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基于FTA的不銹鋼管殼式換熱器失效模型安全評價(jià)分析

文檔作者：陳仙鳳趙星波蒲建忠文檔來源：紹興市特種設(shè)備檢測院			點(diǎn) 擊數(shù)：
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基于FTA的不銹鋼管殼式換熱器失效模型
安全評價(jià)分析
陳仙鳳，趙星波，蒲建忠
(紹興市特種設(shè)備檢測院，浙江紹興312071)
摘要：故障樹分析(F11A)是進(jìn)行故障診斷和可靠性分析的有效手段。在不銹鋼管殼式換熱器失效
案例統(tǒng)計(jì)和分析的基礎(chǔ)上，建立不銹鋼管殼式換熱器失效FTA模型，對模型定性分析、定量計(jì)算分
析系統(tǒng)可靠性，找出系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以服役5年的不銹鋼管殼式換熱器為例，采用模型計(jì)算出的失
效概率與實(shí)際樣本統(tǒng)計(jì)值基本吻合。
關(guān)鍵詞：故障樹分析；不銹鋼管殼式換熱器；失效模型；定量分析
中圖分類號：TH128；TQ051．5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1001-4837(2015)11—0064一O5
doi：10．3969／j．issn．100l一4837．2015．11．011
Research on Failure M odel of Stainless Shell and Tube
Heat Exchanger Based on FTA
CHEN Xian—feng，ZHAO Xing—bo，PU Jian—zhong
(Shaoxing Inspection&amp;amp;Testing Institute of Special Equipment，Shaoxing 3 1 207 1，China)
Abstract：FTA(fault tree analysis)is an effective tool of fault diagnosis and reliability analysis．The fail—
ure model of stainless shell and tube heat exchanger was established based on the failure case—studies．
Then，system reliability was studied by qualitative and quantitative analysis of this model and the key parts
of the system were pointed out．Moreover，the failure probability of failure model was calculated on stain—
less shell and tube heat exchangers which were used for 5 years．The result showed that good agreement of
failure probability was obtained between failure model and statistical samples．
Key words：fault tree analysis(FTA)；stainless shell and tube heat exchanger；failure model；quantitative
analysis
0 引言
不銹鋼管殼式換熱器因適應(yīng)性強(qiáng)、選材廣等
優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于印染、醫(yī)藥、石油、化工與制冷行
業(yè)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用工況多樣，易發(fā)生局部失
基金項(xiàng)目：浙江省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局重大科研計(jì)劃項(xiàng)目(20120257)
· 64·
效，破壞系統(tǒng)長周期運(yùn)行，輕則影響生產(chǎn)，重則造
成事故。本文在前期大量不銹鋼管殼式換熱器失
效案例統(tǒng)計(jì)和分析的基礎(chǔ)上，采用故障樹分析
(Fault Tree Analysis，以下簡稱FTA)建立不銹鋼
管殼式換熱器失效模型，對模型進(jìn)行定性、定量分
析，找出系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以服役5年的不銹鋼管

CPVT 基于FTA的不銹鋼管殼式換熱器失效模型安全評價(jià)分析
確定不銹鋼管殼式換熱器失效FI?A模型的
頂事件( )、中間事件( )和基本事件( )，理清
各事件之間的邏輯關(guān)系。以最不期望發(fā)生的“不
銹鋼管殼式換熱器失效”作為頂事件，以管束失
效、管束與管板連接處泄漏、管箱失效、法蘭連接
失效作為一級中間事件，模型共有29項(xiàng)各級中間
事件(見表1)和32項(xiàng)基本事件(見表2)。
1．3 不銹鋼管殼式換熱器失效模型
采用與、或門自頂向下規(guī)范建樹 ，不銹
鋼管殼式換熱器失效故障樹如圖3所示。
圖3 不銹鋼管殼式換熱器失效故障樹
2 不銹鋼管殼式換熱器失效模型分析
2．1 不銹鋼管殼式換熱器失效模型定性分析
用最小割集、最小徑集及結(jié)構(gòu)重要度對建立
的失效模型進(jìn)行定性分析。最小割集是頂事件發(fā)
生的最低限度基本事件的集合，不銹鋼管殼式換
· 66·
熱器失效故障樹經(jīng)布爾代數(shù)計(jì)算后得到29個(gè)最
小割集：(X1)，(X5)，(X6)，( )，(X9)，(X10)，
( l1)，(X12)，(X13)，(X14)，(X15)，(X16)，
(X17)，(X18)，(X19)，(X2，X3，X4，X8)，(X21)，
(X23)，(X24)，(X25)，(X26)，(X27)，(X28)，
(X29)，(X3，X20)，(X3，X4，X8，X22)，(X30)，
(X31)，(X32)，其中一階割集26個(gè)，二階割集1
第32卷第11期 壓 力 容 器 總第276期
個(gè)，四階割集2個(gè)。
最小徑集在失效故障樹中是防止頂事件發(fā)生
最低限度基本事件的集合。該系統(tǒng)經(jīng)計(jì)算后得到
4個(gè)最小徑集如下：
最小徑集1：( 1， ， ， ， ，X9，XIO，
X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X19，
X20，X21，X22，X23，X24，X25，X26，X27，X28，
X29，X30，X31，X32)
最小徑集2：( 1， ， ， ， ，X9，XIO，
X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X19，
X21，X23，X24，X25，X26，X27，X28，X29，X30，
X31，X32)
最小徑集3：(X1，X4，X5，X6，X7，X9，XIO，
X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X19，
X20，X21，X23，X24，X25，X26，X27，X28，X29，
X30，X31，X32)
最小徑集4：( 1，X5，X6，X7，X8，X9，XIO，
XI1，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X19，
X20，X21，X23，X24，X25， 6， 7， 8， 9，
X30，X31，X32)
該失效模型結(jié)構(gòu)重要度：X1=X5=X6：X7=
X9=X10= 11= 12： 13=X14=X15= 16=
17 =X18=X19 =X21=X23=X24 =X25 =X26 =
27=X28=X29=X30=X3l=X32>X20>X3>
2(8=X4 > 2=X2
割集越多，割集階數(shù)越少，頂事件發(fā)生概率越
大；最小徑集越多，每個(gè)最小徑集含有的基本事件
數(shù)越少，系統(tǒng)越安全。該模型中一階割集較多，導(dǎo)
致不銹鋼管殼式換熱器失效的影響因素較多；最
小徑集較少，每個(gè)最小徑集中涉及的基本事件較
多，不銹鋼管殼式換熱器系統(tǒng)安全性不高，易發(fā)生
失效事故；基本事件結(jié)構(gòu)重要度較平均，提升管殼
式換熱器系統(tǒng)整體安全性的成本較高。
2．2 不銹鋼管殼式換熱器失效模型定量分析¨
用頂事件發(fā)生概率、臨界重要度和概率重要
度對不銹鋼管殼式換熱器失效模型進(jìn)行定量分
析。本文采用專家自然情況指標(biāo)分配表(見表3)
按式(1)得到10位專家權(quán)重指標(biāo)(見表4)，利用
專家權(quán)重判斷法結(jié)合基本事件失效經(jīng)驗(yàn)?zāi)：龜?shù)、
按式(2)確定服役5年的不銹鋼管殼式換熱器基
本事件的發(fā)生概率(見表5)。
專家權(quán)重值計(jì)算如下：
=口 ／ fl, (1)
k=1
式中 ——第n位專家的權(quán)重值
口 ——第1,位專家的自然情況得分
基本事件的發(fā)生概率計(jì)算如下：
10
Ix = M (2)
式中 發(fā)生概率
— — 第k位專家權(quán)重
— — 第k位專家對 給出的發(fā)生概率
經(jīng)驗(yàn)值
表3 專家自然情況指標(biāo)分配表
類別 類別分 級別 級別分
教授級高工 6
職稱 4 高級工程師 4
工程師 3
助理工程師 1
30年以上 5
20—30年 4
工齡 3 10
— 2O年 3
5～lo笠 2
博士 4
學(xué)歷 2 研究生 3
本科 2
大專 1
5O歲以上 4
年齡 1 40—50歲 3
30—40歲 2
30歲以下 1
表4 專家構(gòu)成及權(quán)重
專家序號 職稱分 工齡分 學(xué)歷分 年齡分 權(quán)重
1 4 5 2 4 0．116418
2 4 5 2 4 O．116418
3 4 5 3 4 o．122389
4 4 5 2 4 0．116418
5 3 2 4 2 o．083582
6 3 4 2 3 O．o9l2537
7 3 3 3 2 0．086567
8 3 4 2 3 o．092537
9 3 3 3 2 o．086567
lO 3 3 3 2 0．086567
CPVT 基于FTA的不銹鋼管殼式換熱器失效模型安全評價(jià)分析 Vo1．32 No．1 1 2015
表5 服役5年不銹鋼管殼式換熱器基本事件的
發(fā)生概率 3 結(jié)語
基本事件 發(fā)生概率 基本事件 發(fā)生概率
1 0．025 17 0．0o3
0，O2 18 O．02
船 0．O15 姍9 O．O2
0．02 胞0 0．015
艏 0．001 1 0．03
0．002 2 0．006
0．001 3 0．0o8
船 O．02 4 0．009
鶿 O．0o6 5 O．oo9
l0 0．002 |]lf26 O．01
l1 0．001 ．]!f27 0．0o2
l2 0．002 8 0．()01
13 O．oo5 9 O．oo8
X14 0．oo2 船0 O．0o1
l5 0．002 1 0．0ol
16 0．008 船2 0．01
通過失效模型計(jì)算得到服役5年的不銹鋼管
殼式換熱器失效頂事件的發(fā)生概率為17．36％ ，
與以3748臺服役5年左右的不銹鋼管殼式換熱
器為樣本統(tǒng)計(jì)出的失效率19．48％基本吻合。由
于建模時(shí)排除了極少出現(xiàn)的影響失效的因素，所
以模型計(jì)算得到的失效概率比實(shí)際統(tǒng)計(jì)失效概率
偏低。X21，X1， 18，X19，X26，X32，X24，X25，
X16，X23這10個(gè)基本事件的臨界重要度、概率重
要度排名前十。臨界重要度、概率重要度高的基
本事件就是不銹鋼管殼式換熱器失效中應(yīng)重點(diǎn)控
制和管理的對象。從定量分析結(jié)果可以看出，溫
差熱應(yīng)力，脹、焊連接，選材，介質(zhì)，防腐措施，管束
設(shè)計(jì)等是影響不銹鋼管殼式換熱器可靠性的主要
因素。
· 68 ·
不銹鋼管殼式換熱器失效FTA模型是進(jìn)行
故障診斷和可靠性分析的有效手段。通過模型最
小割集和最小徑集、結(jié)構(gòu)重要度的定性分析可分
析系統(tǒng)失效模式、失效薄弱環(huán)節(jié)；通過確定基本事
件失效概率，定量計(jì)算臨界重要度、概率重要度可
分析出影響系統(tǒng)可靠性的主要因素，得到不銹鋼
管殼式換熱器失效發(fā)生概率，對檢驗(yàn)和故障維修
及預(yù)防等具有重要的參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
[1] 錢頌文．換熱器設(shè)計(jì)手冊[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版
社，2008：1—1O．
[2] GB／T 151_2014，熱交換器[S]．
[3] GB／T 30579-2014，承壓設(shè)備損傷模式識別[S]．
[4] 吳金星，董其伍，劉敏珊，等，管殼式換熱器失效分析、
預(yù)防及在線檢測[J]．壓力容器，2001，18(6)：57—60．
[5] 宋曉磊，王斌，鄭曉娜．管殼式換熱器管一管板的連
接及失效形式[J]．科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2007，
17(24)：276—287．
[6] 熊金平，左禹，胡定鑄．不銹鋼換熱器失效分析[J]．
腐蝕與防護(hù)，2001，22(2)：83—84．
[7] 滕海洋．換熱器管束失效分析方法與應(yīng)用研究
[D]．大慶：東北石油大學(xué)，2013：3—8．
[8] Tait R B．An experimental study of the residual stres．
ses，and their alleviation，in tube to tube—sheet welds
of industrial boilers[J]．Engineering Failure Analysis，
2001，8(1)：15—27．
[9] 楊鋒平，趙新偉，羅金恒，等．換熱器管束完整性評
價(jià)技術(shù)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J]．壓力容器，2012，
29(3)：43—48．
[10] 陳新軒，潘清水，趙彥武．工程機(jī)械故障樹分析初探
[J]．筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，1997，14(1)：25—27．
[11] 羅航．故障樹分析的若干關(guān)鍵問題研究[D]．成
都：電子科技大學(xué)，2011：9—38．
[12] 高順川．動態(tài)故障樹分析方法及其實(shí)現(xiàn)[D]．長
沙：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2005：44—53．
收稿日期：2015—08—12 修稿日期：2015—10—21
作者簡介：陳仙鳳(1980一)，女，工程師，總師辦副主任，
研究方向：失效分析、特種設(shè)備檢驗(yàn)與管理、金相檢驗(yàn)，通
信地址：312071浙江省紹興市袍江新區(qū)世紀(jì)東街17號質(zhì)
監(jiān)大院特檢院，E—mail：353908779@qq．corn。

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