ГОССТАНДАРТ РОССИИ
ВСЕРОССИЙСКИЙ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ
(ВНИИМС)
|
«УТВЕРЖДАЮ» Директор ВНИИМС Э.Э. Зульфугарзаде «17» сентября 1992 г. |
РЕКОМЕНДАЦИЯ
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ
СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ
ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ
КАТАСТРОФ
Общие правила, нормы и требования
МИ 2228-92
Вводится в действие с 01.11.92 г.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
РАЗРАБОТАНА: Всероссийским научно-исследовательским институтом метрологической службы (ВНИИМС)
ИСПОЛНИТЕЛИ: Э.Э. Зульфугарзаде (научный руководитель), В.Г. Цейтлин, В.М. Кашлаков, А.Л. Великович, Е.А. Заец
УТВЕРЖДЕНА: ВНИИМС
ЗАРЕГИСТРИРОВАНА: ВНИИМС
Впервые
1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящий нормативно-технический документ устанавливает общие правила, нормы и требования метрологического обеспечения безопасности и живучести сложных технических систем (СТС), контроля состояния СТС в условиях возникновения природных и техногенных катастроф и содержит также рекомендации по выполнению этих требований.
Изложенные в настоящем документе правила (нормы), требования и рекомендации используются при разработке проектной, конструкторской технологической и эксплуатационной документации на сложные технические системы в части выбора и регламентации методов и средств измерений, испытаний, контроля свойств и параметров СТС на всех стадиях их жизненного цикла, а также организации метрологического обслуживания средств измерений, контроля и испытаний, входящих в состав СТС.
При разработке соответствующих разделов (требований к метрологическому обеспечению) в проектной, конструкторской, технологической и эксплуатационной документации на СТС ссылки на настоящий документ обязательны.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В настоящем документе использованы следующие определения:
2.1. Метрологическое обеспечение - установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений в целях достижения требуемой эффективности разработки, производства, испытаний и эксплуатации продукции, научных исследований и других видов деятельности в отраслях народного хозяйства.
2.2. Определения метрологических терминов - по ГОСТ 16263, международному словарю основополагающих и общих терминов по метрологии (УIМ), издание МБМВ, МЭК, ИСО, МОЗМ (1984), руководству ИСО/МЭК 2-1986.
3. ОЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
3.1. Метрологическое обеспечение безопасности и живучести сложных технических систем - это комплекс научных основ и организационно-технических мероприятий, направленных на получение и использование достоверной измерительной информации о свойствах и состоянии сложных технических систем на всех стадиях жизненного цикла.
Под достоверной измерительной информацией при этом понимаются такие результаты измерений, испытаний, контроля сложных технических систем (ее элементов, частей), использование которых исключает или сводит к допустимому уровню риск принять неправильное решение о свойствах и состоянии СТС или получить неверный управляющий сигнал в системах автоматического регулирования и контроля СТС.
По существу метрологическое обеспечение контроля свойств и состояния СТС гарантирует «метрологическую безопасность» СТС, исключает возможность аварий и катастроф из-за получения и использования недостоверной измерительной информации о свойствах и состоянии СТС (ее элементов, частей), обеспечивает эффективный контроль за состоянием окружающей среды, оборудования и персонала в процессе эксплуатации СТС, а также при устранении техногенных и экологических последствий аварий и катастроф.
3.2. Метрологическое обеспечение контроля состояния СТС должно базироваться на:
допущенных к применению единицах и шкалах измерений физических величин;
системе государственных эталонов единиц и шкал измерений физических величин, обеспечивающей воспроизведение единиц с наивысшей точностью;
системе передачи размеров единиц и шкал измерений физических величин от эталонов всем средствам измерений при помощи рабочих эталонов и других средств поверки;
законодательных актах, стандартах и других нормативных документах Государственной системы обеспечения единства измерений и других систем;
поверке и калибровке применяемых для контроля состояния СТС и в их составе средств измерений;
метрологической аттестации методик выполнения измерений при контроле состояния СТС;
стандартных образцах состава и свойств веществ и материалов, обеспечивающих воспроизведение единиц величин, характеризующих состав и свойства веществ и материалов, определяющих безопасность и живучесть СТС в условиях аварий и катастроф;
стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов.
3.3. Работы по метрологическому обеспечению безопасности и контроля состояния СТС выполняются всеми техническими службами предприятий и организаций, связанных с разработкой, изготовлением и эксплуатацией СТС, их техническим обслуживанием.
Мероприятия по планированию и повышению уровня метрологического обеспечения СТС осуществляются метрологической службой предприятий, организаций.
3.3.1. Метрологическая служба предприятия (организации) проверяет правильность использования средств измерений, испытаний и контроля, в том числе соответствие условий применения средств измерений указанным в эксплуатационной документации или технических условиях, для чего:
обеспечивает аттестацию средств измерений, контроля и испытаний, не проходивших ранее государственных испытаний или метрологической аттестации;
принимает меры по выявлению методик выполнения измерений, точность измерений (контроля) по которым неизвестна, обеспечивает проведение их метрологической аттестации;
при проведении метрологической экспертизы проектной, конструкторской, технологической документации устанавливает рациональность и достоверность номенклатуры измеряемых параметров при контроле состояния, свойства и параметров сложных технических систем и их элементов, материалов и комплектующих изделий; обоснованность требований к точности измерений; соответствие методик и средств измерений (контроля, испытаний) требуемой точности измерений и достоверности контроля.
3.3.2. Метрологические службы предприятий (организаций), разрабатывающих, изготавливающих и эксплуатирующих сложные технические системы несут ответственность за эффективность и качество работ по метрологическому обеспечению СТС и должны подлежать аккредитации органами государственной метрологической службы в соответствии с требованиями законодательной метрологии.
4. СТРУКТУРА И ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
4.1. Метрологическое обеспечение контроля безопасности сложных технических систем включает в себя три взаимосвязанных подсистемы:
4.1.1. Подсистему метрологического обеспечения научно-исследовательских работ и проектирования СТС.
Главными, основными объектами метрологического обеспечения в этой подсистеме являются:
экспериментальные исследования моделей и макетных образцов СТС (ее частей, элементов);
выбор технических решений, конструкторские расчеты на основе экспериментальных и справочных данных о свойствах используемых материалов, веществ, изделий.
4.1.2. Подсистему метрологического обеспечения промышленного освоения и изготовления СТС.
Основными объектами метрологического обеспечения этой подсистемы являются:
пооперационный и выходной контроль СТС, ее частей, элементов;
испытания опытных и подготовленных к эксплуатации образцов СТС;
системы управления технологическими процессами по изготовлению СТС.
4.1.3. Подсистему метрологического обеспечения эксплуатации СТС.
Основными объектами метрологического обеспечения этой подсистемы являются:
процессы регулирования и контроля СТС;
периодические контрольные испытания СТС.
4.2. В случае возникновения аварии или катастрофы предприятие (организация), ответственное за ликвидацию их последствий, назначает специальное подразделение по метрологическому обеспечению контроля аварийной ситуации, техногенной и экологической обстановки.
Объектами деятельности этого подразделения являются используемые методы и средства измерений и контроля, способы и средства их ремонта, поверки и технического обслуживания, оформление и представление результатов измерений и контроля.
выбор номенклатуры параметров, подлежащих оценке при определении свойств и состояния СТС, а также технологических и контрольных допусков на эти параметры;
выбор номенклатуры, способов нормирования и числовых значений показателей (норм) точности (достоверности) результатов измерений, испытаний, контроля, форм их представления;
метрологическая экспертиза проектной, конструкторской и технологической документации с целью контроля полноты и правильности решения двух предыдущих задач;
планирование процессов измерений, испытаний, контроля, обеспечивающих заданные нормы точности (достоверности) их результатов, разработка и метрологическая аттестация методик измерений, испытаний, контроля;
обеспечение процессов измерений, испытаний, контроля соответствующими техническими средствами (выбор средств измерений, испытаний, контроля и вспомогательных устройств из числа серийно выпускаемых или разработка и аттестация нестандартизованных средств);
метрологическое обслуживание средств измерений, испытаний, контроля с целью поддержания их в метрологически исправном состоянии;
обучение и повышение квалификации инженерно-технических работников, связанных с получением и использованием измерительной информации.
5. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
5.1. В настоящем разделе изложены общие требования к выполнению перечисленных в п. 4.3 мероприятий по метрологическому обеспечению контроля безопасности СТС, а также рекомендации по реализации этих требований, учитывающие специфику метрологического обеспечения СТС.
5.1.1. В нормативно-технической документации, разрабатываемой на конкретные СТС и подсистемы метрологического обеспечения контроля их безопасности, изложенные в настоящем разделе требования и рекомендации могут конкретизироваться и развиваться. Однако общие правила и количественные нормы, определяющие эффективность мероприятий по метрологическому обеспечению контроля безопасности СТС, должны соответствовать указанным ниже в п. 5.2. (таблице).
Таблица
|
Общие требования |
Рекомендации |
|
5.2.1. Выбор номенклатуры измеряемых параметров, технологических и контрольных допусков на них |
|
|
5.2.1.1. Номенклатура параметров (величин), оцениваемых при определении свойств и состояния СТС на всех этапах ее жизненного цикла, должна полно и адекватно отражать реальный уровень безопасности и живучести этих систем, обеспечивать возможность их качественного изготовления, эффективность контроля и испытаний. Выбранные измеряемые параметры должны являться параметрами теоретических или эмпирических моделей, описывающих устойчивость к любым воздействиям, определяющих их безопасность и живучесть (моделей, описывающих механическую прочность и вибропрочность, пожароустойчивость, устойчивость к радиационным, сейсмическим, биологическим и другим воздействиям). |
5.2.1.1.р. При выборе номенклатуры параметров, подлежащих оценке при определении свойств и состояния СТС, возможно и целесообразно учитывать наличие функциональной взаимосвязи между ними. Так, например, между расходом теплоносителя и статическим давлением в замкнутом циркуляционном контуре теплоэнергетической установки (например, АЭС) существует определенная функциональная зависимость. Экспериментально определив эту зависимость в процессе пробной эксплуатации установки и «заложив» ее в память ЭВМ ИИС, обслуживающей установку, возможно, используя результаты измерений расхода и статического давления, постоянно контролировать стабильность исходно определенной зависимости между этими параметрами. Уход, «разбаланс» свидетельствует либо о нарушениях технологического процесса (например, о появлении утечек в циркуляционной системе), либо об уходе метрологических характеристик используемых средств измерений за допускаемые пределы. В любом случае наличие «разбаланса» является сигналом для внеочередной поверки этих средств измерений. Во многих случаях имеется и теоретическая взаимосвязь между измеряемыми параметрами (например, между расходом, температурой теплоносителя и тепловой мощностью реактора АЭС), которую целесообразно использовать описанным выше способом. Следовательно, при выборе измеряемых параметров необходимо искать или искусственно создавать такие взаимосвязанные «измерительные цепочки». |
|
5.2.1.2. Выбранные для измерений (контроля) параметры должны учитывать и статистические свойства объекта измерений. Например, расход теплоносителя на АЭС в общем случае является нестационарным случайным процессом. В зависимости от целей измерений (измерительной задачи) в качестве измеряемых должны выбираться различные параметры (характеристики) этого процесса. Так, в качестве сигнала в системах регулирования - мгновенное значение расхода; в системах учета тепловой энергии - среднее (осредненное за определенный промежуток времени) значение; в системах тепловой защиты - пиковое (максимальное или минимальное) значение расхода. |
|
|
5.2.1.3. Технологические допуски на измеряемые параметры должны выбираться комплексно на основе анализа моделей, описывающих состояние и свойства СТС, с учетом метрологических возможностей существующих методов и средств измерений и измерительного контроля, а также необходимости (для повышения достоверности контроля) сокращения технологических допусков (введение суженных контрольных допусков) на величину погрешности измерений (или ее часть). Примечание: Изложенные здесь и далее требования касаются основных, определяющих параметров (величин), характеризующих уровень безопасности и живучести СТС. |
|
|
5.2.2. Выбор норм точности измерений |
|
|
В качестве норм точности измерений (испытаний), результаты которых используются для определения (контроля) свойств и состояния СТС, должны выбираться границы допускаемого интервала, в котором погрешность измерений (испытаний) находится с вероятностью, равной 1. |
|
|
5.2.2.1. Выбор норм точности измерений при контроле определяющих параметров свойств и состояния СТС. Выбор норм точности измерений при контроле определяющих параметров свойств и состояния СТС должен осуществляться с учетом необходимости введения суженных на величину допускаемой погрешности измерений контрольных допусков, на эти параметры с тем, чтобы «свести» к нулевому уровню риск пропустить (по метрологическим причинам) дефектный объект контроля или ложный сигнал о его состоянии. В случае, если введение суженных на полную величину допускаемой погрешности контрольных допусков технически невозможно (например, из-за «жесткости» технологических допусков, отсутствия соответствующих методов и средств измерений, контроля), необходимо изыскивать адекватные меры, изменяя методику (процедуру) контроля, например, увеличивая кратность контроля, используя косвенные способы оценки дефектности контролируемых параметров и др. |
5.2.2.1.р. В качестве одного из эффективных технологических приемов реализации способа «суженных контрольных допусков» в системах автоматического контроля СТС можно рекомендовать введение определенной (по величине и знаку) систематической погрешности в какой-либо измерительный преобразователь, информационно-измерительную систему контроля или прибор сравнения, причем по величине эта погрешность должна существенно превышать случайную погрешность преобразователя, а по «знаку» сужать допуск в сторону наиболее опасного значения определяющего параметра. Особенно эффективен этот прием в тех случаях, когда на контролируемые определяющие параметры задаются односторонние допуска («не более», «не менее»). |
|
5.2.2.2. Выбор норм точности при испытаниях СТС. |
5.2.2.2.р.
Погрешность результатов испытаний (Du) представляет собой
статистическую сумму погрешности измерения (D)
определяемого при испытаниях параметра и погрешностей (
где * - знак статистического суммирования; a - общее число величин, характеризующих условия испытаний. |
|
Следовательно для оценки реальной точности результатов испытаний необходимо располагать достоверными данными о функциях влияния. Получение таких данных является, пожалуй, самой сложной метрологической задачей испытаний СТС, поскольку вид и параметры функций влияния зависят от вида испытуемых СТС, их свойств, т.е. для достоверных оценок погрешности результатов испытаний необходим предварительный анализ представляемых на испытания СТС (их частей, элементов), экспериментальные исследования их свойств (стабильности к воздействию различных влияющих величин). Наиболее универсальный путь решения этой задачи заключается в создании таких методик, которые позволяли бы оценивать функции влияния непосредственно в процессе испытаний. Разработка таких методик должна базироваться на широком применении в практике испытаний СТС методологии планирования многофакторного эксперимента., разработке и внедрении специального испытательного оборудования для комплексного воспроизведения большого числа режимных (механических, климатических и др.) параметров. |
|
|
5.2.2.2.1. Определительные испытания СТC Выбор норм точности результатов определительных испытаний СТС должен осуществляться по заданным значениям «метрологических запасов» (dз) на оцениваемые при испытаниях параметры. Величина dз характеризует относительную долю, на которую должно быть уменьшено значение оцененного при испытаниях параметра СТС (в зависимости от того, какая его граница - нижняя или верхняя - определяется при испытаниях). То есть «приписанное» по результатам испытаний значение оцениваемого параметра (R) СТС соответствует
где
Рациональные значения (dз) лежат в пределах от 25 до 40 %. |
5.2.2.2.1.р. В случае, если в процессе испытаний оценивается конкретное, характерное для испытуемой СТС значение определяемого параметра, то выбранная норма точности (dup) результатов испытаний (выраженная в относительных единицах) должна соответствовать dз. Если же возможные границы значений оцениваемых параметров определяются на множественной (n) совокупности объектов испытаний (что наиболее характерно для испытаний элементов СТС), то величина dз равна
где a - риск ошибки. Рекомендуется выбирать a £ 0,01. Приведенная формула позволяет по заданным значениям dз и a в каждом конкретном случае осуществить целенаправленный поиск рациональных комбинаций значений n и dup. |
|
5.2.2.2.2. Сравнительные испытания СТС В основу выбора норм - точности результатов сравнительных испытаний СТС должно быть положено допускаемое значение (Рnp) правильности вывода о сравниваемых значениях однотипных параметров испытуемых СТС. Рациональные
значения Рnp соответствуют |
5.2.2.2.2.р. При сравнительных испытаниях результаты измерений (x1, x2) используются для сравнения действительных значений (х1д, х2д) однотипного параметра испытуемых СТС. При этом любой вывод относительно сравниваемых значений х1д, х2д, например, у 1-ой СТС значение параметра больше, чем у 2-ой СТС, носит характер статистической гипотезы и должен сопровождаться оценкой уровня ее значимости или вероятностью правильности данного вывода
Выбор норм точности (Dup) результатов испытаний осуществляется в соответствии с выражением
где |
) воспроизведения
характеристик (
СОДЕРЖАНИЕ