Анализ риска центробежных насосов
На стадии проектирования центробежных насосов были определены компоненты, отказы которых содержат высокие показатели риска.
При проведении результирующей оценки риска оценивались также опасности, связанные с отказами заложенных в конструкцию устройств защиты и систем безопасности.
Анализ риска выполняется в следующих целях:
- показать, что все виды опасностей, связанные с использованием насосов, идентифицированы;
- показать, что при проектировании предприняты все необходимые меры по снижению уровня риска и устранению недопустимого риска эксплуатации насосов;
- определить меры и ограничения, направленные на снижение уровня риска с учетом приведенных в регламенте видов опасностей, распространяющихся на насосы и их основные компоненты;
- показать, что конструкция насосов соответствует требованиям технического регламента Таможенного союза ТР ТС 010/2011 «О безопасности машин и оборудования».
Анализ риска насосов проведен в соответствии с:
- ГОСТ Р 51901.11 – 2005 (МЭК 61882:2001) «Менеджмент риска. Исследование опасностей и работоспособности»;
- ГОСТ Р 51344-99 «Безопасность машин и оборудования. Принципы оценки и определения риска»;
- ГОСТ 27.310-95 «Анализ видов, последствий и критичности отказов. Основные положения»;
- ГОСТ Р ИСО 31000-2010 «Менеджмент риска. Принципы и руководство»;
- ГОСТ Р 27.302-2009 «Надежность в технике. Анализ дерева неисправностей».
Анализ видов последствий и критичности отказов включает в себя определение видов опасностей, а также перечня узлов и элементов установок, отказы которых являются критическими
В рамках проведения анализа риска учитываются факторы и виды опасностей в соответствии с техническим регламентом Таможенного союза ТР ТС 010/2011 «О безопасности машин и оборудования», а также виды опасностей, не приведенные в рамках технического регламента, но характерные для конструкции насосов.
На стадии проектирования установок идентифицированы следующие возможные виды опасностей, связанные с эксплуатацией насосов:
1. Механические опасности (осевой сдвиг ротора, задевание проточной части, повреждение компонентов насоса и разрушение установки, выброс перекачиваемой среды под давлением), вызванные:
- разрушением основания и опор насоса;
- отказом импеллера (вала, диска, лопаток);
- отказом упорных и радиальных подшипников;
- отказом системы смазки;
- отказ системы охлаждения;
- повышением скорости вращения вала ротора выше предельно-допустимого значения;
- созданием недопустимо высокой температуры, давления в компонентах насоса;
- перепадом температур, неравномерным прогревом компонентов насоса и тепловым прогибом ротора;
- ослаблением резьбовых соединений, отсоединением частей и повреждением компонентов насоса в результате воздействия избыточного уровня вибраций.
2. Опасность утечки, выброса перекачиваемой и технологической жидкостей (в т.ч. горючих) под давлением, возгорание горючих жидкостей при попадании на горячие поверхности и при контакте с источниками огня, в результате
- нарушения структурной целостности и разгерметизации корпуса насоса;
- разгерметизации фланцевых соединений и разрушения уплотнений;
- нарушения структурной целостности и разгерметизации трубопровода в результате коррозионного и усталостного воздействия;
- недопустимого перепада давления в компонентах насоса, гидравлического удара в трубопроводах и корпусе насоса.
3. Опасности, вызванные отказами приводного электродвигателя, компонентов электрооборудования и нарушением структурной целостности изоляции.
4. Термические опасности, вызванные чрезмерным нагревом поверхностей установки.
5. Механические опасности (опасность затягивания), связанные с движущимися элементами насоса.
6. Опасности, вызванные избыточным уровнем шума.
7. Опасности, вызванные отказом элементов управления.
8. Опасности, вызванные отказом устройств защиты и систем безопасности (контрольно-измерительных приборов и запорно-регулирующей арматуры).
9. Ошибки персонала, нарушение правил эксплуатации насоса.
В данном разделе приведена таблица возможных отказов составных частей, узлов, устройств защиты и систем безопасности насосов, дана характеристика условий отказов, определены последствия возникновения выявленных отказов и их характеристика. На основе полученных данных проведена оценка риска методом АВПКО (анализа видов последствий и критичности отказов).
Анализ видов последствий и критичности отказов включает в себя определение видов опасностей, а также перечня узлов и элементов насосов, отказы которых являются критическими.
В сводной таблице АВПКО дана характеристика условий отказов, определены последствия, возникновения выявленных отказов и их характеристика. В рамках АВПКО приведены характеристики частот отказов, их последствий, а также дана характеристика несвоевременного обнаружения отказов элементов насосов.
Критичность отказов определялась в соответствии с ГОСТ 27.310-95 «Анализ видов, последствий и критичности отказов. Основные положения».
При проектировании принята следующая классификация уровня риска элементов насосов:
- 0-40 – незначительный уровень риска;
- 41-70 – умеренный уровень риска;
- 71-100 – высокий уровень риска;
- 101-120 – очень высокий уровень риска;
- более 121 – недопустимый уровень риска.
Ниже представлена таблица – Анализ видов последствий и критичности отказов (АВПКО) центробежных насосов.
| ИС (отказы оборудования, ошибки персонала) | Характеристика частоты отказа B1 | Значение В1 | Последствия отказа B2 | Значение В2 | Характеристика вероятности выявления отказа B3 | Значение ВЗ | Критичность отказа (С) (С= B1*B2* B3) | Уровень риска |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Отказ основания (рамы) насоса и фундамента установки | Низкая вероятность возникновения события | 2 | Возникновение избыточных вибраций, потеря устойчивости, опрокидывание установки, повреждение компонентов | 10 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 60 | Умеренный |
| Нарушение структурной целостности корпуса | Низкая вероятность возникновения события | 2 | Выброс перекачиваемой среды под давлением, падение давления в компонентах установки, повреждение установки | 8 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 48 | Умеренный |
| Отказ импеллера (вала, рабочих колес, лопастей) | Низкая вероятность возникновения события | 3 | Осевое смещение вала ротора, задевание проточной части компонентами ротора, повреждение частей ротора, разрушение насоса, выбросу перекачиваемой среды под давлением | 9 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 81 | Высокий |
| Отказ упорных и радиальных подшипников | Низкая вероятность возникновения события | 3 | Возникновение избыточного уровня шума и вибраций, осевое смещение ротора, повреждение компонентов ротора и проточной части, разрушение насоса, выбросу перекачиваемой среды под давлением | 9 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 81 | Высокий |
| Нарушение структурной целостности и разрушение уплотнений и прокладок | Умеренная вероятность возникновения события | 4 | Нарушение режима работы насоса, утечка и выброс перекачиваемой среды под давлением | 7 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 84 | Высокий |
| Нарушение структурной целостности вспомогательного, подводящего и отводящего трубопроводов | Низкая вероятность возникновения события | 3 | Нарушение режима подачи работы насоса, утечка и выброс перекачиваемой среды под давлением | 8 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 2 | 48 | Умеренный |
| Отказ приводного электродвигателя | Низкая вероятность возникновения события | 2 | Нарушение режима работы насоса, непреднамеренная остановка насоса или превышение предельно-допустимой скорости вращения ротора, повреждение компонентов установки | 9 | Умеренная вероятность несвоевременного выявления | 4 | 72 | Высокий |
| Отказ элементов электрооборудования, нарушения изоляции проводки | Умеренная вероятность возникновения события | 4 | Нарушение режима подачи питания, повреждение, отказ компонентов установки, электротравма персонала, тление/искрение проводов может привести к возгоранию | 9 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 2 | 72 | Высокий |
| Отказ системы смазки (в т.ч. недостаточный уровень смазки в корпусах подшипников) | Низкая вероятность возникновения события | 3 | Недостаточная смазка подшипников и несвоевременное определение неисправности приводит к нагреву подшипников, их выплавлению, смещению оси вала, повреждению проточной части и разрушению насоса | 9 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 81 | Высокий |
| Отказ системы водяного охлаждения (в т.ч. недостаточный уровень воды в системе) | Низкая вероятность возникновения события | 3 | Избыточный нагрев компонентов насоса может привести к повреждению компонентов и разрушению проточной части | 9 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 2 | 54 | Умеренный |
| Наличие механических примесей в перекачиваемой среде | Низкая вероятность возникновения события | 2 | Эрозионный износ элементов проточной части и трубопровода, нарушение структурной целостности и постепенное разрушение компонентов | 9 | Умеренная вероятность несвоевременного выявления | 4 | 72 | Высокий |
| Появление трещин, изломов в несущих и опорных конструкциях насоса, компонентах и трубопроводах в результате воздействия динамических нагрузок, усталостных явлений и коррозии | Низкая вероятность возникновения события | 3 | Разлом несущих конструкций насоса, падение частей, нарушение устойчивости, избыточные вибрации, повреждение компонентов, опрокидывание и разрушение установки | 10 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 2 | 60 | Умеренный |
| Ослабление затяжки резьбовых соединений, разъединение креплений и соединений трубопроводов, клапанов, в результате воздействия вибраций | Низкая вероятность возникновения события | 3 | Ослабление креплений насоса, повышение уровня вибраций, разгерметизация установки, повреждение проточной части, утечка и выброс перекачиваемой среды под давлением, разрушение установки | 9 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 81 | Высокий |
| Превышение предельно-допустимых значений основных рабочих параметров насоса (температуры и давления). Неравномерный прогрев компонентов насоса. | Умеренная вероятность возникновения события | 4 | Создание чрезмерных осевых нагрузок, прогиб и осевое смещение ротора, повреждение проточной части, разрушение насоса, выброс перекачиваемой среды под давлением | 9 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 108 | Очень высокий |
| Физический износ элементов ротора (вала, рабочих дисков и лопаток диска) | Умеренная вероятность возникновения события | 4 | Отказ элементов ротора, задевание проточной части, повреждение прочих компонентов и разрушение насоса | 9 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 2 | 72 | Высокий |
| Гидравлический удар в трубопроводах и проточной части насосов | Низкая вероятность возникновения события | 3 | Повреждение проточной части и трубопроводов, нарушение структурной целостности, выброс перекачиваемой среды под давлением | 9 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 81 | Высокий |
| Разгерметизация фланцевых соединений | Низкая вероятность возникновения события | 3 | Нарушение режима работы насоса, утечка и выброс перекачиваемой среды под давлением | 8 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 3 | 72 | Высокий |
| Нарушение регламента проведения обслуживающих и ремонтных работ, правил безопасной эксплуатации насосов | Событие возможно, наблюдалось при эксплуатации подобных изделий | 6 | Нарушение нормально режима эксплуатации насосы, отказ компонентов насоса и ее разрушение, травмирование персонала | 10 | Низкая вероятность несвоевременного выявления | 2 | 120 | Очень высокий |
| Отказ органов управления, контрольно-измерительных приборов и устройств защиты (запорно-регулирующей и предохранительной арматуры и пр.) в т.ч. эксплуатация с неисправными вышеперечисленными устройствами | Низкая вероятность возникновения события | 2 | Потеря контроля над рабочим режимом насоса, выход рабочих параметров за пределы допустимых значений, отказ компонентов насоса, несвоевременное обнаружение отказа компонентов, развитие аварийной ситуации, повреждение прочих компонентов и разрушение насоса | 10 | Умеренная вероятность несвоевременного выявления | 4 | 80 | Высокий |
На основании проведенного анализа видов последствий и критичности отказов, определены ИС – исходные события (отказы оборудования, ошибки персонала), связанные с остаточным риском эксплуатации центробежных насосов.
Остаточный риск эксплуатации центробежных насосов связан с отказом устройств защиты и систем безопасности (элементами управления, контрольно-измерительными приборами и запорно-регулирующей арматурой).
Отказ контрольно-измерительных приборов может привести к несвоевременному определению отклонения от нормального режима работы насоса и дальнейшему отказу и повреждению компонентов установки.
В случае отказа компонентов насоса, отказ устройств защиты и систем безопасности может привести к несвоевременному останову насоса и дальнейшему развитию аварийной ситуации, включая полное разрушение установки, травмирование и гибель персонала.
Далее рассмотрены ИС (отказы оборудования, ошибки персонала), приводящие к аварии, при учете отказа устройств защиты и систем безопасности насосов.
К осевому смещению вала ротора, задеванию проточной части, разрушению насоса с выбросом перекачиваемой среды под давлением, могут привести следующие ИС:
- отказ рамы (основания) и опор;
- отказ корпуса (статора);
- отказ импеллера (вала, дисков, лопаток);
- отказ упорных и радиальных подшипников;
- отказ системы смазки;
- отказ системы охлаждения;
- создание недопустимо высокого давления в проточной части;
- тепловой прогиб ротора.
К утечке, выбросу перекачиваемой и технологических сред насоса (в т.ч. горючих) под давлением, возгоранию горючих жидкостей при попадании на горячие поверхностей и при контакте с источниками огня, могут привести следующие ИС:
- отказ системы смазки;
- отказ системы охлаждения;
- нарушение структурной целостности и разгерметизация корпуса;
- нарушение структурной целостности и разрушение уплотнений;
- разгерметизация трубопроводов и фланцевых соединений;
- гидравлический удар в трубопроводах и корпусе насосов.
Отказ приводного электродвигателя может привести к нарушению режима работы насоса, повреждению компонентов и разрушению установки.
Наличие механических примесей в перекачиваемой среде может привести к эрозионному износу элементов проточной части и постепенному разрушению проточной части и компонентов насоса.
К повреждению компонентов насоса, выбросу рабочей и технологических сред под давлением, разрушению установки могут привести следующие ИС:
- ослабление затяжки резьбовых соединений, разъединение креплений и соединений трубопроводов, клапанов, в результате воздействия вибраций;
- появление трещин, изломов в несущих и опорных конструкциях насоса, компонентах установки и трубопроводах в результате воздействия динамических нагрузок, усталостных явлений и коррозии.
Отказ элементов электрооборудования, нарушение изоляции, тление проводки и искрение может привести к нарушению режима подачи питания, повреждению, отказу компонентов насоса, электротравме персонала, тление/искрение может привести к возгоранию.
Попадание горючих жидкостей (смазочного масла) на горячие поверхности системы и (или) контакт с источниками искрения, открытого огня может привести к воспламенению масла и развитию пожара.
К отказам компонентов насоса и травмированию персонала может привести нарушение регламента проведения обслуживающих и ремонтных работ, правил безопасной эксплуатации установок, в том числе:
- касание персоналом движущихся частей. Может привести к затягиванию конечностей, травмированию и гибели обслуживающего персонала;
- касание персоналом горячих поверхностей. Может привести к получению персоналом термической травмы;
- проведение обслуживающих и ремонтных работ с компонентами установки, стоя на частях насоса, не предназначенных для данного вида использования;
- нахождение персонала и посторонних лиц в опасных зонах установки во время проведения обслуживающих и ремонтных работ, эксплуатации насоса.
Эксплуатация насосов с признаками неисправностей (хлопки, металлические шумы, избыточный уровень вибраций), в т.ч. с неисправными или демонтированными устройствами защиты и системами безопасности, может привести к отказу компонентов, повреждению прочих компонентов установки, развитию аварийной ситуации и разрушению насоса.
Отказ компонентов насоса и дальнейшее развитие аварийной ситуации (разрушение насоса, выброс жидкостей под давлением, возникновение пожара), может привести к повреждению близлежащих установок и оборудования, травмированию и гибели персонала.
Остаточный риск эксплуатации насосов также связан с внешними событиями. К ним относятся сильная ветровая нагрузка, землетрясения, падения объектов, летательных аппаратов, разрушение сооружений, расположенных вблизи рабочей зоны насоса
Для снижения показателей остаточного риска установлены требования к безопасной эксплуатации, меры и ограничения использования, требования к персоналу, требования к процедурам ввода в эксплуатацию и эксплуатации центробежных насосов.