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特殊服役环境下特种装置寿命评估方法研究

特殊服役环境；寿命分布；对数正态分布；蒙特卡洛

五、体系试验与评估 > 1.试验设计与评估方法

专用系统具有两大核心工艺环节，由若干分系统及多个子系统组成。其中承担产品制备工艺流程的一套子系统中，包含多个相同特种装置，以并联的方式安装于子系统中完成相应功能。特种装置是一种由具备良好热化学稳定性、耐熔融金属侵蚀性和抗热震性能的材料，经焊接加工而成的固定结构部件，在产品制备过程中，起到气体分流束型和回流承载的功能，且装置服役环境具有超高温、高辐照、高腐蚀的特点，因此装置的可靠性将直接影响物料利用率和废物产生量，以及运行环境的安全性。特种装置在理论研究阶段、加工验收环节得到的装置性能强度均满足设计需要，但在工程应用期间，装置寿命的基本统计量差异较大，具有较高的随机性，但从样本均值和方差来看，难以得出明显的数据特征和规律，因此对装置的失效原因仍需要开展深入的数据统计分析研究来进行推断。受限于服役环境的特殊性和敏感性，目前对于失效装置，无法将其取出并开展相关检测和分析研究，且在实验室环境下难以复现真实的服役环境影响因素，从经验分析及仿真计算可得出装置的主要失效模式为腐蚀，但暂无有效的手段得到准确的失效机理和量化的数据信息。另一方面，由于特种装置无法独立运行，而结合大型专用系统开展可靠性试验研究的成本极高，无法大批量的开展模拟试验研究，无法得到充足的可靠性试验数据。目前结合现场实际运行情况，仅能采用远程摄像头观测装置外表面的情况作为失效判据。即当装置表面破损程度为1级时，判定装置失效无法继续服役。结合装置破损形态及系统设计原理，以及前期在实验室中的相关测试结果，可以得出装置的主要故障模式为“腐蚀”。综合上述可靠性分析，需要充分利用实际服役期间的样本数据，探寻并建立一种符合工程实际需求的装置可靠性评估方法，从而掌握装置的寿命分布情况。为选取拟合度最优的分布模型，采用Q-Q图、赤池信息准则（Akaike Information Criterion, 简称AIC）等检验方法对几类典型寿命分布模型分别进行检验，得到特种装置寿命服从对数正态分布，且拟合度较好。基于寿命分布模型，可以给出在对数正态分布下，装置的寿命分布情况、失效率变化趋势、以及装置寿命的点估计值和中位寿命值。同时采用蒙特卡洛仿真的方法生成不同参数下的寿命随机数，得到了不同参数下的装置寿命置信区间估计值，通过参数敏感性分析得到了影响寿命分布结果的主要参数。另外，为探讨装置寿命的影响因素，从不同统计角度计算了装置在不同区域下的寿命分布情况，得到装置位于不同生产模块、生产单元之间的失效率变化。开展特种装置在真实服役环境下的寿命评估方法研究，是确保专用系统工程应用的重要工作之一，装置寿命对系统可用度与经济性产生较大的影响，通过该项评估方法的建立，可以得到较为准确的装置寿命估计值及相关参数变化趋势，为装置制定合理的物资生产策划提供依据，同时为装置失效机理研究和工艺优化改进方向提供建议和参考。为保障系统安全稳定运行、提高经济效益、推动技术优化改进提供科学的参考依据。