятности возникновения аварийной ситуации в процессе выполнения потенциально опасной операции.
Список литературы
1. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21 июля 1997 г. №116-ФЗ.
2. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 7: В 2 кн. Кн. 1: Метод акустической эмиссии / В.И. Иванов, И.Э. Власов / Кн. 2: Вибродиагностика / Ф.Я. Балицкий, А.В. Барков, Н.А. Баркова и др. - М.: Машиностроение, 2005. - 829 с.: ил.
Agafonov Kirill Vladimirovich, Cand.Tech.Sci., leading design engineer
(e-mail:[email protected])
Joint stock company «Corporation «Strategic points of control», Moscow, Russian.
METHODS OF DECREASING RISKS DURING THE EXPLOITATION OF THE LIFT-TRANSPORT EQUIPMENT OF THE ROCKET AND SPACE ROCKET SYSTEMS IN POST-WARRANTY PEROD WITH USING OF THE ACOUSTIC EMISSION DIAGNOSTICS UNBRAKABLE CONTROL
Abstract. Methods of decreasing risks during the exploitation of the lifttransport equipment are described in this article. These methods take into account not only obvious but also hidden weaknesses and discontinuity flaws of the steel construction materials. Also the facilities of the acoustic emission diagnostics unbrakable control (that are used during technical diagnostic) are applied.
Key words: operational safety, warranty period of operation, nondestructive testing, metalwork.
