基于故障树的化工设备故障诊断方法研究

摘要

由于化工生产原料的特殊性和苛刻的工艺环境要求，其生产具有更大的危险性，由事故引发的后果也更严重。化工设备故障是导致事故发生的重要原因之一，对化工设备故障进行及时准确的预测、诊断，不仅能够降低事故的发生率，提高设备的使用率，而且对于实现企业安全生产和经济效益也具有重要的意义。 本文首先分析了化工设备及其故障特点，根据其故障模糊性、动态性的特点，提出建立模糊动态故障树对化工设备的故障进行诊断；然后建立了模糊动态故障树方法的框架，明确了该方法的核心在于定性、定量分析。由于当前定性、定量分析方法在计算准确性、效率和模型通用性等方面存在不足，结合化工设备对故障诊断可靠性、及时性要求高的特点，本文重点对化工设备模糊动态故障树的定性、定量分析方法进行了研究，提出了一套系统完整的诊断方法。 在定性方面，提出了基于改进有序二元决策图的模糊动态故障树定性分析方法。首先通过引入时序逻辑符号，将动态逻辑门转换成时序逻辑表达式，然后针对传统动态故障树转换为有序二元决策图方法的不足，提出了基于成分组合法的逆向转换法，给出相应的转换、化简规则，通过算例对比验证该方法能够减少转换后有序二元决策图的多余节点数量和冗余结构，提高模糊动态故障树定性分析的效率。 在定量方面，提出了通用性强、计算结果准确、效率好的定量分析方法。该方法将模糊动态故障树分解为模糊静态子树和模糊动态子树，然后分别建立以最小割集和最小割序为基础的定量计算模型，同时引入了弱三角范数的概念以减少由于数据模糊性扩散而引起计算结果不准确的现象；最后给出了模糊数据下最小割集、割序和底部事件重要度的计算公式，并分析了化工设备故障诊断的流程。 最后，将本文的方法应用于某离心式压缩机系统的故障诊断，得到了该系统的关键部分、薄弱环节和故障诊断流程，验证了该方法的可行性、有效性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 故障诊断方法的研究现状

1.2.2 模糊故障树的研究现状

1.2.3 动态故障树的研究现状

1.2.4 相关研究评述

1.3 研究内容及创新点

1.3.1 论文的研究内容

1.3.2 论文的创新点

第二章 相关理论与技术

2.1 故障树基本理论

2.1.1 故障树的主要概念及符号说明

2.1.2 故障树的数学描述

2.1.3 故障树的定性分析

2.1.4 故障树的定量分析

2.2 模糊数学理论

2.2.1 模糊集和及隶属度

2.2.2 λ截集与L-R型模糊数

2.3 模块化技术

2.4 本章小结

第三章 化工设备故障诊断方法的研究

3.1 化工设备及故障特点的分析

3.2 化工设备故障诊断方法的选择与构建

3.3 基于模糊动态故障树化工设备故障诊断方法框架的建立

3.4 底部事件模糊失效数据的收集

3.5 本章小结

第四章 化工设备模糊动态故障树定性分析方法的研究

4.1 基本概念

4.1.1 时序逻辑符号

4.1.2 有序二元决策图

4.2 动态门的时序逻辑描述

4.2.1优先与门的时序逻辑描述

4.2.2 顺序门的时序逻辑描述

4.2.3 功能门的时序逻辑描述

4.2.4 不含公用备件的备件门时序逻辑描述

4.2.5 含公用备件的备件门时序逻辑描述

4.3 模糊动态故障树的预处理

4.3.1 模糊动态故障树的规范化

4.3.2 模糊动态故障树的化简

4.3.3 模糊动态故障树的模块化

4.4 动态故障树向有序二元决策图转换方法的研究

4.4.1 逆向转换法的理论基础

4.4.2 逆向转换法的步骤及规则

4.4.3 逆向转换法的化简规则

4.4.4 算例验证

4.5 基于改进有序二元决策图模糊动态故障树定性分析的步骤

4.6本章小结

第五章 化工设备模糊动态故障树定量分析方法的研究

5.1 模糊静态子树的定量分析

5.1.1 传统模糊静态子树定量分析方法的不足

5.1.2 弱三角范数的定义

5.1.3 基于弱三角范数的模糊静态子树定量分析方法

5.2 模糊动态子树的定量分析

5.2.1 最小割序时序失效逻辑的分析

5.2.2 基于有效区间的最小割序定量计算模型

5.2.3 模糊动态子树定量分析的步骤

5.2.4 算例验证

5.3 模糊动态故障树的重要度

1. 模糊概率重要度

2. 模糊关键重要度

3. 化工设备故障诊断流程

5.4 本章小结

第六章 实例应用

6.1 离心式压缩机系统的介绍

6.1.1 离心式压缩机系统的结构

6.1.2 离心式压缩机的工作原理

6.1.3 离心式压缩机系统模糊动态故障树的建立

6.2 离心式压缩机模糊动态故障树的定性分析

6.3 离心式压缩机模糊动态故障树的定量分析

6.3.1 模糊动态子树的定量分析

6.3.2 模糊静态子树的定量分析

6.3.3 离心式压缩机故障发生概率的分析

6.3.4 重要度的计算

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

附录A

附录B

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢