田祺，楊劍鋒，劉文彬

（北京化工大學(xué)化工安全教育部工程研究中心，北京100029）

往復(fù)壓縮機(jī)的完整性管理

田祺，楊劍鋒，劉文彬

（北京化工大學(xué)化工安全教育部工程研究中心，北京100029）

往復(fù)壓縮機(jī)是石油、石化行業(yè)中重要的動(dòng)力設(shè)備，其安全性與穩(wěn)定性往往影響整套裝置的運(yùn)行。但是由于往復(fù)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易損件多、管理不善等原因?qū)е缕涔收下矢呔硬幌?。提出的往?fù)壓縮機(jī)完整性管理，強(qiáng)調(diào)對(duì)設(shè)備運(yùn)行全周期的運(yùn)營與管理，有助于實(shí)現(xiàn)往復(fù)壓縮機(jī)在其生命全周期功能完整與狀態(tài)可控。

往復(fù)壓縮機(jī)；完整性管理；故障模式分析

1 往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理技術(shù)簡(jiǎn)介

煉化資產(chǎn)完整性管理（AIM）是指通過先進(jìn)的管理理念與技術(shù)使煉化設(shè)備始終處于安全可靠、受控的工作狀態(tài)[1]。完整性管理是對(duì)所有影響設(shè)備完整性的因素進(jìn)行綜合的、一體化的管理，即在設(shè)備的科研、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行的各個(gè)階段，不斷識(shí)別和評(píng)估面臨的各種風(fēng)險(xiǎn)因素，采取相應(yīng)的措施削減風(fēng)險(xiǎn)，將設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)水平控制在合理的可接受范圍之內(nèi)。與傳統(tǒng)的設(shè)備管理方法相比，完整性管理更加強(qiáng)調(diào)整體性、動(dòng)態(tài)和持續(xù)改進(jìn)，其理念是“缺陷是無處不在的，只有不斷識(shí)別，跟蹤缺陷的發(fā)展，并不斷消除缺陷才能保證本質(zhì)安全”[2]。

具體來講，往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理是指通過對(duì)技術(shù)持續(xù)改進(jìn)與往復(fù)壓縮機(jī)管理不斷完善的方式，使往復(fù)壓縮機(jī)始終處于安全、可靠、受控的狀態(tài)。其含義包括以下幾個(gè)方面：往復(fù)壓縮機(jī)在運(yùn)行全周期始終處于功能完整、狀態(tài)受控；管理者仍將不斷采取行動(dòng)，改進(jìn)技術(shù)與管理模式以實(shí)現(xiàn)往復(fù)壓縮機(jī)生命全周期動(dòng)態(tài)完整性監(jiān)控與管理；往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理貫穿于設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、維護(hù)直至報(bào)廢全過程。建立往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理體系需要的工作內(nèi)容包括：制定完整性管理目標(biāo)、工作計(jì)劃、工作流程與工作程序文件；掌握可能導(dǎo)致往復(fù)壓縮機(jī)非正常停車的故障模式及其機(jī)理，并制定與之對(duì)應(yīng)的應(yīng)急處理措施；識(shí)別往復(fù)壓縮機(jī)關(guān)鍵或易損部件，并編制設(shè)備KPI績(jī)效指標(biāo)定期考核；運(yùn)用先進(jìn)的檢測(cè)與監(jiān)測(cè)手段對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)關(guān)鍵部件進(jìn)行檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)，并將信息及時(shí)反饋給技術(shù)人員，制定檢維修策略；結(jié)合檢維修情況，及時(shí)調(diào)整完整性管理目標(biāo)以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)動(dòng)態(tài)管理。

完整性管理貫穿于往復(fù)壓縮機(jī)運(yùn)行全周期，是一項(xiàng)集制定目標(biāo)、識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、制定維修策略于一體的綜合管理方法，因此對(duì)管理人員的素質(zhì)也有一定的要求。此外，往復(fù)壓縮機(jī)的完整性管理所實(shí)施的每一環(huán)節(jié)還應(yīng)參考相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[3-9]的規(guī)定和建議。

2 往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理的實(shí)施內(nèi)容

2.1 往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理的文件構(gòu)成

往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理體系的建立與實(shí)施，需要制定能夠描述管理體系策略和程序的文件，這些文件應(yīng)能反映體現(xiàn)完整性管理的具體要求并指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐[10]。文件構(gòu)成主要包括：完整性管理總則及管理、組織信息；往復(fù)壓縮機(jī)組主要單元配置信息；完整性管理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)指南；完整性管理檢測(cè)、監(jiān)測(cè)技術(shù)文件；往復(fù)壓縮機(jī)故障模式分析與檢維修策略；檢維修時(shí)間、頻次和范圍的記錄等。

2.2 故障模式與故障分析

往復(fù)壓縮機(jī)易損件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障類型也很繁雜。不過，往復(fù)壓縮機(jī)的故障模式大致可分為熱力性能故障和機(jī)械動(dòng)力性能故障[11]。熱力性能故障具體表現(xiàn)為排氣量不足、排氣溫度異常升高，產(chǎn)生的主要原因包括過濾器堵塞、氣閥漏氣、余隙容積過大、中間冷卻器故障等；動(dòng)力性能故障具體表現(xiàn)為機(jī)組超常的振動(dòng)和響聲、氣缸溫度過高等，產(chǎn)生的主要原因包括活塞撞擊氣缸、活塞桿下沉、活塞環(huán)磨損嚴(yán)重、曲軸斷裂、氣閥故障等。從故障統(tǒng)計(jì)來看，往復(fù)壓縮機(jī)非正常停機(jī)主要與氣閥、氣缸、活塞桿、十字頭、連桿、曲軸、填料密封這些機(jī)組關(guān)鍵部件產(chǎn)生故障有關(guān)[12]。因此，加強(qiáng)往復(fù)壓縮機(jī)關(guān)鍵部件的監(jiān)測(cè)與日常維護(hù)對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理具有重要意義。

2.3 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障識(shí)別

往復(fù)壓縮機(jī)的在線監(jiān)測(cè)、離線監(jiān)測(cè)、關(guān)鍵零部件的故障識(shí)別是往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理的重要組成部分。當(dāng)前往復(fù)壓縮機(jī)常采用的監(jiān)測(cè)手段包括示功圖分析法、振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)、油樣發(fā)射光譜分析技術(shù)、紅外線檢測(cè)技術(shù)、沖擊振動(dòng)分析法等。各監(jiān)測(cè)技術(shù)有其各自的優(yōu)勢(shì)，如示功圖非常適用于熱力性能故障的監(jiān)測(cè)；油樣發(fā)射光譜技術(shù)是監(jiān)測(cè)機(jī)組潤滑油系統(tǒng)的重要手段；紅外線檢測(cè)技術(shù)能夠發(fā)現(xiàn)機(jī)組早起故障并預(yù)測(cè)故障發(fā)展趨勢(shì)[13]。從實(shí)際應(yīng)用效果上看，由于往復(fù)壓縮機(jī)的故障非常復(fù)雜，單一的監(jiān)測(cè)方法無法滿足機(jī)組狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此綜合利用不同的監(jiān)測(cè)手段對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，綜合各特征提取技術(shù)對(duì)狀態(tài)信號(hào)的識(shí)別，也許可以滿足往復(fù)壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)完整性的要求。

近年來，隨著振動(dòng)與噪聲理論、測(cè)試技術(shù)、信號(hào)分析與數(shù)據(jù)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)及其他相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為壓縮機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)提供了良好的基礎(chǔ)。目前，以賀爾碧格、本特利、Prognost、Dynalco為代表的國外企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的往復(fù)壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件進(jìn)行在、離線監(jiān)控。而以北京化工大學(xué)、合肥通用機(jī)械研究院、西安交通大學(xué)為代表的國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)也已開發(fā)出了一些在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)，并已經(jīng)應(yīng)用于部分石油化工企業(yè)[14]。這些先進(jìn)的智能化狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障識(shí)別手段為往復(fù)壓縮機(jī)的完整性管理提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

2.4 保養(yǎng)與檢維修策略

以可靠性為中心的維修（RCM）作為完整性管理的重要技術(shù)支撐，對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)的日常保養(yǎng)與維修策略具有重要指導(dǎo)作用[15]。目前石油、石化用往復(fù)壓縮機(jī)的日常維護(hù)與保養(yǎng)通常采用“三級(jí)保養(yǎng)”策略，這種維護(hù)與檢修策略往往會(huì)造成機(jī)組維修過剩。往復(fù)壓縮機(jī)的維修過剩不僅會(huì)造成人力、財(cái)力的浪費(fèi)，而且可能會(huì)縮短機(jī)組關(guān)鍵部件的使用壽命，影響往復(fù)壓縮機(jī)在整個(gè)運(yùn)行周期中的效率。而通過RCM分析所得到的維修策略具有很強(qiáng)的針對(duì)性，其理念是通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)為機(jī)組的失效模式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)度排序，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)排序制定具有針對(duì)性的檢維修策略，并將檢維修資源從低風(fēng)險(xiǎn)的部件向高風(fēng)險(xiǎn)的部件轉(zhuǎn)移。因此，根據(jù)RCM分析結(jié)果制定的完整性管理檢維修策略可以避免“多檢測(cè)、多維修、多保養(yǎng)、多多益善”和“故障后再維修”的傳

統(tǒng)維修思想的影響，使維修工作更具科學(xué)性，有效減少甚至消除了過剩維修。

表1 往復(fù)壓縮機(jī)常見故障分析及維修策略

3 結(jié)語

往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理的目標(biāo)就是運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)與管理方法，保證設(shè)備可靠、可控并努力實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全化，同時(shí)制定科學(xué)的檢維修策略延長機(jī)組使用周期、降低人工和設(shè)備維修費(fèi)用，使往復(fù)壓縮機(jī)生命周期成本達(dá)到最優(yōu)。在往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理的實(shí)施過程中，運(yùn)用先進(jìn)的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)和RCM等風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法能使完整性管理達(dá)到更好的效果。但是與管道、儲(chǔ)罐等靜設(shè)備相比，煉化動(dòng)設(shè)備的完整性管理還沒有與之對(duì)應(yīng)的成套行業(yè)管理標(biāo)準(zhǔn)。因此，石油、石化動(dòng)設(shè)備完整性的管理標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)法律法規(guī)還需要進(jìn)一步制定與完善，為動(dòng)設(shè)備完整性管理體系的建立與實(shí)施提供保證。

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The Integrity Management of Reciprocating Compressor

TIAN Qi,YANG Jian-feng,LIU Wen-bin
(Chemical Safety Engineering Research Center of Ministry of Education,Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029,China)

Reciprocating compressor is the important power equipment in petroleum and petrochemical industry.Its safety and stability always affects the normal running of petroleum and petrochemical unit.However,duo to complex construction,too much vulnerable component and poor management,which will result in high failure rate.The integrity management of reciprocating compressor is a more advanced management mode which is based on life-cycle management and operation of reciprocating compressor.It could be useful for keeping the complete function and controllable status of reciprocating compressor.

reciprocating compressor;integrity management;failure mode analysis

TH457

B

1006-2971（2015）03-0061-04

田祺（1989-），男，河北省滄州人，在讀研究生，研究方向?yàn)榛?dòng)設(shè)備完整性管理技術(shù)。E-mail：tianqi1989@126.com

2014-12-16