В чем заключается анализ вида и последствий отказов (АВПО).
Применяется для качественной оценки безопасности технических систем. Существенной чертой этого метода является рассмотрение каждой системы в целом или каждой составной ее части на предмет того, как она может стать неисправной (вид и причина отказа) и как этот отказ воздействует на технологическую систему (последствия отказа).
Анализ вида и последствий отказа (АВПО) является анализом индуктивного типа, с помощью которого систематически, на основе последовательного рассмотрения одного элемента за другим анализируются все возможные виды отказов или аварийные ситуации и выявляются их результирующие воздействия на систему. Отдельные аварийные ситуации и виды отказов элементов выявляются и анализируются для того, чтобы определить их воздействие на другие близлежащие элементы и систему в целом. АВПО можно выполнить анализ более детально, чем анализ с помощью дерева отказов, поскольку при этом необходимо рассматривать все возможные виды отказов или аварийные ситуации для каждого элемента системы. Например, реле может отказать по следующим причинам: контакты не разомкнулись; запаздывание в замыкании контактов; короткое замыкание контактов на корпус, источник питания, между контактами и в цепях управления; дребезжание контактов; неустойчивый электрический контакт; контактная дуга; разрыв обмотки и пр.
Дополнительно для каждой категории оборудования должен быть составлен перечень необходимых проверок. Например, для баков, других емкостей и секций трубопроводов такой перечень может включать:
- переменные параметры: расход, количество, температура, давление, насыщение и т.д.;
- системы: нагрева, охлаждения, электропитания, подачи, управления и т.д.;
- особые состояния: обслуживание, включение в работу, выключение, смена катализатора и т.д.;
- изменения условий или состояния: слишком большое (давление), слишком малое, гидроудар, осадок, вибрация, пожар, падение, механическое повреждение, коррозия, разрыв, утечка, износ, взрыв и др.;
- прибор: чувствительность, настройка, запаздывание и т.д.
Карта проверки представляет собой изложение АВПО, а ее форма подобна используемой при выполнении ПАО. Основная разница заключается в большей степени детализации.
Метод рассматривает все виды отказов по каждому элементу. Он ориентирован на аппаратуру и механические системы, прост для понимания, не требует применения математического аппарата. Такой анализ позволяет установить необходимость внесения изменений в конструкцию и оценить их влияние на надежность системы. Его недостаток состоит в том, что он рассматривает неопасные отказы, требует значительных затрат времени и часто не учитывает сочетания отказов и человеческого фактора.
Раскрыть суть метода анализа опасности и работоспособности.
В основе этого метода (в ряде работ он именуется как "Метод изучения опасностей и функционирования", "Метод последовательной экспертизы", "Метод ключевых слов") возможно предсказание отдельных условий, приводящих к реализации опасностей. Он предназначен для рациональной организации функционирования производства и предотвращения несчастных случаев. По своей сути - это исследование, выполняемое на основе применения, в соответствии с эвристическими правилами ключевых терминов для выявления всех отклонений (опасных состояний) в работе системы от нормы, и описание возможных последствий обнаруженных отклонений для безопасности функционирования, а также вероятных причин этих отклонений и действий, необходимых для безопасного поддержания процесса. Метод не только обнаруживает недостатки и опасные состояния, но и является конструктивным, так как позволяет провести (в случае необходимости) усовершенствование или радикальную модификацию системы (установки). Однако он позволяет исследовать влияние отдельных отклонений технологических параметров (температуры, давления, расхода вещества и др.) от регламентных режимов с точки зрения возникновения опасности. Этот метод по качеству и сложности соответствует АВПО и анализу критичности.
Процедура реализации метода заключается в изучении каждой составляющей технологической схемы (линии, блока и т.д.). Конструктивное решение такой составляющей анализируется в том виде, в котором оно представлено в проектной документации. Затем набор ключевых терминов и слов "применяется" к этой составляющей и анализируются "сгенерированные" последствия.
Примером может служить следующий набор: Не, Нет, Больше, Меньше, Помимо, Скорее чем, Позже чем, Наоборот, Также как, Чем другие, Часть из, Ни один из, Больше чем, Меньше чем, Часть чего-либо и др. Они направляют и стимулируют процесс творческого мышления на выявление отклонений и позволяют проследить порядок развития (динамику) опасности.
ПРИМЕР. Продемонстрируем принципы проведения ПАО с использованием ключевых слов на примере установки, в которой происходит реакция между химическими веществами А и В с получением продукта С.
Процесс может осуществляться различными способами и его ход обычно представляется в описательной или графической формах. Чаще всего он изображается в виде схемы (рис. 1.1) или карты технологического процесса. В рассматриваемом примере предусмотренные проектом характеристики производственного процесса частично описаны в технологической карте и частично отражены в требовании управления технологическим процессом, определяющим подачу вещества А при какой-то заданной скорости.
Рис. 1.1. Схема технологической установки:
1 - расходная емкость; 2 - реактор; 3,4 - трубопроводы продуктов А и В;
5 - насосы; 6 - запорный клапан
Пример простой технологической карты
1. Вещество А.
2. Вещество В.
3. Получаемый продукт С.
4. Реакция А + В = С.
Предположим, что химия технологического процесса такова, что концентрация исходного материала А никогда не должна быть ниже концентрации материала В во избежание взрыва.
Проектом определено, как должен работать участок трубопровода, по которому осуществляется перемещение материала А.
Первое из появляющихся отклонений возникает при использовании ключевых слов "НЕ" или "НЕТ" применительно к проектному требованию. В данном случае получится: "НЕ ПЕРЕМЕЩАЕТСЯ А".
Затем рассматривается схема технологического процесса для установления причин, которые могли бы полностью прекратить подачу А.
Обратимся к рис. 1.1. Начнем с трубопровода, идущего от всасывающего патрубка насоса, который перекачивает исходный материал А до того места, где он поступает в реактор.
Причинами прекращения подачи А могут быть:
1. Расходный резервуар пуст.
2. Не действует насос из-за механической поломки, повреждения электросети или отключения насоса и т.д.
3. Разрыв трубопровода.
4. Закрыт запорный клапан.
Очевидно, что, по крайней мере, некоторые из этих причин являются возможными и поэтому можно заключить, что они вызывают существенное отклонение А + В = С.
Затем анализируются последствия. Полное прекращение доступа потока материала А скоро приведет к тому, что количество материала В в реакторе будет превышать количество материала А, что может привести к опасности взрыва. Таким образом, выявлены опасности в конструкции, и они отмечены для дальнейшего рассмотрения.
Следующее ключевое слово: "БОЛЬШЕ". Отклонения выражаются следующими словами:
"В РЕАКТИВНЫЙ СОСУД ПОСТУПИЛО БОЛЬШЕ ВЕЩЕСТВА А".
Причиной этому могут быть технические характеристики насоса, которые при определенных обстоятельствах приведут к увеличению скорости потока одного из веществ. Если это вполне объяснимая причина, то рассматривают следующие последствия:
1. В результате реакции в реактивном сосуде образуется вещество С, загрязненное избытком вещества А, переходящее в таком виде в следующую стадию процесса.
2. Избыточный поток в реактивный сосуд предполагает, что часть вещества будет удалена через сливное устройство.
Для решения вопроса о степени опасности таких обстоятельств нужна дополнительная информация.
Следующее ключевое слово "МЕНЬШЕ". Отклонение сформулировано как: "В РЕАКТИВНЫЙ СОСУД ПОСТУПИЛО МЕНЬШЕ ВЕЩЕСТВА А".
Причины этого события несколько отличаются от причин, вызвавших отклонение от режима в результате прекращения подачи А:
1. Запорный клапан открыт неполностью.
2. Частичная закупорка трубопровода.
3. Насос не справляется с подачей жидкости из-за снижения своих рабочих характеристик.
Следствие аналогично тому, которое явилось результатом полного прекращения потока, и поэтому потенциальная опасность - это возможность взрыва.
Затем оставшиеся ключевые слова по очереди применяются к проекту конструкции этой части, для того чтобы обеспечить исследование всех возможных отклонений.
После проверки трубопровода, по которому в реактор поступает материал А, он отмечается на карте технологического процесса как прошедший проверку. Затем выбирается следующая часть конструкции для исследования, и это может быть трубопровод для подачи исходного материала В в реактор. Это повторяется (рис. 1.2) для каждой части конструкции, каждого трубопровода, вспомогательных устройств, например мешалок, любых средств обслуживания реактора (подача тепла и холода) и самого реактора. Вот почему этот метод иногда называют методом последовательной экспертизы.
Рис. 1.2. Последовательность проведения экспертизы
Только при исключительных обстоятельствах на каждом этапе анализа составляется письменный отчет, придерживаясь рассмотренной структуры описания ПАО. Более обычным является проведение анализа с записью только потенциальных опасностей и их причин, например по форме, представленной в табл. 1.1, и последующим устным их обсуждением.
Таблица 1.1
Изучение опасностей и функционирования системы
Значения ключевых слов. Необходимо четко представлять их значения, определяемые толковым словарем, и придерживаться единообразия при исследовании системы. Ключевые слова (фразы, выражения) применяются для характеристики системы, где имеется информация (описание, техкарта и пр.), как должно действовать оборудование или протекать технологический процесс.
На примере были продемонстрированы принципы, лежащие в основе этого метода, и было показано, как применять первые три ключевых слова. Обычно они используются в своем прямом значении и дают четкую характеристику отклонения от технологического режима. Остальные слова требуют некоторых дополнительных пояснений. Их значение также рассмотрены на примере (рис. 1.1). Следующие два отклонения от проекта имеют качественный характер. Ключевыми словами являются ТАК ЖЕ КАК, а отклонение - ТАК ЖЕ КАК ПЕРЕМЕЩЕНИЕ А. Это может означать:
1. Перемещение какого-либо компонента в дополнение к А. Анализ технологического процесса (рис. 1.1) показывает наличие дополнительного трубопровода с запорным клапаном насоса. Если этот клапан не закрыт, вместе с А в реактор может поступать другой компонент. При этом появляется возможность того, что этот компонент либо будет оказывать характерное для него действие, либо будет играть роль инертного разбавителя А.
2. Перемещение А куда-нибудь еще кроме реактора. При анализе карты технологического процесса мы видим, что это возможно. Он мог бы перемещаться вверх по трубопроводу до всасывающего отверстия насоса через Т-образный участок.
3. Другие процессы, происходящие одновременно с перемещением А. Например, может ли происходить кипение или разложение А в трубопроводе или насосе?
Другим отклонением может быть такое отклонение, которое явилось причиной неполной реализации проектного замысла. Ключевыми словами являются ЧАСТЬ ЧЕГО-ЛИБО и ОТКЛОНЕНИЕ ЧАСТИ ПЕРЕМЕЩАЕМОГО А. Это могло бы означать:
1. Компонент А отсутствует. В данном случае необходимо иметь данные о составе А для правильной оценки эффекта отсутствующего компонента.
2. Пропуск одного или более реакторов в том случае, если насос подает А в несколько реакторов. Эти последние два отклонения снова имеют качественный характер, однако ни один из проектных замыслов не сохраняется. Первое из отклонений противоречит проекту. Ключевое слово ОБРАТНЫЙ и отклонение формулируется КАК ОБРАТНОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ А. Это означает, что поток направляется из реактора через насос. С помощью технологической схемы (карты) рассматриваются вероятность и возможные последствия такой ситуации.
3. Изучается возможность полной замены проектного замысла чем-нибудь еще. Ключевые слова - ДРУГОЕ а НЕ, а отклонение - ЧТО-ТО ДРУГОЕ, а НЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ А. Это могло бы означать:
3.1. Перенос материала, отличающегося от А. На технологической карте изучается возможность этого. Такое замещение могло бы произойти, например, при ошибочной подаче другого материала через насос. Необходима дополнительная информация о возможных материалах и их действии.
3.2. Изменение запланированного назначения оборудования. Например, подача компонента А не в реактор, а в другую емкость. Изучение карты технологического процесса показывает, что это может произойти через Т-образный отрезок трубопровода.
3.3. Изменение в характере действия вещества и его состоянии. Например, может ли А загустевать вместо того, чтобы перемещаться в трубопроводе?
Дополнительные рекомендации по применению ключевых слов. В предыдущем разделе ключевые слова были представлены в виде набора стандартных терминов, которые могут применяться при рассмотрении проектной документации для того, чтобы сформулировать возможные значимые отклонения. Их значение и применимость зависят от проектных решений, к которым они применяются, и возможного характера отклонений от запланированного процесса или конструкции.
При общем описании могут применяться ключевые слова. При детальном описании они также могут применяться в качестве фраз. Однако при использовании этих слов для более подробных описаний необходимы некоторые ограничения и даже модификации.
Когда они применяются для обозначения таких видов действий, как РЕАГИРОВАТЬ и ПЕРЕМЕЩАТЬ, обычно можно использовать все ключевые слова для четкой формулировки отклонений от заданного режима. Иногда с помощью одного ключевого слова можно описать несколько отклонений. Все ключевые слова, за исключением, возможно, слова ОБРАТНЫЙ, могут также применяться к веществам. В данном случае также можно сформулировать два или несколько отклонений. Например, БОЛЬШЕ ПАРА может означать увеличение количества пара или повышение скорости его потока (увеличение расхода пара) или же повышение давления пара (возрастание интенсивности).
При более длительном изучении проекта могут возникнуть ограничения в результате снижения возможности отклонений. Например, рассматривается система, предназначенная для эксплуатации при температуре 100(С. Единственно возможными отклонениями (если не принимать во внимание абсолютный нуль) являются БОЛЕЕ, т.е. свыше 100(С, или МЕНЕЕ, т.е. ниже 100(С.
В тех случаях, когда ключевые слова применяются к временным аспектам, слова БОЛЕЕ или МЕНЕЕ могут означать увеличение или уменьшение продолжительности или увеличение или снижение частот. Однако для характеристики последовательности действий или событий или абсолютного времени более информативными являются ключевые слова СКОРЕЕ или ПОЗЖЕ, чем ИНАЧЕ (ПО-ДРУГОМУ). Таким же образом при изучении таких аспектов, как положения, источник или назначение, более пригодным является ГДЕ ЕЩЕ, чем ИНАЧЕ ЧЕМ. И снова в этом случае более информативными будут слова ВЫШЕ и НИЖЕ, чем БОЛЕЕ или МЕНЕЕ, при характеристике отклонений, связанных с повышением параметров.
При комплексном изучении проекта, предусматривающем характеристику показателей температуры, скорости, состава, давления и т.д., рекомендуется применение всей последовательности ключевых слов отдельно по каждому элементу вместо применения каждого ключевого слова ко всему диапазону характеристик.
При использовании ключевых слов в предложениях также рекомендуется применять последовательность ключевых слов отдельно к каждому слову или фразе, начиная с той части, которая характеризует действие.