路篤輝鐘軍平趙盈國勵凱宏姜海一鄭慶元李修能

(1.中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029)

(2.寧波市特種設(shè)備檢驗研究院 寧波 315048)

轉(zhuǎn)動設(shè)備完整性管理在石化裝置的應(yīng)用研究

路篤輝1鐘軍平2趙盈國2勵凱宏2姜海一1鄭慶元1李修能1

(1.中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029)

(2.寧波市特種設(shè)備檢驗研究院 寧波 315048)

石化裝置轉(zhuǎn)動設(shè)備完整性管理是國內(nèi)近幾年才開始發(fā)展的較為先進的針對轉(zhuǎn)動設(shè)備的管理方法，本文則提出了包含完整性管理技術(shù)培訓(xùn)、以可靠性為中心的維修（RCM）試點應(yīng)用、失效數(shù)據(jù)庫開發(fā)和完整性管理體系建設(shè)四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的完整性解決方案，并通過在某石化企業(yè)的實施證實了該方案可切實為石化企業(yè)解決當前轉(zhuǎn)動設(shè)備管理面臨的問題，以達到轉(zhuǎn)動設(shè)備完整性管理的目標。

完整性管理 RCM 風(fēng)險 失效率數(shù)據(jù)庫

安全生產(chǎn)事故的隱患排查治理是石化企業(yè)開展安全生產(chǎn)工作的基本途徑,也是石化企業(yè)能否有效落實安全生產(chǎn)主體責(zé)任的關(guān)鍵所在。而采用何種方法才能逐步地全面排查隱患、正確地評估隱患所致事故的風(fēng)險程度、有效地確定風(fēng)險級別與控制措施的優(yōu)先順序,是當前我國石化企業(yè)隱患排查治理工作面臨的突出問題。安全生產(chǎn)事故往往源于由于管理不善造成的設(shè)備管道破裂、泄漏,本文則以某石化企業(yè)的轉(zhuǎn)動設(shè)備管理現(xiàn)狀為切入點,從幫助企業(yè)解決轉(zhuǎn)動設(shè)備管理問題的角度,提出一套適應(yīng)石化裝置轉(zhuǎn)動設(shè)備完整性管理的解決方案,以更大的提升企業(yè)對轉(zhuǎn)動設(shè)備的管理水平,有效的防范轉(zhuǎn)動設(shè)備帶來的安全隱患。

1 完整性管理的概念和發(fā)展

完整性管理的概念起源于美國職業(yè)安全健康管理局在1992年頒布CFR 29,1910.119《?；饭に嚢踩芾?簡稱PSM)》法令,該法規(guī)定如果化學(xué)品使用數(shù)量超過特定的化學(xué)清單中規(guī)定的臨界值,企業(yè)都應(yīng)按照包含14項內(nèi)容的PSM管理制度進行操作,這14項要素就包括了“設(shè)備完整性”,并在該法令中的第八章對完整性管理的做法和目標做了規(guī)定。之后,美國石油化工學(xué)會(API)為了配合法令的實施,圍繞設(shè)備完整性管理發(fā)布了API 580、AP 581、API 571、API 579等一系列的標準、規(guī)范,在設(shè)備完整性管理方面已形成了一套完整的標準體系。2001年,歐盟又推出了基于風(fēng)險的維修與檢驗程序(簡稱“RIMAP”)項目,開發(fā)了歐盟統(tǒng)一的基于風(fēng)險的檢測和基于風(fēng)險的全生命周期管理(RBLM)解決方案。到目前為止,包括BP、Shell、TOTAL、Conocophillips等國際上一些大的石油公司,都將設(shè)備完整性管理納入公司的發(fā)展規(guī)劃并將其具體要求寫入公司體系,取得了較多的管理經(jīng)驗。

經(jīng)過十幾年的發(fā)展,這些機構(gòu)和公司在完整性管理領(lǐng)域逐漸研究確立了適應(yīng)不同管理對象的完整性管理技術(shù),基本技術(shù)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 完整性管理技術(shù)框架

在國內(nèi),針對區(qū)域管理的定量風(fēng)險評價(QRA)技術(shù)已經(jīng)在各大石化設(shè)計院進行了成功應(yīng)用;針對靜設(shè)備、管道和大型常壓儲罐的基于風(fēng)險的檢驗(RBI)技術(shù)也已經(jīng)日趨完善并在三大油獲得成功應(yīng)用;針對工藝操作和安全儀表系統(tǒng)的安全完整性評價(HAZOP-LOPA-SIL)技術(shù)也已經(jīng)獲得國家安監(jiān)總局的認可,并在各大設(shè)計院和石化企業(yè)取得了較為成熟的應(yīng)用經(jīng)驗。唯獨針對轉(zhuǎn)動設(shè)備的以可靠性為中心的維修(RCM)技術(shù),許多研究院和高校還處于積極探索、研究的階段。

2 某石化企業(yè)轉(zhuǎn)動設(shè)備管理面臨的一些問題以及解決思路

經(jīng)過課題開展前期對該企業(yè)轉(zhuǎn)動設(shè)備管理情況的調(diào)研結(jié)果,從轉(zhuǎn)動設(shè)備全生命周期的管理角度看,該企業(yè)轉(zhuǎn)動設(shè)備管理出現(xiàn)的主要問題大致包括:

1)設(shè)計制造階段與日常運維階段的管理缺乏有效銜接,許多好的日常運行和管理經(jīng)驗不能及時反饋到項目前期,如有時即使重新更換設(shè)備/部件也不能避免許多相似問題的發(fā)生;

2)前期管理內(nèi)容不夠具體甚至不夠全面,比如缺乏有效的監(jiān)造管理,工程施工管理等內(nèi)容不夠具體;

3)對于工作參數(shù)超標運行的設(shè)備,缺乏基線檢測與評估的管理,比如設(shè)備出廠時有遺留問題但仍然可以運行且不影響生產(chǎn)的設(shè)備等;

4)日常運行期間缺乏對缺陷和故障數(shù)據(jù)的歸納分析,檢維修管理缺乏對新技術(shù)、新方法的應(yīng)用;

5)備品配件的更換周期和庫存管理僅憑工作人員的運行經(jīng)驗,缺乏可靠性理論支持等。

面對這些問題,和企業(yè)探討成立課題組,研究出了一套針對石化企業(yè)轉(zhuǎn)動設(shè)備管理,以可靠性為核心的,且基于全壽命周期的轉(zhuǎn)動設(shè)備完整性管理(RDIM)解決方案,該方案包括四部分內(nèi)容:

1)轉(zhuǎn)動設(shè)備完整性管理技術(shù)培訓(xùn);

2)轉(zhuǎn)動設(shè)備數(shù)據(jù)庫開發(fā);

3)轉(zhuǎn)動設(shè)備RCM試點應(yīng)用;

4)編制轉(zhuǎn)動設(shè)備完整性管理體系文件。

3 培訓(xùn)

首先,組織該企業(yè)的動設(shè)備、工藝、電氣和安全專業(yè)的技術(shù)骨干,完成了超過64學(xué)時的培訓(xùn)。培訓(xùn)內(nèi)容包括:《R CM基本知識和評估規(guī)范》、《裝置可靠性和風(fēng)險評估》、《動設(shè)備全生命周期的管理》、《石油化工裝置關(guān)鍵轉(zhuǎn)動設(shè)備基本結(jié)構(gòu)與制造過程監(jiān)造及檢驗技術(shù)》等等。

培訓(xùn)目的是讓這些技術(shù)骨干優(yōu)先掌握了解RCM詳細的實施步驟、RCM技術(shù)原理、轉(zhuǎn)動設(shè)備全生命周期管理的概念和管理要素和轉(zhuǎn)動設(shè)備監(jiān)造過程及檢驗技術(shù),為下一步開展RCM試點應(yīng)用和建設(shè)轉(zhuǎn)動設(shè)備完整性管理體系奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

4 數(shù)據(jù)庫開發(fā)

本次采集了該企業(yè)全廠16類轉(zhuǎn)動設(shè)備(見表1)自投用至今的故障和檢維修數(shù)據(jù),并對這些數(shù)據(jù)進行歸納、整理,統(tǒng)計計算以及運用數(shù)學(xué)模型優(yōu)化出了各故障模式的發(fā)生頻率,建立了適應(yīng)該企業(yè)管理的轉(zhuǎn)動設(shè)備故障數(shù)據(jù)庫,為該企業(yè)今后轉(zhuǎn)動設(shè)備停機檢修提供了科學(xué)合理的依據(jù)。

表1 轉(zhuǎn)動設(shè)備數(shù)據(jù)庫包括的設(shè)備類型和數(shù)量統(tǒng)計

數(shù)據(jù)庫的開發(fā)步驟包括:

步驟一 數(shù)據(jù)收集

采集數(shù)據(jù)包括全廠轉(zhuǎn)動設(shè)備的故障和維修數(shù)據(jù),包括維修工作內(nèi)容、維修開始時間、維修結(jié)束時間、故障時間、累計/間斷運行時間等;

步驟二 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)設(shè)備類型對設(shè)備進行系統(tǒng)劃分,根據(jù)采集的數(shù)據(jù)辨識、歸納統(tǒng)計(專家統(tǒng)計)各設(shè)備存在的失效模式、失效機理、維修項目和維修時間等;

步驟三 數(shù)據(jù)整理、審核

對收集、分析的設(shè)備故障和維修數(shù)據(jù)按特定格式進行統(tǒng)計、整理,并對導(dǎo)入前的數(shù)據(jù)表進行專家審核;

步驟四 可靠性計算

用Matlab程序編程,輸出各可靠性參數(shù)值,即數(shù)據(jù)庫中包含的各參數(shù)值,如故障概率、維修時間等。

最終,針對該企業(yè)全廠轉(zhuǎn)動設(shè)備開發(fā)出的數(shù)據(jù)庫包括:

1)故障模式-故障頻率-維修時間數(shù)據(jù)庫,見表2;

2)故障模式-故障機理概率數(shù)據(jù)庫;

3)故障模式-維修項目概率數(shù)據(jù)庫。

解決了日常維護期間缺陷和故障數(shù)據(jù)歸納、應(yīng)用不善的問題,為該企業(yè)今后轉(zhuǎn)動設(shè)備停機檢修提供了科學(xué)合理的依據(jù)。

表2 轉(zhuǎn)動設(shè)備數(shù)據(jù)庫示例

5 RCM試點應(yīng)用

本次對該企業(yè)的苯乙烯裝置中的2個工藝單元(100單元和800單元)進行了RCM試點應(yīng)用。RCM應(yīng)用步驟包括:

步驟一 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集,包括:

1)工藝資料:單元工藝技術(shù)規(guī)程、PFD、P&ID圖等。

2)設(shè)備可靠性數(shù)據(jù),包括:設(shè)備類型、設(shè)備運轉(zhuǎn)情況、設(shè)備技術(shù)特性參數(shù)、故障開始時間、故障現(xiàn)象、故障原因、故障部位、故障檢測方法等。

3)設(shè)備維護數(shù)據(jù),包括:維修開始時間、維修結(jié)束時間、維修種類、設(shè)備運行監(jiān)/檢測參數(shù)、狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)等。

4)公司可接受風(fēng)險準則/矩陣,包括安全方面、環(huán)境方面、經(jīng)濟方面等。

5)財務(wù)數(shù)據(jù),包括設(shè)備造價、部件/易損件造價等。

圖2 RCM詳細分析風(fēng)險準則示例

步驟二 RCM風(fēng)險準則的建立

與該企業(yè)HSE部門討論并制定了適應(yīng)企業(yè)風(fēng)險管控現(xiàn)狀以及適應(yīng)于轉(zhuǎn)動設(shè)備的風(fēng)險管理準則,包括:

1)RCM篩選分析風(fēng)險準則,又稱定性風(fēng)險分析準則,該準則是根據(jù)后果的不同,將風(fēng)險可接受準則劃分為四類,分別為安全風(fēng)險準則(2×2矩陣)、環(huán)境風(fēng)險準則(2×2矩陣)、生產(chǎn)損失風(fēng)險準則(2×2矩陣) 、維修成本風(fēng)險準則(2×2矩陣)。

2)RCM詳細分析準則,該準則是根據(jù)后果的不同分別組合為安全風(fēng)險準則(5×9矩陣)、環(huán)境風(fēng)險準則(5×9矩陣)、生產(chǎn)損失風(fēng)險準則(5×9矩陣) ,維修成本風(fēng)險準則(7×9矩陣),見圖2。

步驟三 RCM篩選分析

在RCM會議主持人的引導(dǎo)下,全體設(shè)備管理相關(guān)的人員和專家通過“頭腦風(fēng)暴”(多專業(yè)人員以會議的形式討論問題,并盡可能提出針對問題的解決對策)的形式,采用RCM篩選分析準則,確定出風(fēng)險較高的設(shè)備進行下一步驟的分析,同時剔除了低風(fēng)險設(shè)備進行經(jīng)濟性評價后維修。篩選分析采用的記錄表格見表3。

步驟四 故障模式影響分析(FMEA)和風(fēng)險分析

在RCM會議主持人的引導(dǎo)下,全體設(shè)備管理相關(guān)的人員和專家通過故障模式分析和詳細分析的風(fēng)險準則,采用“頭腦風(fēng)暴”形式判別不同類型設(shè)備的不同故障模式的風(fēng)險等級,記錄表格見表4和表5,最后通過故障模式的風(fēng)險等級判斷設(shè)備整體的風(fēng)險級別。

表3 RCM篩選分析基礎(chǔ)報表

表4 FMEA基礎(chǔ)報表

表5 詳細風(fēng)險分析基礎(chǔ)報表

步驟五 故障原因分析(RCA)和檢維修策略的制定

通過“頭腦風(fēng)暴”的形式,針對風(fēng)險較高的設(shè)備進行故障原因分析,并通過故障原因逐條制定檢維修策略,包括預(yù)測性維修策略、預(yù)防性維修策略、故障查找策略、重新設(shè)計策略等。進行故障原因分析(RCA)和檢維修策略的制定所采用的記錄表格見表6。

表6 故障原因分析和檢維修策略制定基礎(chǔ)報表

本次針對該企業(yè)100單元和800單元轉(zhuǎn)動設(shè)備進行RCM分析的最終結(jié)果統(tǒng)計見表7。

表7 RCM試點應(yīng)用結(jié)果統(tǒng)計

通過本次RCM試點應(yīng)用,建立了適應(yīng)該企業(yè)管理現(xiàn)狀的RCM分析規(guī)則,包括:

1)篩選分析一般原則;

2)FMEA及風(fēng)險分析的一般原則,如同型號互為備用情況下或改造后的可能性等級的選擇原則,每種后果分析的原則等;

3)針對不同故障模式的FMEA及風(fēng)險分析細則,如在備臺情況/單臺、自啟/非自啟情況、帶/不帶自保聯(lián)鎖、電驅(qū)/汽驅(qū)以及綜合情況下的分析方法等;

4)故障原因分析原則,如RCA分析的邊界等;

5)檢維修策略制定原則等。

本次RCM試點應(yīng)用結(jié)合了前期培訓(xùn)的理論,使該企業(yè)轉(zhuǎn)動設(shè)備管理人員并通過參與具體項目,切實掌握了RCM的方法和理念。同時,為該企業(yè)今后自主開展RCM分析工作奠定了理論和實戰(zhàn)基礎(chǔ)。

6 轉(zhuǎn)動設(shè)備完整性管理體系建設(shè)

編制轉(zhuǎn)動設(shè)備完整性管理體系文件的目的是通過對轉(zhuǎn)動設(shè)備設(shè)計制造安裝階段、運行維護階段和處置階段管理流程的監(jiān)督、控制,以及各個階段管理流程的有效銜接,使轉(zhuǎn)動設(shè)備的管理達到完整性,體系文件的基本結(jié)構(gòu)內(nèi)容見圖3。

圖3 轉(zhuǎn)動設(shè)備完整性管理體系基本結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)動設(shè)備完整性管理體系文件是在遵循了該企業(yè)現(xiàn)有轉(zhuǎn)動設(shè)備管理制度、文件和程序的基礎(chǔ)上,在各環(huán)節(jié)引入新的管理思想和新技術(shù)、新方法等,包括:

1)在設(shè)計環(huán)節(jié)的項目申請階段和采購階段,引入了基于設(shè)備原有運行經(jīng)驗及弊端的差異化修正的管理機制,并針對離心泵組、往復(fù)式壓縮機組、離心式壓縮機組等規(guī)定了差異化修正的具體內(nèi)容,包括設(shè)計期的特殊性,制造單位實際能力、售后服務(wù)的及時性和提供備品配件的質(zhì)量穩(wěn)定性,同類型設(shè)備制造過程中的質(zhì)量偏差控制等。解決了設(shè)計制造階段與日常運維階段的管理缺乏有效銜接的問題。

2)在制造環(huán)節(jié),引入了設(shè)備監(jiān)造管理機制,規(guī)定了設(shè)備監(jiān)造的程序和方式,比如對所有轉(zhuǎn)動設(shè)備都應(yīng)由公司或委托第三方參加出廠驗收/監(jiān)造,國產(chǎn)重要設(shè)備、重要材料應(yīng)采取全過程駐廠監(jiān)造等;

3)在安裝環(huán)節(jié),引入基線檢測與評估管理機制,規(guī)定了基線檢測的參數(shù)和評估內(nèi)容,比如對于試車有遺留問題的轉(zhuǎn)動設(shè)備,穩(wěn)定工況運行半年內(nèi),應(yīng)進行轉(zhuǎn)動設(shè)備基線檢測與評估;

4)在整個運行維護階段則引入RCM技術(shù)(包括RCM執(zhí)行程序、執(zhí)行規(guī)則)、數(shù)據(jù)庫管理(包括數(shù)據(jù)庫應(yīng)用辦法、更新時機)、FMEA技術(shù)和風(fēng)險管理等新方法和新理念。并將RCM思想融入了日常管理的多個環(huán)節(jié),包括缺陷和故障管理、潤滑管理、狀態(tài)監(jiān)測管理、定期盤車、定期切換管理、備品配件管理和閑置管理。如在對備品配件進行管理時,應(yīng)利用數(shù)據(jù)庫和計算的平均故障間隔期(MTBF)以及RCM評估出的風(fēng)險的大小等判斷易損件的更換周期,并提出了優(yōu)化易損件庫存量的管理方案;再比如對缺陷和故障管理時,應(yīng)考慮數(shù)據(jù)庫的定期更新;對潤滑管理、定期盤車、切換管理時,應(yīng)參照RCM評估出的檢維修策略規(guī)定的周期執(zhí)行等。

轉(zhuǎn)動設(shè)備完整性管理體系是對完善現(xiàn)有管理制度、RCM試點應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫開發(fā)等工作的總結(jié),從項目實施和制度建設(shè)的角度出發(fā),提升企業(yè)對轉(zhuǎn)動設(shè)備的管理。

7 總結(jié)建議

本次轉(zhuǎn)動設(shè)備完整性管理應(yīng)用與研究是以現(xiàn)代維修及安全保障相關(guān)的設(shè)備綜合工程學(xué)、風(fēng)險工程學(xué)、可靠性工程學(xué)等理論為基礎(chǔ),參照歐盟基于風(fēng)險的維修與檢驗程序(RIMAP)和美國管道完整性管理(PIM)方法等國外先進經(jīng)驗開展的。

針對該企業(yè)轉(zhuǎn)動設(shè)備管理面臨的問題,通過完整性管理技術(shù)培訓(xùn)、RCM試點應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫開發(fā)和轉(zhuǎn)動設(shè)備完整性管理體系建設(shè)四個關(guān)鍵環(huán)節(jié),將FMEA和RCM方法、基于風(fēng)險的管理理念與動設(shè)備專業(yè)管理融合,提出了一整套具有問題針對性的解決方案。同時,為了更優(yōu)的開展轉(zhuǎn)動設(shè)備的完整性管理工作,提出以下建議供參考:

1)設(shè)備的健康情況是動態(tài)的,因此轉(zhuǎn)動設(shè)備完整性管理也是一個與時俱進的連續(xù)過程,隨著設(shè)備維修性數(shù)據(jù)和可靠性數(shù)據(jù)的不斷累計,必須持續(xù)地更新基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,并定期對轉(zhuǎn)動設(shè)備進行基于風(fēng)險的RCM評估等。

2)轉(zhuǎn)動設(shè)備運行維修階段完整性管理,如日常使用操作、數(shù)據(jù)整理、基于風(fēng)險的檢維修策略制定、檢修管理,存在大量的完整性管理數(shù)據(jù)整理、歸納、提升工作,為提高完整性管理數(shù)據(jù)處理的效率,還應(yīng)盡快建立一套與管理體系結(jié)合的RCM動態(tài)管理系統(tǒng)平臺。

［1］ GJB 1391-92 故障模式、影響及危害性分析程序［S］．

［2］ Moubray J．Reliability centered maintenance［M］．London：Butterworth-Heinnemann，1997．

［3］ GB/T 20172—2006/ISO 14224：1999 石油天然氣工業(yè)設(shè)備可靠性和維修數(shù)據(jù)的采集與交換［S］．

［4］ PAS 55—1：2008 資產(chǎn)管理 有形資產(chǎn)的最優(yōu)化管理細則［S ］．

The Application of Integrity Management for Rotating Equipment in Petrochemical Plant

Lu Duhui1Zhong Junping2Zhao Yingguo2Li Kaihong2Jiang Haiyi1Zheng Qingyuan1Li Xiuneng1
(1. China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)
(2. Ningbo Special Equipment Inspection Institute Ningbo 315048)

The integrity management of rotating equipment in petrochemical plants is an advanced management method in recent years. This paper puts forward four key points of the integrity management, including technical training for integrity management, the application of RCM, the failure rate database development, and the construction of integrity management system. Through the implementation in a petrochemical enterprise, it con fi rmed that the management mode can effectively solve the management problems of petrochemical rotating equipment, so as to achieve the integrity management of the rotating equipment.

Integrity management RCM Risk Failure rate database

X933.4

：B

1673-257X(2017)07-0033-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.07.008

路篤輝（1985～)，男，本科，工程師，從事設(shè)備設(shè)施完整性管理（包括RBI-FFS、RCM、SIL以及HAZOP-LOPA等）和壓力容器、壓力管道定期檢驗等工作。

路篤輝，E-mail： luduhui@126．com。

國家重大儀器專項（編號：2012YQ090175)；國家質(zhì)檢總局科技計劃類項目（編號：2013QK018，2014QK244)；中國特檢院內(nèi)部項目（編號：2016內(nèi)21）

2017-02-22）