李少華，劉策，李進(jìn)，何杉，陶建，張少鋒

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司油田建設(shè)工程分公司，天津 300452；2.中海石油有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524001）

目前，國(guó)外油田和大型企業(yè)基本上依靠狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的動(dòng)態(tài)管理，其中美國(guó)對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的投入占其生產(chǎn)成本的7.2%，日本為5.6%，德國(guó)更是高達(dá)9.4%。而我國(guó)在工業(yè)部門中開展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究的工作起步于1986年，至今國(guó)內(nèi)設(shè)備管理仍然采用以定期計(jì)劃維修為主的維修體制。

一、動(dòng)設(shè)備完整性管理模式

在狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)成熟應(yīng)用的基礎(chǔ)上，逐步建立起基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的動(dòng)設(shè)備管理系統(tǒng)。動(dòng)設(shè)備管理系統(tǒng)模塊及作用為：設(shè)備檔案模塊主要記錄設(shè)備資料及狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供的設(shè)備狀態(tài)、常見故障等基本信息；設(shè)備狀態(tài)模塊用來(lái)監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)和診斷設(shè)備的故障；檢修、維保模塊主要是根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及RCM分析提供的診斷信息和維修建議對(duì)設(shè)備進(jìn)行的檢修維修；設(shè)備績(jī)效模塊主要計(jì)算設(shè)備的成本、產(chǎn)出和狀態(tài)監(jiān)測(cè)節(jié)省的維修費(fèi)用等。動(dòng)設(shè)備完整性管理模式構(gòu)架如圖1所示。

圖1 動(dòng)設(shè)備完整性管理模式構(gòu)架圖

目前，完整性管理系統(tǒng)是以狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)提供可靠診斷結(jié)果為主要依據(jù)的系統(tǒng)模式，因此保證狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性已成為動(dòng)設(shè)備完整性管理的關(guān)鍵。

二、狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

由于設(shè)備管理所需學(xué)科多樣，不僅包括機(jī)械學(xué)科，還包括電氣、儀表控制等學(xué)科的內(nèi)容。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備主體機(jī)械部分的狀態(tài)監(jiān)測(cè)服務(wù)。

1.定期巡檢

(1)參數(shù)測(cè)量法

振動(dòng)信號(hào)分析是對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的最常用、最有效的方法。

①離線振動(dòng)監(jiān)測(cè)。在技術(shù)方面，公司通過(guò)引進(jìn)SKF公司的數(shù)采器實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)設(shè)備的定期巡檢。能夠測(cè)取設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)并傳送至MA電腦作數(shù)據(jù)處理，獲得各種譜圖并提取故障頻率特征等，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)測(cè)與診斷。離線監(jiān)測(cè)的對(duì)象主要包括壓縮機(jī)、離心泵等動(dòng)設(shè)備。經(jīng)過(guò)10多年的積累與發(fā)展，離線監(jiān)測(cè)技術(shù)業(yè)務(wù)不斷擴(kuò)大。目前，離線監(jiān)測(cè)技術(shù)服務(wù)范圍包括57個(gè)海洋石油平臺(tái)、7個(gè)終端處理廠、4艘FPSO(采油輪)，合計(jì)1 297臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備。

②溫度監(jiān)測(cè)。當(dāng)設(shè)備異常時(shí)除了會(huì)表現(xiàn)出高振動(dòng)外，往往還會(huì)表現(xiàn)出發(fā)熱的現(xiàn)象，由于得不到及時(shí)處理而釀成事故。為此，公司引進(jìn)了遠(yuǎn)紅外熱像儀，通過(guò)檢測(cè)設(shè)備的溫度來(lái)判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如電動(dòng)機(jī)接線松動(dòng)問(wèn)題。

(2)潤(rùn)滑油磨損顆粒分析

工程中機(jī)械零部件在運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生零部件失效。其中磨損失效占總失效的60%～80%。為此專門建立了潤(rùn)滑油磨損顆粒分析實(shí)驗(yàn)室。潤(rùn)滑油磨損顆粒分析實(shí)驗(yàn)室具有含水量測(cè)量、鐵譜分析、黏度分析、酸度分析、顆粒分析等測(cè)試能力。

潤(rùn)滑油磨損顆粒分析作用如下：

①通過(guò)對(duì)油液的理化品質(zhì)分析，確定合理經(jīng)濟(jì)的換油期。

②通過(guò)確定油液中顆粒污染的材質(zhì)、形貌、尺寸等，進(jìn)而分析磨損故障類型，為故障診斷、確定維修策略打下基礎(chǔ)。

(3)特殊設(shè)備監(jiān)測(cè)技術(shù)——往復(fù)機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)和電機(jī)靜態(tài)監(jiān)測(cè)

公司引進(jìn)了往復(fù)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)壓力繪制示功圖，并可通過(guò)排氣閥的溫度變化、活塞桿沉降量和偏擺量等信息判斷設(shè)備故障與狀態(tài)。這種往復(fù)機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)可靠性高，相對(duì)于頻譜分析有了實(shí)質(zhì)性的突破。

除了設(shè)備的機(jī)械故障外，電動(dòng)機(jī)也是重點(diǎn)管理對(duì)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電動(dòng)機(jī)故障的47%為電氣故障。公司采用電機(jī)靜態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過(guò)測(cè)量電動(dòng)機(jī)三相繞組的電阻、阻抗、感抗、相角和絕緣等電氣參數(shù)，診斷電動(dòng)機(jī)繞組短路、轉(zhuǎn)子斷條、接頭松動(dòng)、氣隙不均等電氣故障。

由于以上技術(shù)無(wú)法對(duì)關(guān)鍵動(dòng)設(shè)備的突發(fā)故障做出及時(shí)報(bào)警和處理。公司通過(guò)10年專業(yè)經(jīng)驗(yàn)的積累，以中海油總公司裝備資產(chǎn)“完整性管理”戰(zhàn)略需求為中心，構(gòu)建了中海石油動(dòng)設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷中心。

2.在線監(jiān)測(cè)

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是在動(dòng)設(shè)備軸承位置安裝加速度傳感器。除此之外，為了滿足特定情況的需要，視情引入現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)如溫度、壓力、流量等作為監(jiān)測(cè)對(duì)象。

開發(fā)出的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)軟件和Web版狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷平臺(tái)。該系統(tǒng)具有GIS定位、離線數(shù)據(jù)通信與處理、關(guān)鍵設(shè)備專用譜圖、報(bào)警統(tǒng)計(jì)、在線報(bào)告和離線報(bào)告導(dǎo)出等功能。

目前，在線監(jiān)測(cè)服務(wù)已經(jīng)對(duì)天津分公司、湛江分公司等7大作業(yè)區(qū)的87臺(tái)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2012年在線監(jiān)測(cè)服務(wù)低值報(bào)警108次，及時(shí)排除高值報(bào)警6次。按設(shè)備維修周期8 000h、大修費(fèi)用20萬(wàn)元、設(shè)備運(yùn)行時(shí)效70%計(jì)算，節(jié)省預(yù)防維修費(fèi)用3 897萬(wàn)元；按設(shè)備事故維修費(fèi)用80萬(wàn)計(jì)算，故障損失費(fèi)用6 960萬(wàn)元，總的間接效益達(dá)10 857萬(wàn)元，系統(tǒng)應(yīng)用投入與產(chǎn)出比高達(dá)1:5.4。

3.制定行業(yè)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)——《海洋石油化工動(dòng)設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)通用標(biāo)準(zhǔn)》

由于狀態(tài)監(jiān)測(cè)多采用振動(dòng)監(jiān)測(cè)的方式，而石化領(lǐng)域沿用的振動(dòng)值報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)又都是基于設(shè)備出廠時(shí)給出的理論設(shè)定值，無(wú)法滿足海洋石油特殊環(huán)境的要求。公司根據(jù)長(zhǎng)期對(duì)石油化工動(dòng)設(shè)備運(yùn)行狀況的總結(jié)及3 700多次典型故障案例的統(tǒng)計(jì)分析并參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織及國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)原理，制定出了更加實(shí)用的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)——《海洋石油化工動(dòng)設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)通用標(biāo)準(zhǔn)》。為海油石油開展動(dòng)設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)提供了合理的鑒定標(biāo)準(zhǔn)。

三、動(dòng)態(tài)RCM管理系統(tǒng)

傳統(tǒng)的檢驗(yàn)維修和維護(hù)規(guī)程存在著檢維過(guò)度、不足或管理不當(dāng)?shù)葐?wèn)題。因此把在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)引入到RCM系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)備的最新狀態(tài)、結(jié)合設(shè)備的最新現(xiàn)場(chǎng)情況動(dòng)態(tài)修改相應(yīng)的維修策略，形成一個(gè)閉環(huán)的動(dòng)態(tài)智能維修管理模式。

RCM分析管理系統(tǒng)針對(duì)某浮式油輪(FPSO)上的空壓機(jī)和外輸泵設(shè)備進(jìn)行了RCM分析。RCM分析管理系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)化維保任務(wù)達(dá)49項(xiàng)，有效地為兩類關(guān)鍵設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)化維修策略。

四、專家診斷系統(tǒng)

公司結(jié)合狀態(tài)監(jiān)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)和特點(diǎn)開發(fā)出了動(dòng)設(shè)備案例庫(kù)系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)——專家診斷系統(tǒng)。專家診斷系統(tǒng)是根據(jù)自主積累的10年3 700多次海上設(shè)備典型故障案例，開發(fā)出的一套基于規(guī)則診斷和案例知識(shí)庫(kù)診斷的自動(dòng)分析診斷軟件系統(tǒng)。該專家診斷系統(tǒng)專門針對(duì)海上平臺(tái)關(guān)鍵動(dòng)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)離線、在線系統(tǒng)，能夠進(jìn)行智能診斷，分析其故障原因和發(fā)生機(jī)理，并能提供對(duì)應(yīng)的維保處理措施。

五、完整性管理體系

公司在狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上提出了基于現(xiàn)有診斷平臺(tái)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的診斷系統(tǒng)，并綜合設(shè)備管理方式實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的完整性管理。

動(dòng)設(shè)備完整性管理應(yīng)該是以狀態(tài)監(jiān)測(cè)為核心、以專業(yè)管理為主線的一套嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、規(guī)范化的設(shè)備管理模式。不僅涉及設(shè)備管理部門，而且涉及生產(chǎn)的每個(gè)部門，要求涉及的部門、人員責(zé)任和分工明確。動(dòng)設(shè)備完整性管理是一種完整性管理體系，其管理內(nèi)容各要素、各層級(jí)之間存在信息交換和工作流程驅(qū)動(dòng)。動(dòng)設(shè)備完整性管理體系能夠把常規(guī)的檢查、維護(hù)工作降低到最低限度而不會(huì)影響設(shè)備性能、產(chǎn)品質(zhì)量、安全和環(huán)境的整體性。它通過(guò)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和人機(jī)界面把設(shè)備過(guò)程數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、檢查、維護(hù)歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備績(jī)效管理數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)數(shù)據(jù)等集成在一起進(jìn)行綜合分析，為各級(jí)人員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行情況提供決策支持。

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