ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم خنک کننده روغن توربین در‌ ایستگاه تقویت فشار گاز با استفاده از آنالیز درخت خطا

Reliability assessment of oil cooling system of turbine in gas compressor station by fault tree analysis

فرمت: WORD  تعداد صفحات: 14

اسماعیل خداپرست ¹، محسن مهدي‌نيا *²، روح الله حاجی‌زاده ³

1- دانشجوی کارشناسی ارشد ایمنی صنعتی، دانشكده HSE، دانشگاه علوم پزشكي شهيد بهشتي، تهران، ايران

2- کارشناس ارشد بهداشت حرفه ای، دانشكده بهداشت، دانشگاه علوم پزشكي قم، قم، ايران

3- دانشجوی کارشناسی ارشد بهداشت حرفه‌ای، دانشكده بهداشت، دانشگاه علوم پزشكي تهران، تهران، ايران

* نويسنده مسئول مكاتبات: دانشكده بهداشت، دانشگاه علوم پزشكي قم، قم، ايران

چکیده

گاز در حال حاضر به عنوان یکی از کلیدی‌ترین منابع انرژی و درآمد ایران می‌باشد. افزایش طول خطوط انتقال گاز باعث افت فشار گاز و الزام به ایجاد ایستگاه‌های تقویت فشار با تأسیسات ویژه و حساس می‌کند که مهمترین اصل قابلیت اطمینان عملکرد آن می‌باشد. هدف این مطالعه بررسی قابلیت اطمینان سیستم خنک کننده توربین‌ها به عنوان بخشی حساس از این تأسیسات می‌باشد. این مطالعه توصیفی مقطعی در سال 1391 روی سیستم خنک‌کننده روغن، در یک ایستگاه تقویت فشار گاز انجام شد. اطلاعات با استفاده از مستندات، مشاهده و مصاحبه جمع آوری گردید. از روش آنالیز درخت خطا، جهت شناسایی علل توقف عملکرد سیستم خنک کننده و آنالیز کیفی و کمی ایمنی آن و محاسبه قابلیت اطمینان سیستم استفاده شد.

رویداد‌های پایانی نقص الکتروموتور با احتمال 0.07، نشتی در تانک روغن و نقص در آشکارساز هر یک با احتمال 0.03 و نقص هر یک از اتصالات با احتمال 0.01 به ترتیب بیشترین احتمال وقوع را دارند. محتمل‌ترین رویداد میانی منجر به توقف سیستم، شکست در تانک روغن می‌باشد. نشتی در تانک روغن، شکاف در تانک روغن و  نقص هر اتصال با احتمال‌های 0.03، 0.01 و 0.002، محتمل‌ترین دلایل توقف عملکرد سیستم خنک‌کننده هستند. قابلیت اطمینان سیستم مورد نظر نیز برابر با 0.9953 بود. با توجه به حساسیت سیستم مورد بررسی و نتایج بدست آمده، نیاز به بهبود  قابلیت اطمینان سیستم احساس می‌شود. به این منظور توجه ویژه به تعمیر و نگهداری تانک روغن، بازبینی منظم اتصالات، پمپ‌ها و آشکارساز، مهمترین اقدامات می‌باشد.

واژه های کلیدی: قابلیت اطمینان، ایمنی، درخت خطا، گاز

Abstract

Natural gas is currently the most important source of energy and income for our country. Increasing the length of gas pipeline and gas pressure drop, required to create gas stations with special and critical facilities and its main is reliability. The aim of this study was to evaluate the reliability of the turbines cooling system as one of the sensitive part of these facilities. This cross-sectional study was done in 2012 on oil cooling system in a pressure boosting station. Data was gathered from the documents, Observation and interview. Fault tree analysis used to identify stop function causes of cooling system and qualitative and quantitative safety analysis and reliability calculation. The final event of electromotor failure with probability of 0.07, oil tank leaks and detection failure with probability of 0.03 and failure in each connection with probability of 0.01 are likely to occur. Likely event that lead to system failure is the failure of the oil tank. Oil tank Leakage, oil tank crack, and failure in connections with the sequence probabilities of 0.03, 0.01, 0.002 are the most likely reasons to stop function of cooling system. System Reliability was equal to 0.9953. Due to the sensitivity of the studied system and the obtained results, it is necessary to improve the system reliability. Therefore special attention to the oil tank maintenance, regular review of connections, pumps and sensors maintenance, are important measures.

Keyword: Reliability, Safety, Fault tree, Gas

مقدمه

فاصله زیاد بین مراکز تولید و مصرف گاز  و ایجاد افت فشار ناشی از طول خطوط انتقال و سایر عوامل، الزام به ایجاد ایستگاه‌های تقویت فشار گاز در طول خطوط انتقال گاز می‌نماید. این تأسیسات با استفاده از کمپرسور‌ها فشار لازم برای انتقال گاز در لوله‌ها را فراهم می‌کنند. نیروی محرکه برای کمپرسور گاز از طریق توربین ایجاد می‌شد و توربین گازی به عنوان یکی از اساسی‌ترین تجهیزات ایستگاه‌های تقویت فشار گاز به حساب می‌آید. این دستگاه در اثر عبور یک سیال با انجام چهار عمل اصلی مکش، تراکم، احتراق و تخلیه تولید قدرت می‌کند و سیستم خنک کننده روغن بخش حیاتی توربین‌ها می‌باشد. هر گونه توقف در عملکرد سیستم خنک کننده روغن باعث افزایش دمای روغن توربین‌ها و در نهایت افزایش دمای تجهیزات مکانیکی آن‌ها می‌شود که در صورت عدم انجام اقدام به موقع مبنی بر توقف عملیات و یا تعمیر سیستم خنک کننده روغن، منجر به آسیب شدید به تجهیزات و حتی وقوع انفجار‌های شدید گردیده که با توجه به تغذیه بخش وسیعی از شبکه گازی از یک ایستگاه، پیامد چنین حادثه‌ای می‌تواند بسیار گسترده باشد.

بنابراین آنچه گفته شد و به طور کلی به دلیل وجود حجم بسیار زیاد ماده قابل اشتعال و انفجار و همچنین تراکم وجود شبکه لوله‌‌کشی و تجهیزات مرتبط در تأسیسات تولید و انتقال گاز، ارزیابی ریسک و آنالیز ایمنی در هر بخشی از این تأسیسات  دارای اهمیت زیادی می‌باشد(1). ارزیابی ریسک و آنالیز ایمنی یک روش علمی و سیستماتیک برای پیش‌بینی و کاهش احتمال وقوع یک حادثه می‌باشد. در این زمینه پیش‌بینی سناریوهای بالقوه حادثه یکی از مهمترین مراحل آنالیز ایمنی می‌باشد(2). همه این تکنیک‌ها به دنبال این هدف هستند که اطمینان حاصل شود که سیستم یا فرایند، تحت شرایط ریسک قابل قبول طراحی شده و کار می‌کند(3, 4).

تکنیک‌های آنالیز درخت خطا و آنالیز درخت رویداد با فراهم کردن یک آنالیز کیفی از خطرات شناسایی شده و یک ارزیابی کمی از احتمال رویدادهای نامطلوب به ارزیابی ریسک می‌پردازند(5-7). ETA و FTA هر دو مدل‌های نموداری از پیامدهایی هستند که رویداد ناخواسته را به عنوان یک رویداد آغازی در نظر می‌گیرند و یک درخت دو شاخه‌ای با گره‌هایی که یک مجموعه از شرایط شکست و موفقیت را ارائه می‌دهد، ایجاد می‌کنند(6, 8, 9).

در زمینه قابلیت اطمینان به منظور تعیین توالی منجر به رویداد ناگوار و سناریوهای حوادثی که در پی بروز رویداد ناگوار اصلی ایجاد شده‌اند‌، آنالیز درخت خطا و آنالیز درخت رویداد، تکنیک‌هایی هستند که بیشتر توصیه شده و بیشتر مورد استفاده قرار گرفته‌اند(10). درخت‌ها می‌توانند به صورت کمی و یا کیفی آنالیز شوند. روش های کمی نیازمند رویدادهای طبقه‌بندی شده با استفاده از داده‌های قابلیت اطمینان در دسترس (مثل داده‌های شکست اجزا، اطلاعات قابلیت اطمینان انسان و …) می‌باشند. میزان تاثیرگذاری این روش‌ها به طور چشمگیری وابسته به صحت داده‌هایی است که از سوابق مربوط به تعمیرات و نگهداری، مکانیزم‌های شکست یا عملیات صحیح و مستندات مربوط به طراحی سایت (مانند دستورالعمل‌های عملیاتی، دیاگرام‌های جریان فرایند، دیاگرام های اجزا، لوله گذاری و …) اخذ شده است(11).

آنالیز درخت خطا به عنوان یک تکنیک قدرتمند به طور گسترده‌ای در زمینه آنالیز ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم‌های پیچیده مورد استفاده قرار گرفته (12, 13) و مقبولیت گسترده‌ای برای ارزیابی های کمی پیدا کرده است. یک درخت خطا یک توصیف نموداری و منطقی از ترکیب‌های مختلف رویدادهای شکست به منظور تخمین احتمال یک حادثه می‌باشد(13). درخت خطا ارائه‌ ترکیب‌های مختلفی از شکست‌های پایه‌ای است که می‌تواند منجر به رویداد ناگوار اصلی شود. آنالیز کمی یک درخت خطا به تخمین احتمال یک رویداد اصلی از احتمالات شکست داده شده از اجزای سیستم و تخمین احتمال علل ریشه‌ای کمک می‌کند(14). این تکنیک یک ارتباط گرافیکی بین رویداد نامطلوب و علل ریشه‌ای یک رخداد ایجاد می‌کند. رویداد نامطلوب و علل اساسی (ریشه‌ای) در FTA اصطلاحاً رویدا رأس و رویداد پایه نامیده می‌شوند (15-17).

در تحقیقی که توسط لی ژیا چن  و همکاران در سال 2011 در چین صورت پذیرفت، تصادم کشتی ها در آبهای این کشور به کمک روش آنالیز درخت خطا مدلسازی شدند، در پژوهش صورت گرفته از قواعد جبری بولن و مجموعه‌های شکست برای محاسبه احتمال رویدادهای پایه به منظور یافتن فاکتورهای با اهمیت بالاتر استفاده شد. در نهایت نتایج بدست آمده، نیاز به نظارت بیشتر در جهت مدیریت بهتر ایمنی دریایی را نشان دادند(18).

در تحقیقی که توسط  یوگ و یاناجی انجام گرفت یک روش برای محاسبه احتمال دقیق top event یک درخت خطا با اولویت دروازه “و” و رخدادهای پایه‌ای تکراری هنگامی که برش‌های حداقل موجود است، ارائه شده است. احتمال top event اینگونه درخت‌های خطای دینامیک، به وسیله تبدیل درخت به مدل مارکوف هم ارز آن به دست می‌آید؛ اگر چه این روش برای مدل دادن به یک سیستم پیچیده، واقعی به نظر نمی رسد زیرا تعداد وضعیت‌هایی که باید در آنالیز مارکوف در نظر گرفته شوند هم ارز افزایش تعداد رخدادهای پایه‌ای به صورت گسترده‌ای افزایش می‌یابد ولی برای غلبه بر نواقص و کمبودهای مدل مارکوف، یک متد جایگزین برای دستیابی به احتمالات top event ها ارائه شده است. در ابتدا احتمال رخداد رویداد خروجی تک الویت دروازه “و” از طریق آنالیز مارکوف به دست آمده است، سپس احتمال top event توسط رویکرد یک برش حداقل و روابط inclusion-exclusion داده شده است. مثال‌های عددی نشان می‌دهند که متدهای ارائه شده در سیستم‌های پیچیده به خوبی کار می‌کنند(19).

هونگ و لی متدی ارائه می کنند که رویکرد معینی را به همراه آنالیز درخت خطا برای ارزیابی قابلیت اعتماد یک سیستم ترکیب می‌کند. در این متد نمایش پیشامدها در مرحله اول اجرا می‌شود و سپس نتایج در سه طبقه‌ نرمال، مشکلات جزئی و کلی سیستم در مرحله دوم طبقه بندی شده‌اند. آنالیز درخت خطا به منظور ارزیابی قابلیت اعتماد سیستم در مرحله سوم استفاده شده است. در نهایت ارزش و بهای کاهش ریسک به عنوان مقیاس اهمیت برای شناسایی عناصر کلیدی که تأثیر مهمی بر روی قابلیت اعتماد دارند، به کار گرفته شده است. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که متد پیشنهاد شده برای سیستم هایی در مقیاس بزرگ کارا می‌باشد(20).

در این پژوهش هدف این است که رویداد ناگوار مورد نظر، که از کار افتادن سیستم خنک کننده روغن توربین تقویت فشار گاز می‌باشد و می‌تواند در صورت عدم انجام اقدامات به موقع، منجر به وقوع حادثه‌ای ناگوار  گردد، بررسی و علل ریشه‌ای بروز این رویداد و سهم هر یک از علت‌ها مشخص شود و در نهایت پیشنهادات لازم جهت بهبود قابلیت اطمینان سیستم مورد بررسی، ارائه گردد.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ آنالیز قابلیت اطمینان انسانی (HUMAN RELIABILITY ANALYSIS)

⇐ تاثیر خطاهای انسانی بر قابلیت اطمینان عملکردی سیستم ها

⇐ تجزیه و تحلیل خطا با تاکید بر قابلیت اطمینان شناختی انسان (CREAM)

⇐ ارزیابی کمی و کیفی قابلیت اطمینان انسانی