ارزیابی ریسک محفظه احتراق با اکسیژن افزایش یافته با استفاده از مدل مبتنی بر FMEA و درخت عیوب فازی
چکیده
محفظه احتراق با اکسیژن افزایش‌یافته دارای مزایای بازدهی سوخت بالا و انتشار گازهای آلاینده کمتر است. با این حال، نباید کاربرد صنعتی آن رواج پیدا کند تا زمانی که قابلیت اطمینان و ایمنی‌اش کاملاً مشخص شود. در این مقاله، روش تازه‌ای برای ارزیابی ریسک محفظه احتراق با اکسیژن افزایش‌یافته با استفاده از مدل ساختاری مبتنی بر FMEA و درخت عیوب فازی پیشنهاد می‌شود. بعلاوه، این روش برای محفظه احتراق صنعتی آزمایشی انتخاب شده بکار گرفته می‌شود. برای شناسایی منبع خطر به شکل جامع، نمونه آزمایشی به دو زیرسیستم تقسیم می‌شود:زیرسیستم محفظه احتراق، زیرسیستم تغذیه‌دهنده، زیرسیستم اشتعال، و زیرسیستم اگزوز. براساس پارامترهای عملیاتی جریان (نرخ جریان، دما و فشار) و کارکردهای اجزای زیرسیستم‌های مختلف، می‌توان ماتریس علت و معلوم را با بکارگیری مدل ساختاری را تشکیل، و رابطه بین پارامترهای عملیاتی و اثرات تغییر این پارامترها روی سیستم را نشان داد. با توجه به نتایج ماتریس علت و معلول، می‌توان FMEA را برای توصیف مدل‌های خراب‌شده و سناریوهای حادثه سیستم آزمایشی تشکیل داد. انواع عمده حوادث شامل نشت، صدمه، آتش سوزی و انفجار است. بنابراین، از طریق تحلیل شدت و احتمال انواع مختلف حوادث، حوادث آتش سوزی و انفجار باید به لحاظ کمی با استفاده از تحلیل درخت عیوب فازی بهتر قابل دسترس باشند. درخت‌های عیوب براساس FMEA بدست می‌آیند و ارزیابی‌های کیفی رویدادهای پایه را می‌توان با استفاده از روش امتیازدهی کارشناس گردآوری کرد. برای کمیت‌یابی احتمال رخداد رویدادهای پایه، روشی ترکیبی برای نظریه دستگاه فازی و تحلیل وزنی بررسی خواهد شد. سپس، آنالیز اهمیت درخت‌های عیوب، شامل اهمیت مخاطره رویدادهای پایه و اهمیت مجموعه برش، انجام می‌شود تا ارتباطات ضعیف درخت‌های آتش سوزی و انفجار راحت‌تر تعیین شود. در پایان، برخی از موثرترین تدابیر برای بهبود قابلیت اطمینان و ایمنی سیستم احتراق نیز ارائه می‌گردد.
1) مقدمه
با سخت‌تر شدن قوانین دولت برای انتشار گازهای آلاینده، چندین فناوری جدید احتراق دارای سوخت پاک در حال بررسی است. احتراق با اکسیژن افزایش‌یافته (OEC) یکی از بهترین فناوری‌های احتراق شناخته می‌شود. زیرا مزایای متعددی نسبت به احتراق سوخت-هوا دارد، مانند افزایش محسوس بازدهی حرارتی و پایداری شعله، کاهش حجم گاز خروجی، و گاز دودکش غنی از دی اکسید کربن، که امکان تجزیه راحت دی اکسید کربن را فراهم می‌کند.
Abstract
The oxygen-enhanced combustor has the advantages of high burning efficiency and low emissions. However, it should not be promoted for industrial use until its reliability and safety have been fully recognized. A new methodology is proposed to assess the risk of an oxygen-enhanced combustor using a structural model based on the FMEA and fuzzy fault tree. In addition, it is applied to a selected pilot semi-industrial combustor. To identify the hazard source comprehensively, the pilot is divided into four subsystems: the combustor subsystem, feed subsystem, ignition subsystem and exhaust subsystem. According to the operational parameters of flow (flow rate, temperature and pressure) and the component functions in different subsystems, the cause and effect matrix can be built using the structural model, and the relationship between the operational parameters and the effects of the change for the operational parameters on the system can be presented. Based on the results of cause and effect matrix, the FMEA can be built to describe the failed models and accident scenarios of the pilot. The main accident forms include leakage, injury, fire and explosion. Accordingly, with the severity and probability analysis of different accident forms, the fire and explosion accidents should be further accessed quantitatively using the fuzzy fault tree analysis. The fault trees can be obtained in accordance with the FMEA, and the qualitative assessments of the basic events can be collected by using expert scoring. A hybrid approach for the fuzzy set theory and weight analysis is investigated to quantify the occurrence probability of basic events. Then, the importance analysis of the fault trees, including the hazard importance of basic events and the cut set importance, is performed to help determine the weak links of the fire and explosion trees. Finally, some of the most effective measures are presented to improve the reliability and safety of the combustion system.
1. Introduction
As government emission standards become more stringent, a number of new clean combustion technologies are being investigated (Berggren and Magnusson, 2012; Cui et al., 2014). Oxygenenhanced combustion (OEC) is known as one of the most promising combustion technologies (Wu et al., 2010) because it has several benefits over fueleair combustion, such as a significant increase in thermal efficiency and flame stability, decrease in exhaust gas volume, and flue gas rich in CO2, which enables easy CO2 sequestration (Merlo et al., 2014; Sanchez et al., 2013 ).
چکیده
1) مقدمه
2) روش
۲.۱ FMEA مبتنی بر مدل ساختاری
۲.۲ تحلیل درخت عیوب فازی
۲.۳ روش جدید تحلیل ریسک
۳) توضیحات سیستم آزمایشی
۴) طریقه استفاده از روش
۴.۱ CEM برای زیرسیستم‌های مختلف
۴.۲ FMEA سیستم آزمایشی
۴.۳ FTA برای حوادث آتش سوزی و انفجار
۵) نتایج و تشریح مطالب
۶) نتیجه‌گیری
Abstract
1. Introduction
2. Methodology
2.1. Structural model-based FMEA
2.2. Fuzzy fault tree analysis
2.3. The new methodology for risk analysis
3. Description of the pilot
4. Application of the methodology
4.1. CEM of different subsystems
4.2. FMEA of the pilot
4.3. FTA for fire and explosion accidents
5. Results and discussion
6. Conclusion
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه