郭 偉

(中國石化濟(jì)南分公司，山東濟(jì)南 250101)

RAM設(shè)備評價分析技術(shù)在催化裂化裝置上的應(yīng)用

郭 偉

(中國石化濟(jì)南分公司，山東濟(jì)南250101)

介紹了基于數(shù)據(jù)定量分析的“可靠性(Reliability)、可用性(Availability)和可維護(hù)性(Maintainability)”設(shè)備評價分析技術(shù)(RAM)，并結(jié)合在催化裂化裝置上的實(shí)施過程，說明了RAM評價分析技術(shù)的工業(yè)實(shí)際應(yīng)用。

催化裂化裝置 設(shè)備可靠性 可用性 可維護(hù)性

1 RAM分析方法

1.1 RAM分析

RAM是基于數(shù)據(jù)定量分析的“可靠性(Reliability)、可用性(Availability)和可維護(hù)性(Maintainability)”的模擬與優(yōu)化技術(shù)，是一種先進(jìn)、成熟的設(shè)備分析技術(shù)。它與RBI(基于風(fēng)險的檢測)、RCM (以可靠為中心的維修)、SIL(安全完整性等級)等方法都是設(shè)備維修與資產(chǎn)完整性管理的一種管理方法,而RAM更側(cè)重于從成本和效益的角度去分析評價設(shè)備。

在RAM分析中，可靠性(Reliability)的具體定義是：指某一時間段內(nèi)，設(shè)備或系統(tǒng)(連續(xù)運(yùn)行時)無故障發(fā)生時的概率；可用性(Availability)的定義是：指某一時間段內(nèi)，設(shè)備或系統(tǒng)可正常運(yùn)行的時間百分比(允許故障重復(fù)發(fā)生)；可維護(hù)性(Maintainability)的定義是：通過維修，可使元件或系統(tǒng)維持于或恢復(fù)至可實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的狀態(tài)的能力，可通過維護(hù)的持續(xù)時間來衡量。

1.2 RAM分析的作用

對于現(xiàn)有的在用工業(yè)生產(chǎn)裝置而言，RAM分析的作用有以下幾個方面。

a)發(fā)現(xiàn)裝置的關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵故障模式，并按其對生產(chǎn)的影響進(jìn)行排序。

b)改善影響可靠性、可用性的瓶頸部分(通過改變設(shè)計(jì)、改變設(shè)備或元件供應(yīng)商、改變維修方案等)。

c)確定最佳的維修方案(如最佳預(yù)防性維修間隔、最佳檢測間隔、確定是否需進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測等)。

d)降低意外故障率、生產(chǎn)風(fēng)險等。

e)平衡維修及損失成本，提高裝置可用性，獲得效益最大化。

f)優(yōu)化日常備件的存儲方案。

g)提高資源利用率及設(shè)備完整性。

2 RAM分析在催化裂化裝置上的應(yīng)用

2.1 裝置簡介

中國石化濟(jì)南分公司(以下簡稱濟(jì)南煉化)140×104t/a催化裂化裝置由中國石化工程建設(shè)公司設(shè)計(jì)。該裝置包括反應(yīng)-再生、分餾、吸收穩(wěn)定、汽油脫硫醇、液化氣和干氣脫硫、能量回收三機(jī)組、富氣壓縮機(jī)組、CO焚燒爐-余熱鍋爐等單元。裝置于1996年9月28日建成中交，當(dāng)年10月26日一次開車成功。裝置開工至今歷經(jīng)7次開工周期，期間進(jìn)行過多次技術(shù)改造和優(yōu)化。

2.2 RAM分析的實(shí)施過程

2.2.1RAM項(xiàng)目介紹

RAM分析項(xiàng)目由中國石化安全工程研究院(以下簡稱青島安工院)負(fù)責(zé)實(shí)施；根據(jù)RAM分析需要，RAM分析項(xiàng)目組由青島安工院專業(yè)工程師、濟(jì)南煉化設(shè)備管理人員等組成。

本項(xiàng)目于2012年11月啟動，歷時近4個月，于2013年2月完成，形成了RAM分析項(xiàng)目報告。

2.2.2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集工作

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集是RAM分析的基礎(chǔ)，主要是根據(jù)RAM分析的需要和項(xiàng)目組的要求，收集裝置近十年來運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，主要包括：裝置初始設(shè)計(jì)資料、設(shè)備臺賬、工藝操作規(guī)程、設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)、設(shè)備檢修記錄、設(shè)備隱患治理報告、設(shè)備腐蝕狀況及防腐措施、設(shè)備及管線失效分析報告、關(guān)鍵設(shè)備維護(hù)方案、設(shè)備運(yùn)行總結(jié)等，由濟(jì)南煉化二催化車間、維修車間的設(shè)備管理人員等共同負(fù)責(zé)收集完成。

2.2.3RAM數(shù)據(jù)分析

通過對前期所收集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定設(shè)備的故障模型、特點(diǎn)，確定設(shè)備的平均故障時間，確定設(shè)備的維修時間，確定設(shè)備可用性。

2.2.3.1建立系統(tǒng)可靠性方塊圖(Reliability Block Diagram，RBD)

可靠性方塊圖是系統(tǒng)單元及其可靠性意義下連接關(guān)系的圖形表達(dá)，表示單元的正?；蚬收蠣顟B(tài)對系統(tǒng)狀態(tài)的影響?？煽啃钥驁D是利用互相連接的方塊來顯示系統(tǒng)的失效邏輯，分析系統(tǒng)中每一個成分的失效率對系統(tǒng)的影響，以幫助評估系統(tǒng)的整體可靠性、可用性等。

可靠性方塊圖中的串聯(lián)結(jié)構(gòu)表示鏈上的任何一個單元故障，則系統(tǒng)發(fā)生故障；并聯(lián)結(jié)構(gòu)表示僅當(dāng)所有單元均發(fā)生故障時，系統(tǒng)發(fā)生故障。

可靠性方塊圖不同于結(jié)構(gòu)連接圖，各單元的連接方式不一定與其物理連接方式相一致；物流走向不代表流程中的真實(shí)走向；方塊圖中串聯(lián)的各單元其先后順序不影響系統(tǒng)的邏輯關(guān)系。

可靠性方塊圖中的每一個方塊既可以代表某個子系統(tǒng)，也可代表某個具體設(shè)備或某設(shè)備上某具體元件?？煽啃苑綁K圖的復(fù)雜、詳細(xì)程度依項(xiàng)目目標(biāo)而定。

二催化裝置RBD分析見圖1，圖中所包含的設(shè)備為項(xiàng)目劃定的研究范圍。

圖1 二催化裝置RBD

公共故障：風(fēng)、氣、水未出過問題，但出現(xiàn)過晃電。造成嚴(yán)重影響的故障概率約為10年1次，全裝置重要設(shè)備需停工 2 h。

氣壓機(jī)：若氣壓機(jī)組發(fā)生故障少于24 h，系統(tǒng)負(fù)荷由160 t/h降至90 t/h，氣體產(chǎn)品(干氣、天然氣)全部燃燒放空；若大于24 h，則全裝置停工。

汽油脫臭：汽油產(chǎn)品的15%進(jìn)入此單元進(jìn)行處理。若該單元故障，則該部分汽油進(jìn)入不合格罐。

脫硫：若脫硫單元故障，則產(chǎn)品去硫黃車間進(jìn)行精制。

2.2.3.2設(shè)備數(shù)據(jù)分析

根據(jù)前期設(shè)備基礎(chǔ)故障數(shù)據(jù)，進(jìn)行故障數(shù)據(jù)回歸，故障數(shù)據(jù)回歸采用正態(tài)分布及Weibull分布兩個常用模型。平均故障時間(mean time between failure，MTBF)是衡量設(shè)備可靠性及維修方案的重要參數(shù)之一。

數(shù)據(jù)采用最可能及最樂觀兩種估算方法，以盡可能消除數(shù)據(jù)來源不全或數(shù)據(jù)錯誤所產(chǎn)生的估算誤差。此外，也給出設(shè)備可能壽命的最小值(Min)與最大值(Max)以助于判斷、理解設(shè)備的壽命范圍，或進(jìn)行靈敏度分析等。建議實(shí)際應(yīng)用時采用最可能估算結(jié)果進(jìn)行RAM等其它項(xiàng)目的分析。最樂觀估算數(shù)據(jù)作為輔助參考。

2.2.4系統(tǒng)模擬

根據(jù)前期的裝置可靠性方塊圖及設(shè)備故障回歸數(shù)據(jù)，利用專業(yè)分析軟件RAM-int，進(jìn)行系統(tǒng)模擬分析， 最終可以得到裝置檢修周期內(nèi)設(shè)備模擬明細(xì)，部分重要設(shè)備模擬數(shù)據(jù)見表1。

表1 部分重要設(shè)備的模擬數(shù)據(jù)

3 RAM分析結(jié)論

a)以計(jì)劃外及計(jì)劃內(nèi)停工所造成的產(chǎn)品效益損失作為主要評價指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示計(jì)劃內(nèi)停工的經(jīng)濟(jì)損失占總損失的主體部分。提高系統(tǒng)效益的關(guān)鍵為降低計(jì)劃內(nèi)停工損失，同時必須將計(jì)劃外停工時間控制在可接受的范圍之內(nèi)。

b)當(dāng)檢修周期由3年改為4年時，雖然計(jì)劃外故障的頻率有所增加，停機(jī)時間有所增長，但由于計(jì)劃內(nèi)停工時間大為減少，因此總的經(jīng)濟(jì)損失可以減少16.7%，即每年的效益可增加約1 600萬元。4年共增加6 400萬元(不含所節(jié)省的檢維修費(fèi)用)。

c)當(dāng)檢修周期由3年改為4年時，滿負(fù)荷運(yùn)行、降負(fù)荷運(yùn)行的時間比例未發(fā)生明顯變化，計(jì)劃外零負(fù)荷運(yùn)行的時間略有增大。系統(tǒng)產(chǎn)能約為98.8%，即系統(tǒng)的實(shí)際產(chǎn)量為設(shè)計(jì)產(chǎn)量的98.8%。

d)綜合所有分析，檢修周期(4年)內(nèi)造成經(jīng)濟(jì)損失最大的設(shè)備如表2所示。主要經(jīng)濟(jì)損失由動設(shè)備造成。

表2 檢修周期內(nèi)造成經(jīng)濟(jì)損失最大的設(shè)備排名

4 根據(jù)RAM分析提出的設(shè)備維修建議

RAM分析顯示，每個設(shè)備故障時對系統(tǒng)所造成的影響及經(jīng)濟(jì)損失都不同，因此大檢修期間需要給予不同程度的關(guān)注。具體可參考設(shè)備造成經(jīng)濟(jì)損失的排名。

綜合RAM分析結(jié)果，大檢修期間應(yīng)在原定基礎(chǔ)上對以下設(shè)備尤為注意。

4.1 動設(shè)備

主風(fēng)機(jī)、煙機(jī)、汽輪機(jī)等需嚴(yán)格遵循檢修章程，保證檢修質(zhì)量、元件質(zhì)量、安裝質(zhì)量等，對易發(fā)故障部位進(jìn)行預(yù)防性更換。建議每次大檢修均做探傷等詳細(xì)檢測，消除潛在隱患，以減少故障所造成的經(jīng)濟(jì)損失。

4.2 靜設(shè)備

a)余熱爐：對于新爐，應(yīng)確保購買、安裝、檢驗(yàn)質(zhì)量；對常見泄漏的故障部分需重點(diǎn)檢測。

b)滑閥類應(yīng)確保檢修質(zhì)量，盡可能返廠檢修。

c)第一再生器需特別注意2009年所發(fā)生的意外故障模式，避免重復(fù)發(fā)生。

d)第一再生器裝卸口需多加注意，如重復(fù)性發(fā)生故障，需考慮每次大檢修時都進(jìn)行預(yù)防性維修或更換。

e)沉降器、再生器內(nèi)旋分器建議按照設(shè)計(jì)壽命進(jìn)行更換，確保本體及翼閥等附屬元件的品質(zhì)與安裝質(zhì)量。

f)提升管應(yīng)確保噴嘴等附屬元件的品質(zhì)與安裝質(zhì)量。

g)蝶閥、閘閥應(yīng)確保檢修質(zhì)量。

h)斜管類的膨脹節(jié)等故障易發(fā)部位建議按照設(shè)計(jì)壽命進(jìn)行更換，并保證檢修質(zhì)量。

i)三旋的故障易發(fā)部位進(jìn)行重點(diǎn)檢修。

5 結(jié)語

綜上所述，通過RAM設(shè)備評價分析技術(shù)所得到的數(shù)據(jù)支持及理論依據(jù)，可以對工業(yè)裝置的設(shè)備制定科學(xué)而合理的檢修決策，優(yōu)化設(shè)備或系統(tǒng)的維修方案，通過提高設(shè)備或系統(tǒng)的可用性，最終達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益、降低風(fēng)險，最小化設(shè)備生命周期總成本的目的。

RAMDeviceEvaluationandAnalysisTechnologyinCatalyticCrackingUnit

Guo Wei

(SINOPEC Jinan Branch, Shandong, Jinan 250101)

This paper introduces the device evaluation and analysis techniques based on quantitative analysis of the data "Reliability, Availability and Maintainability (RAM), and with the implementation process on the catalytic cracking unit, illustrates the RAM evaluation and analysis in the practical application of industrial technology.

catalytic cracking unit; device reliability; availability; maintainabilit

2016-03-04

郭偉，工程師，注冊安全工程師，2004年畢業(yè)于青島科技大學(xué)，現(xiàn)在中國石化濟(jì)南分公司從事設(shè)備及安全管理方面的工作。