供热系统现有可靠性评价指标分析_战泰文

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1.4 在整个采暖期故障流具有稳定性 的假设不客观 。
文献[ 2] 认为在整个采暖期故障流参数 保持为定值 , 未考虑在不同室外空气温度下 及不同时间内故障次数的变化 , 也是不客观 的。
但式(1)当然也正确反映了管网分段问 题对热网可靠性的影响 , 指出了提高系统可 靠性的正确方向 , 得到了我国供热界学者的 认同 , 对我国学者研究热网可靠性问题起了 指导意义的作用 , 但该式中采用了判定供热 系统是否处于事故状态的不客观标准和三个 不客观假设 , 因而具有很大的缺陷性 。 2 .文献[ 3] 、[ 4] 提出的热网可靠性综合评价
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区域供热 1999 .5 期
但文献[ 2] 还规定了凡是导致管段和用 户关闭时间不小于 3 小时的元部件故障都要 进行统计并被用来确定故障流参数 , 换而言 之凡是导致管段和用户关闭时间不小于 3 小 时的元部件 故障都导致供 热系统处于 事故 (失效)状态 。
文献[ 2] 规定的供热系统是否处于事故 状态的标准是不正确的 。供热系统的服务对 象是热用户 , 判定供热系统服务质量的客观 标准就是热用户 。一般可用其室内空气温度 来评价 。
∑ ∑ ∑ Ry
m
=1 -
k-1
n
Ak ηi
i =1
ωki
n
n
(1 ∑ -e-i =1 ωkiZk)
ωki
i =1
(4)
∑ 式中 :Ak
= Qk0 Qy0
=
(tnj -twk)Zk
m
, Ak 为供热
(tnj -twk)Zk
k =1
系统在理想状态下第 K 月份系统的供热量占
系统全年供热量的份额 , 简称为月供热份额 。
热量的数学期望与全年(供暖期)理想状态供
其余符号同式(1)。
热量的比 值 , 给出的供热 系统可靠性年评 价
m
∑(t nj -t wk)Fkhk ∑ 令 Ctf = k =1 (t nj -t wk)hk 称 Ct f 为故
m
∑ 障频谱系数 , 显然 , 由于 Fk <1 , Fk =1 , k =1
所以 , Ctf <1 , 因此 Rzt (Z 0)> R xt(Z 0)。
分析文献[ 3] 、[ 4] 中 式(2)的推 导过程 ,
指标为 :
∑ ∑ ∑ Ry
Baidu Nhomakorabea
m
=1 -
k=1
∑ Qk0(1
Qy0
n
-e-i =1
n
ωkiZk )
i =1
ηi
ωki
n
ωki
i =1
(3)
式中 :Qko ——— 第 K(k =1 , 2 … …m)月份供热
DO I :10.16641/j .cnki .cn11 -3241/tk.1999.05.004
区域供热 1999 .5期
供热系统现有可靠性评价指标分析
总参工程兵第四设计研究院 战泰文
哈尔滨建筑大学
邹平华
北京市机械局职工大学
许春兰
提要 本文分析了供热系统现有可靠性评价指标 , 指出了其计算公式的缺陷性 , 给出 了供热系统可靠性年可靠性评价 。 关键词 供热系统 可靠性 评价指标
前苏联学者将供热系统的可靠性评价指 标定义为实际系统的功能质量指标与理想系 统的功能质量指标之比(文献[ 1] 、[ 2] )。他们 以计算热负荷作为功能质量指标 , 通过状态 模拟用布尔真值算法计算得出的热网可靠性 评价指标可表述为 :
∑n
Rxt(Z0)=1 -
ΔQij
n
λi
(1
n
-e
-∑ i =1
设计热负荷这两个不客观的假设 。因而“计算 工况”是不客观的 。
1.3 将 供热系 统做为“ 年不 可修复 系 统”的假设不客观 。
文献[ 2] 认为 , 在供热系统可靠性评价方 法中应考虑间断供热的社会后果 , 在计算它 的可靠性时把系统看作是不可修复的系统 。 换而言之 , 故障元部件在采暖期得不到修复 , 系统各元部件故障造成的系统供热不足量延 续到整个采暖期 。显然 ,“年不可修复系统”的 假设是不客观的 。
式中 :tnj — —室内空气设计温度 , ℃; t wk ——— 某 地 区 第 K 月 份 室外 平 均温
3 .供热系统可靠性年评价指标
度, ℃;
文献[ 6] 、[ 7] 将供热系统可靠性评价 指
Fk ——— 第 K 月份的故障次 数占年总故 标 Ry(Z)定义为供热系统整个供暖期实际供
障次数的份额 ;
m
n
∑ ∑ (tnj -twk)Fkhk ΔQij λi
Rzt(Z 0)=1 -k =1
i =1 n
·
∑ ∑ (tnj -twk)hk Q0j λi
i =1
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区域供热 1999 .5期
n
·(1 -e - ∑λZ 0) i =1
(2)
取的 , 应用这一概念可使 可靠性指标计算 更 加深入和细致 。
) λZ i0
(1)
∑ i =1 Q0j
λi
i =1
式中 :Z0 ———采暖期延续时间 , Y 或 h ;
λi ———前苏联学者给出的系统第 i 个元
部件的故障流参数值 , 1/Y 或 1/h ; n ———故障元部件数量 ; ΔQij ———第 i 个元部件故障造成的在计
算工况(采暖室外空气计算温度)下的供热不 足量,M W :
次故障” 。 因供热系统在非运行期的检修 , 不 故障造成的系统供热不足量 , GJ 。
会引起系统发生事故 , 当然更不 会影响到向
文献[ 6] 、[ 7] 给出的供热系统可靠性 年
用户供热 , 不能做为故障事件 。
评价指标另一公式为 :
2 .2 故障频谱与故障流的稳定性相矛盾 文献[ 3] 、[ 4] 忽略了这个问题 :在确定元 部件的故障流参数时 , 曾假定故 障流参数与 室外温度无关 , 如取观察年限内 的故障次数 的年平均值做为年故障 流参数 , 从而也就假 定了故障流参数与故障发生的月份无关 。 故 障流参数具有稳定性是其构成泊松过程的前 提之一 , 如引 进故障频谱违背了 故障流参数 具有稳定性的前提假设 , 因此式(2)是不妥当 的。 文献[ 3] 在调研国内热网故 障数据基础
Zk ——— 系 统 在第 K 月 运行 总时 间 , 小
故状态的标准与 文献[ 1] 、[ 2] 基本 相同 。 在 时 ;
统计导致系统处于事故 的故障时 , 还增加了 一些所谓的“故障” , 如“对非运行期 的检修 ,
ηi
=
ΔQki Qk0
;
被腐蚀而更换的管道 , 以更换一 百米记为一
ΔQki ——— 第 K 月份第 i 个元部件事故性
由于供热系统供热区域内建筑物结构虽 然有差异 , 但根据当地的条件 , 总可以选择出 具有中等蓄热能力的有代表性房屋 , 利用有 代表性房屋来恒量供热系统的服务质量 。当 代表性房屋处于室内设计温度时 , 我们说供 热系统处于正常运行条件 , 系统完成预定功 能 , 处于完好状态 ;当供热系统元部件发生故 障对热用户造成影响时 , 如导致有代表性房 屋室内温度从计算值降至最低允许值(作者 认为可取 10 ℃)及以下 , 则供热系统处于事 故状态 。我们认为有代表性房屋室内空气温 度从计算值降至最低允许值的时间([ 5] )可 以确定为供热系统的允许检修时间(当然在 不同室外空 气温度下这一 允许时间是 不同 的)。当故障元部件的修复时间超过系统的允 许检修时间时 , 供热系统将处于事故状态 。文 献[ 1] 只是简单的以“ 3 小时” 标准来恒量供 热系统是否处于事故状态是片面的 。
Qoj ———系统的计算热负荷 , M W 。 文献[ 1] 、[ 2] 中给出了前苏联按照“ 3 小 时” 故障标准根据观察统计资料得出的故障 流参数 的数值 。对于管 道 , 其故障流参数 为 0 .05 1(km .Y);对 于 阀 门 , 其 故 障 流 数 为 0 .002 1/Y 。 分析 式(1)及其推导 过程 , 作 者发现 式 (1)存在着以下缺陷 : 1.1 判定供热系统是否处于失效(事故) 状态的标准不客观 。 文献[ 2] 在供热系统故障元部件数量统 计过程中排除了以下二类故障 : (1)管道水力试验和热力试验期间发生 的故障 ; (2)处于极不利运行条件(地沟周期性地 被地下 、地上水淹没 , 被土埋没 , 管道防腐蚀 物被破坏)下的故障 。这些是正确的 。
阀在提高热网可靠性方面的一大作用 。分段 阀布置在管网管段的起点 , 其数量应根据管 网的平面图和管长 、热负荷确定 。必须指出 , 分段阀布置的间距还应从故障管段允许修复 时间来考虑 。任何分段方法都将使热网增加 新的部件 ———阀门 , 阀门本身也会发生故障 , 它也有一定的事故流参数的数值 , 因此将降 低系统的可靠性 。但是如果分段阀降低被切 断功率的数值和其在提高系统可靠性方面的 贡献比附加分段阀带来的不可靠性大的话 , 那么管网分段提高系统的可靠性 , 这种方法 必须采用 。
系统的理论供热量 , GJ ;
Qyo ———供热系统整个供暖期的理想 状
作者发现该式存在着以下缺陷 :
态的供热量 ,GJ ;
2 .1 判定供热系统是否处于失效(事故)
ωki — —事故流 参数[ 6][ 8] , (i =1 , 2 … …
状态的标准不客观 。
n);
文献[ 3] 、[ 4] 确定供热系统 是否处于事
指标分析 文献[ 3] 、[ 4] 按照文献[ 1] 提出的以供热
系统 功能质量指标 来判定系统 可靠性的 思 想 , 以全年总供热量作为系统的功能质量指 标 , 定义供热系统可靠性综合评价指标为实 际系统的功能质量指标与理想系统的功能质 量指标的比值 。根据定义 , 借助于被称为故障 频谱的假设 , 文献[ 3] 给出的可靠性综合评价 指标为
供热系统的可靠性是用可靠性评价指标 来评价的 。可靠性评价指标是设计和选择供 热系统结构模式的依据 , 是供热系统可靠性 计算的核心 。我国在进行供热系统可靠性计 算中 现在 一般 都采用 前苏 联教 科 书(文 献 [ 1] )中介绍的计算公式 , 我国学者也提出了 供热系统可靠性综合评价指标计算公式(文 献[ 3] )。作者通过对这两个公式的分析 , 发现 这两个公式均存在着缺陷性 , 并不完善 。 1 .前苏联的热网可靠性评价指标分析
t nj ———室内空气设计温度 , ℃;
t wk ———某 地 区 第 K 月 份 室 外 平 均 温
度 , ℃;
上提出了故障次数随月份变化这一思想是可 4 .可靠性年评价指标 Ry 影响因素探讨
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区域供热 1999 .5 期
4 .1 元部件的事故流参数 ωki 热网元部件损坏或故障的原因分析及统 计处理在文献[ 8] 及文献[ 6] 中均已论述 , 在 设计新的热网系统时 , 要采用最完善和最进 步的管道结构和热网设备 , 因而 , 根据回顾统 计分析所得到的事故流参数 ωk i 的数值应该 向减小的方向修正 。所采 用的 ωki 的计算值 还需用考察鉴定的方法进行补充检验 。事故 流参数的 ωki 减小 , 可提高系统的可靠性 , 设 计者的任务是正确地选择在计算中所采用的 ωk i 的数值 。 4 .2 采暖地区因素 不同地区 , 采暖室外计算温度 tw j 、采暖 期的月份数 m , 采暖期开始和结束月份的运 行时间 Z1 及 Zm 、各月份的平均室外空气温 度 tw k 差异都很大 , 因而地区因素对可靠性 指标 Ry 的影响是很大的 。对某一给定地区 , 月供热份额 Ak 及第 k 月份运行时间 Zk 通 常都是已知的 。 4 .3 事故工况的数量 n 事故工况的数量 n 取决于组成供热系统 的元部件数 , 计算中考虑的事故工况的数量 比可能发生的故障工况少 。根据所采取的系 统结构图 , 有些元部件的故障不导致系统处 于事故状态 , 这些元部件的故障不是事故性 故障 , 在计算可靠性时不考虑 。因此 , 可靠性 计算中所考虑的事故工况在计算前确定 , 主 要与所采取的热网系统结构 , 热负荷分布及 分段阀布置有关 。 4 .4 ηi ηi 从数值上等于在采暖室外计算温度下 第 i 个元部件事故性故障造成的瞬时供热不 足量与系统设计热负荷之比 , 实质反映了热 网的分段问题 , 与事故工况下被切断的供热 量 ΔQk i 密切相关 , 使得我们可以从采暖计算 工况入手分析分段阀设置对热网可靠性的影 响。 管网分段可以减少管段事故工况下被切 断的热负荷数值 , 从而降低 ηi 值 , 这是分段
1 .2 “计算工况”假设不客观 。 文献[ 2] 认为 , 在接近或低于采暖室外计 算温度时元部件的故障流参数会有所增大 , 系统也处于最紧张的工作状况 , 因此在评价 供热系统可靠性时取采暖室外计算温度下时 出现的工况为“计算工况” , 以间接考虑在较 低室外温度下热网复杂运行工况时的故障流 参数 。根据“计算工况”的确定 , 必然会得出各 元部件的“3 小时”故障都发生在采暖室外计 算温度条件下和整个采暖期运行热负荷均为
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