Reliability of Furnace Tubes

Case 4: Reliability of Furnace Tubes (熔爐管的可靠度)

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Introduction:



生產Sweet oil blend(SOB): 1億桶/年

H₂設備: 5台  -> 驅動MRF(甲烷改良熔爐)



每個MRF擁有百餘支催化劑管

甲烷+蒸氣通過高溫管子 -> H₂



鉻+鎳+碳合金 -> tubes : 防止腐蝕 & 維持壓力, 成本1~2千萬(關鍵!)



影響壽命因子: 溫度 & 壓力



增加H₂ -> SOB產量增加; tube壽命減少, 失敗風險大



目的: 精確估算tubes壽命, 避免過早汰換

作法: 週期性檢查



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Problem Statement:



tube規格: 內徑 = 5.0in.; 厚度 = 0.4in.; 長度 = 45ft.

　　規格溫度 = 1710F; 內壓 = 400psi;  (15小管 * 10set = 150 tubes)



正常壽命: 100000小時 (據Larson-Miller design formula, 由材質/溫度/壓力可估算)



超出規格溫度25F運作, 壽命損失一半;  目前量到1724F...(?)



15根小管壞達4根 or 連續2根壞 -> MRF fail





工程師欲估算: 1. MRF可靠度　2. 估算每個set(15管)的壽命　3. 最佳保養時程



以1835F進行加速壽命試驗, 抽測25 tubes失效時間



P.S.

1. 溫度上升25F, SOB產量增加10%

2. SOB每桶淨利 = $2

3. 汰換全部tubes成本1500萬, 需花一年

4. 溫度最高上限 = 1810F





Q: 以多少溫度運作, 可達最大利潤??



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Solution:



用Bartlett's Test(卡方檢定) -> 計算Br值 -> "以常數失效率建模"之適合度 -> 不否定H₀ -> 以指數分配modeling



算出1835F應力之下的平均失效率 = λ_(-1835F)



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不好意思, 我懶得打了......

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Reference:

Elsayed, A.E., Reliability Engineering, Addison Wesley, 1996.