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1、建标 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 中国工程建设标准化协会标准 工业给水系统可靠性设计规范 北京 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 中国工程建设标准化协会标准 工业给水系统可靠性设计规范 主编单位 中国工程建设标准化协会工业 给水排水委员会 批准单位 中国工程建设标准化协会 批准日期年月日 年北京 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 前言 现批准 工业给水系统可靠性设计规范编号为 并推荐给各工程建设设计 施工单位使用 在使用过程中 请将 意见及有关资料寄交中国工程建设标准化协会工业给水排水委员 会 北京市和平街北口 中国寰球化学工程公司
2、邮政编码 以便今后修订本规范由中国工程建设标准化协会工业 给水排水委员会负责管理和解释 工业给水系统可靠性设计规范 的编制工作由中国工程建设 标准化协会工业给水排水委员会主持 于年月在北京召开 了其立项审查会 会议通过了本规范的编制工作年年中还请 多位可靠性权威学者进行专项理论评审 后于年月经中国 工程建设标准化协会批准立项年月在京再次召开以可靠 性 给排水两方面专家学者参加的本规范研讨会 现经数次易稿 于年月在岳阳通过审查会审查 以现行标准 规范设计建设的工业给水系统的安全可靠性还 不能完全满足社会生产和人民生活日益提高的需要 而可靠性理 论技术 尤其是系统可靠性分类法的产生及其在多项工业给
3、水工 程上成功地应用 使其需求得到了满足 从而为制定本规范奠定了 基础本规范对工业给水系统的可靠性设计一般采用系统可靠性 分类法 当其有条件且又有可靠度要求时 还可在不破坏分类法设 计结果的基础上再进行可靠度法设计 系统可靠性分类法设计是根据系统可靠性分类模型所揭示的 系统可靠性类别的高低按系统的子系统数量的多少来进行分配的 规律 在结构上按子系统数分组冗余可轮换检修控制来组织 系统 并按此编制的给水系统可靠性分类对照表来进行的 分类表 中的类别主要依据用户对可靠性的要求来确定 其状态主要依据 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 系统是否允许降低功能使用来区分 系统的可靠度法设
4、计是依据串联 并联及网络等的计算方法 再加上经济制约条件来进行其可靠度的计算及优化分配 以满足 用户对系统可靠度的要求 本规范的第条第款采用了发明专利 使用者应遵守 专利法 本规范主编单位中国工程建设标准化协会工业 给水排水委员会 参编单位长沙冶金设计研究院 湖南省冶金规划设计院 清华大学核能设计研究院 中国寰球化学工程公司 审查单位中国工程建设标准化协会工业给水排水委员会 工业给水系统可靠性设计规范 审查委员会 主 要 起 草 人吴宗吉丁宏达李昌群黄祥瑞 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 目次 总则 术语 符号 术语 符号 给水系统可靠性分类法设计 系统可靠性类别的选择与子
5、系统的设计 系统的分组冗余 系统轮换检修的联结控制 给水系统可靠度的定量设计 给水系统中元件的可靠度 给水系统可靠度计算 给水系统可靠度的优化分配 附录元件可靠度数据的统计方法 附录网络给水系统的可靠度计算 附录系统可靠度优化分配的逐步探索法举例 附录本规范用词说明 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 总则 为使工业给水系统的可靠性满足工业企业安全生产的要 求 特制定本规范 本规范适用于工业企业给水的新建 扩建 改建工程设计 工业给水系统可靠性采用系统可靠性分类法设计 当条件 具备 数据充分 对可靠性指标有具体要求时 也可再进行系统可 靠度法设计 用于本规范设计的给水系统的元件
6、和材料应符合国家有 关标准 对给水系统有重要影响的配套辅助工程设施应进行可靠 性设计 使其达到与给水系统的可靠性相适应的要求 执行本规范时 除应符合本规范外 尚应符合现行的有关 标准 规范的规定 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 术 语符 号 术语 可靠性 产品 系统 在规定的条件下和规定的时间内 完成规定功能 的能力 系统可靠性分类法 从组成系统的子系统和部件之间的可靠性结构功能关系出 发 开发各种功能最优的结构组合和各种最优系统 从而研究揭示 出系统可靠性按子系统数量分配 分组冗余组合和可轮换检修控 制的规律性的一种系统可靠性设计方法 给水系统可靠性分类法 采用系统可靠性
7、分类法 着重从系统的功能结构分类来设计 建设给水系统的方法 系统可靠性分类模型 由个子系统按分组冗余或再加超越传输通道组成的系统 可靠性结构功能模型 给水系统可靠性 按系统可靠性标准系统和非标准系统确定的各类给水系统的 统称 标准给水系统 在系统可靠性分类模型中为整数且不允许降低功能设计 建设的所有给水系统被称为标准可靠性给水系统 简称标准给水 系统 非标准给水系统 在系统可靠性分类模型中为整数和非整数且允许降低功 能设计建设的所有给水系统被称为非标准可靠性给水系统 简称 非标准给水系统 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 串联给水系统 组成系统的所有单元中任一单元发生故障就会
8、导致整个系统 发生故障的给水系统 冗余 产品所包含的完成规定功能所必不可少的组成部份之外的成 分 包括硬件或软件当冗余为硬件时也称贮备 并联 组成系统的所有单元都发生故障时才发生故障的逻辑关系 并联给水系统 组成给水系统的所有单元都发生故障时才发生系统故障的给 水系统 并联给水系统也即为贮备给水系统 按其并联 冗余 成分 的同时工作与不同时工作状态 可分为工作贮备给水系统与非工 作贮备给水系统 分组冗余 由两组或两组以上零件构成的组合完成一种功能的技术 每 一组零件构成一个通道 从而形成两个或两个以上通道 一个正常 的通道 一个或多个冗余 备用 的通道 部分冗余给水系统 由冗余单元和串联单元共
9、同组成的给水系统 分组冗余给水系统 那种所有单元系统均采用分组冗羽技术处理的给水系统亦 即分组并联给水系统 子系统 具有系统功能的各单元的组合 单元系统 只具有系统单项功能的各单元的组合 网络系统 那种由若干给定的元件及连接它们的边所组成的交错闭合的 系统 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 网络给水系统 那种由若干给水元件用管道连接而成的交错闭合的系统 部分故障设计 按系统允许发生部分故障来进行的设计 本规范所采用的系 统事故用水量设计即为部分故障设计 部分故障 产品的性能超过某种确定的界限 但没有完全丧失规定功能 的故障 超越设计 在工艺允许时采用传输通道超越某一部分流程的
10、设计 轮换检修 系统中所有元件的故障检修和预防性维修都在系统不失其功 能的条件下 采取大部分元件运行 小部分停车检修 待其检修恢 复投运后再停下另一部分 这样轮换着进行的检修就叫做轮换检 修 可靠度 产品在规定的条件下和规定的时间内 完成规定功能的概率 系统可靠度法 采用系统可靠性理论 着重以元件可靠度及其联接方式来计 算系统可靠度 并以经济指标和技术约束来对系统优化设计的方 法 工作寿命 对可修复产品指相邻两故障间的工作时间 这时也称无故障 工作时间 元件 组成给水系统的元器件 设备 构筑物 阀门 管道等的统称 可靠性基本名词术语及定义应符合的规 定 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全
11、文信息系统 符号 故障率 元件的故障率 系统或元件的工作时间 元件的累积工作时间 工作时间 元件的工作寿命 平均寿命 单元 组 内每个通道的元件数目 组成系统的子系统数或贮备单元数 组成子系统的元件数 可靠度 元件的可靠度 系统可靠度 网络系统分解边的可靠度 分解边正常时网络系统的可靠度 分解边发生故障时网络系统的可靠度 元件的故障频数 元件的故障频率 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 给水系统可靠性分类法设计 系统可靠性类别的选择与子系统的设计 在进行工业给水系统的工艺设计时 应按系统可靠性分类 法确定其可靠性类别 工业给水系统的可靠性类别应按其工程性质和规模 给水 安全性
12、和可靠性要求 以及给水系统故障停水后产生的人身安全 经济损失和社会影响等后果的严重性 其允许或不允许降低功能 使用 按照表的规定确定其类别和状态 当系统不允许故障降低功能时 其每个子系统及冗余元件 都必须按其系统负荷设计 当系统允许因故障降低功能时 其设计应遵守下列规定 当系统允许故障降低其供水量时 其冗余子系统及冗余元 件应采用系统部分故障设计 无冗余的单元系统则应采用系统供 水量设计 当系统允许故障降低其给水水质时 其无冗余及冗余不够 的单元系统宜采用超越设计 各子系统及冗余元件均应采用系统 供水量设计 当系统允许故障降低其供水量和水质时 其无冗余及冗余 不够的单元系统宜采用超越设计 冗余
13、子系统及冗余元件应采用 系统部分故障设计 最后无冗余的单元系统则应采用系统供水量 设计 系统的分组冗余 工业给水系统可靠性分类模型应为图 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 表给水可靠性分类对照表 系统状态 系统类别 标 准 系 统 子系统 数 特 征 串联系统 的可 轮 换 检 修 的 分 组 冗 余系统 的可 轮 换 检 修 的 分 组 冗 余系统 非 标 准 系 统 子系统 数 特 征 部 分 故 障 的 串 朕 系 统 部 分 冗 余 系统 部分 故 障 的 部 分 冗 余 系 统 部 分 故 障 的 的 可 轮 换 检 修 的 分 组 冗 余 系 统 的 可 轮 换
14、检 修 的 分 组 冗 余 系 统 部分故 障的 的 可 轮 换 检 修 的 分 组 冗 余系统 部 分 故 障 的 的 可 轮 换 睡 的 分 组 冗余系统 择 类 指 南 用 户 可 靠 性 要 求 不 高 系统可 靠性低 允 许 故 障 停 水 用 户 有 一 定 可 靠 性 要求 故障 停 水 影 响 较小 可以 承受 用 户 可 靠 性 要 求 较 高 故障停 水 会 给 生 产安全 经 济效益 社 会 效 益 造 成 较 大 影 响 用 户 可 靠 性 要 求 很 高 故障停 水 会 危 及 生产安全 会 给 经 济 效益 社会 效 益 造 成 重大影响 用 户 可 靠 性 要 求
15、 极 高 不允许 有 故 障 停 水 否则可 能 造 成 极 大 风 险 甚 至灾害 12iN/n m 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 图系统可靠性分类模型 的给水系统的功能组合应按照图的规定 将 各工艺设计的单元系统从输入端到输出端 根据需要实现部分或 全部分组冗余 系统轮换检修的联结控制 在的给水系统可靠性设计中应根据需要实现可轮 换检修 实现不停水轮换检修联结控制的方法应符合下列规定 构筑物 水池的进水口宜采用非淹没口或半淹没口 给水系统的下述部位应采用一对串联阀门的联结方法 两条输供 水管道的每条连通管上 取 供 水泵房的取 供 水干管的分段处 环网管道上要求不停水
16、的供水管接点的两边 两水工设施间的淹没出入口管道或管槽上 双母管上同时接管后合并成单管输水的两接水管头部 环网管段上同时接双管后合并成单管输水的两接管头部 及两接管点间的环网管段上 两水池隔墙的淹没连通上 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 给水系统可靠度的定量设计 给水系统中元件的可靠度 由设备 设施 管道和仪表等元件组成的工业给水系统中 各元件投入运行后到第一次发生故障的时间 工作寿命 在工程上 可按近似指数分布处理其中第 元件的可靠度按下式计算 式中元件 的故障率 元件 的累积工作时间 给水系统中元件的可靠度可通过对多个同类元件的工作 寿命的统计数据 用附录中的方法求得
17、当缺乏足够数据不能使用该统计方法时 亦可参照有关资料 选用 给水系统可靠度计算 对于工业给水系统的可靠度计算 应按照给水工程工艺设 计的流程 根据系统的功能要求和各元件或单元系统之间的可靠 性关系 建立起该系统的可靠性关系框图 对于工业给水系统可靠性框图由串联系统 并联系统 贮备系 统和网络系统等所构成 依照工业给水系统的可靠性关系框图 对其中构成系统的 各元件 按本规范第条的规定 取得各有关元件的可靠度数 据 对各类不同的工业给水系统的可靠度 可分别按下述方法 计算 由个元件构成的串联给水系统可靠性框图如图 所示 12N 12N 2N1 2N1 1 2 m 工程建设标准全文信息系统 工程建设
18、标准全文信息系统 图串联给水系统 当该系统中各元件可靠度为时 系统可靠度 按下式计算 当各元件的故障率为累积工作时间为系统可靠度也可 按下式计算 由个元件构成并具有个相同的子系统组成的并联给 水系统 其可靠性框图如图 图并联给水系统 系统的可靠度按下式计算 由个单元构成并具有个相同的子系统组成的分组并联 给水系统 其可靠性框图如图 12N 2N1 2N1 1 2 m 1 2 j nj 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 图分组并联给水系统 系统的可靠度按下式计算 由个相 同元件 或系统 组 成的贮备给水系 统 其中只有一个 元件 或系统 工 作 当其失效时 立 即转换为另一贮备
19、 元件 或系统 工 作该种给水系统 的可靠性框图如图图贮备给水系统 当各元件 或系统 故障率和工作时间相同时 其可靠度 按下式计算 对于网络给水系统 在其结构较简单时 可采用附录中 的概率分解法计算 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 给水系统可靠度的优化分配 给水系统可靠度优化分配的原则应是在规定的系统可靠 度指标和已知部件的可靠度及确保系统可靠性分类法设计结果的 条件下 采用结合价格 调整元件可靠度和冗余设计 以实现系统 的费用最低 工业给水系统可靠度优化分配方法可采用逐步探索法进 行计算 应符合附录的要求 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 附录元件可靠度
20、数据的统计方法 确定收集数据的项目 对给水系统中的元件的可靠度数据 选用其投入运行后到第 一次发生故障的时间为其工作寿命 对于能 修复如新 的元件 从 修复后投入运行到发生故障的时间也可作为其工作寿命加以统 计如统计个元件则可得个工作寿命 建立故障数据直方图 当数据数目为可取规定工作时间为一年来划分组数 工作寿命时间间隔为取分别填入工作寿命 计算故障频数和故障频率列表并画出直方 图 表划组与故障频数和故障频率计算表 确定分布类型并确定参数 根据直方图或在单对数格纸上判断是否指数或近似指数分 布并计算可靠性估计参数元件的平均寿命 确定元件可靠度 当发生故障时间随机变量服从指数时 其平均寿命为故障
21、率 的倒数则 选用元件可靠度现有数据 当其给水系统不能用统计方法求得元件可靠度时 可参照有 关资料选用 a b L c d e c b a d e c b a d e = + 分解为 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 附录网络给水系统的可靠度计算 给水系统的可靠性框图为非串并联结构的网络系统时 本规范推荐在结构简单情况下采用概率分解法计算系统可靠度 概率分解法 在组成的系统比较简单 元件数量不多的情况下可采用概率 分解法计算网络系统的可靠度 建立给水系统的可靠性网络框图 网络各边视为系统组成元件 每条边只考虑两种状态正常或故障 选好网络中的一条分解边则网络系统的可靠度按下式计
22、算 式中为分解边单元的可靠度 为分解边正常时网络系统的可靠度 为分解边故障时网络系统的可靠度 例 图网络的计算如下 选取分解边各元件的可靠 度均为 图网络图的分解 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 附录系统可靠度优化分配的逐步探索法举例 某给水工程系统通过合并和简化等步骤最终化为由 四个元件串联组成 其可靠度分别为 费用分别为要求满足该系 统可靠度费用最低时的各元件可靠度分配 解题步骤 无冗余时 显然不能满足的要求 为使应使每个元件经采用冗余技 术 求得满足可靠度的最少冗余数 可得下表情况 表可靠度及费用的分配计算 单元元件冗余数冗余后元件费用冗余后费用 总费用 工程建设标准
23、全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 仍小于还需增加系统的单元系统的冗余数 先 增加冗余 见表 表可靠度及费用的再分配计算 冗余数 表中括号内为费用 括号外为系统的可靠度 当冗余数或时均小于不峪考虑 当或时 费用比为 大 但可靠度反而小 也不予考虑 余下的组与冗余数进行组合 作进一步 探索比较 最终选用的冗余数为 费用为最低 此时的各元件可靠度即为最优分配 工程建设标准全文信息系统 工程建设标准全文信息系统 附录本规范用词说明 执行本规范条文时 对于要求严格程度的用词 说明如下 以 便在执行中区别对待 表示很严格 非这样做不可的用词 正面词采用 必须 反面词采用 严禁 表示严格 在正常情况下均应这样做的词 正面词采用 应 反面词采用 不应 或 不得 表示允许稍有选择 在条件许可时 首先应这样做的用词 正面词采用 宜 或 可 反面词采用 不宜