楊瑜亮

（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司制氧廠,江蘇省南京市 210035）

前言

隨著大型冶金企業(yè)管理的不斷進(jìn)步，冶金企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)高爐大富氧，轉(zhuǎn)爐高頻次吹煉節(jié)奏不斷加快，能源介質(zhì)穩(wěn)定供應(yīng)是保證生產(chǎn)連續(xù)性的前提，而氧氣、壓縮空氣等是同時影響高爐、轉(zhuǎn)爐連續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵能源介質(zhì)。同時空分設(shè)備97%以上能耗為電力消耗，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行意義同樣重要。因此如何保證空分設(shè)備長周期穩(wěn)定、高可靠性、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行是冶金企業(yè)設(shè)備管理的重要方面。

筆者結(jié)合多年實踐，通過南京鋼鐵聯(lián)合有限公司（以下簡稱南鋼）多套空分（包括空壓站所）設(shè)備管理經(jīng)驗，在不斷完善原有的管理方法中總結(jié)出具有自身特點(diǎn)的冶金企業(yè)空分設(shè)備管理模式。分析設(shè)備可靠性、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性對設(shè)備管理運(yùn)行的具體影響，從而為公司一線生產(chǎn)保產(chǎn)保供提供可靠保障，為一線生產(chǎn)高質(zhì)量服務(wù)奠定基礎(chǔ)。

1 可靠性管理理念和管理體系

依據(jù)空分設(shè)備特點(diǎn)，南鋼長期以來以“設(shè)備精細(xì)化管理”及“全壽命管理”理念為抓手，以“TPM 設(shè)備管理”模式為手段，以“非計劃停機(jī)為零攻關(guān)”為突破口，構(gòu)建流程清晰、權(quán)責(zé)明確、規(guī)范有序、持續(xù)改進(jìn)的管理體系，依據(jù)設(shè)備特點(diǎn)，緊抓關(guān)鍵設(shè)備為主線，夯實設(shè)備基礎(chǔ)管理。以不斷完善、健全設(shè)備本質(zhì)安全和提高設(shè)備主要運(yùn)行效率為重點(diǎn)，實施以點(diǎn)檢定修為核心，預(yù)防性維修與狀態(tài)維修相結(jié)合，緊抓機(jī)會檢修時間，追求設(shè)備最優(yōu)化經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的多種維修方式并存的設(shè)備維護(hù)策略，執(zhí)行設(shè)備全壽命周期管理要求，提升設(shè)備綜合運(yùn)行指標(biāo)，保障設(shè)備長期穩(wěn)定順行。

在長期的設(shè)備管理發(fā)展過程中，由于設(shè)備管理的本質(zhì)是保證設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行，因此可靠性是所有保障指標(biāo)的前提。為保證設(shè)備的長時間無故障運(yùn)行而進(jìn)行的分析處理過程，這就是設(shè)備的可靠性分析。設(shè)備的可靠性差會導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障的概率很大。所謂可靠性，是指設(shè)備機(jī)能在時間上的穩(wěn)定性程度，或者說在一定時間內(nèi)，不發(fā)生問題的程度（概率）。設(shè)備的可靠性由固有可靠性和使用可靠性構(gòu)成。固有可靠性，是指該設(shè)備由設(shè)計、制造、安裝到試運(yùn)轉(zhuǎn)完畢，整個過程所具有的可靠性，是先天性的可靠性。使用可靠性，是指產(chǎn)品在實際使用過程中表現(xiàn)出的可靠性除固有可靠性的影響因素外，還要考慮操作使用、維修保障等方面因素的影響。

為保證設(shè)備可靠性目標(biāo)的實現(xiàn)，基于設(shè)備本身固有特性和客觀規(guī)律的研究，科學(xué)家們總結(jié)出了“盆浴曲線”理論和“全壽命周期管理”理論。

（1）盆浴曲線理論

設(shè)備一生的故障率是變化的，分為初始故障期、偶發(fā)故障期、損耗故障期三個階段。由于其構(gòu)成曲線猶如浴盆，簡稱“盆浴曲線”，見圖1。

通過大量理論和實踐，空分設(shè)備中大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備在服役5～8 年后，出現(xiàn)老化、劣化傾向，因此大修周期一般選為5～8 年。同時通過案例分析，隨著設(shè)備和制造可靠性提升，設(shè)備整體故障情況偏向于左半盆浴曲線，因此實際工作中更主張取消定期大修改造，用項修組合取代定期大修。

圖1 設(shè)備盆浴曲線

（2）全壽命周期管理理論

設(shè)備管理實際上是指全壽命周期的管理，簡稱LCM（Life Circle Management），其具有三重含義：三維空間上的全壽命周期管理；突出在盆浴曲線不同階段的不同管理特色；全壽命周期的費(fèi)用管理，具體如圖2。

圖2 設(shè)備全壽命管理管理示意圖

基于豐富的設(shè)備管理理論，設(shè)備的日常管理維護(hù)需采用積極穩(wěn)妥且不斷優(yōu)化的維修策略，因此可靠性維修策略理論應(yīng)運(yùn)而生。

（3）可靠性維修策略理論

可靠性維修的目的：詳細(xì)掌握設(shè)備信息，積極減少設(shè)備故障，延長設(shè)備使用壽命，減少設(shè)備維修費(fèi)用。因此設(shè)備管理維修必須依據(jù)策略進(jìn)行，策略的優(yōu)勢直接影響設(shè)備的可用率、維修成本、安全以及企業(yè)的運(yùn)行效益等。依據(jù)現(xiàn)場設(shè)備實際役齡進(jìn)行合理安排，同時采取多種維修模式相結(jié)合的維修策略是現(xiàn)代化設(shè)備管理的方向。根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)、重要程度、可能引發(fā)的故障特征進(jìn)行綜合施策。（機(jī)會檢修、計劃檢修、預(yù)知維修、預(yù)防維修、事后維修等組合進(jìn)行），簡而言之，以可靠性為中心的設(shè)備維修策略是現(xiàn)代化設(shè)備的最優(yōu)維修策略，使維修達(dá)到滿意的綜合效果。因此實施中應(yīng)以維修策略的平衡進(jìn)行，如圖3所示。

圖3 維修策略的平衡

2 南鋼空分設(shè)備可靠性管理實踐和成效

依據(jù)冶金型空分系統(tǒng)設(shè)備特點(diǎn)和重要性，以南鋼實踐經(jīng)驗為例進(jìn)行簡要概述?？辗窒到y(tǒng)設(shè)備按大型關(guān)鍵設(shè)備分類分級劃分為：深冷空分裝置、大型離心式壓縮機(jī)組、配套壓縮機(jī)組高壓大電機(jī)、變壓器、高低壓配電、儀表控制、公輔水系統(tǒng)及其他工藝管理等進(jìn)行分級區(qū)分管理。通過多年實踐，設(shè)備總體運(yùn)行狀態(tài)良好，滿足一線生產(chǎn)用戶的穩(wěn)定用氣需求，設(shè)備連續(xù)運(yùn)行指標(biāo)多年來控制在0.5‰的非計劃停機(jī)率，處于行業(yè)較好水平，具體做法如下所述：

2.1 主線關(guān)鍵設(shè)備可靠性管理措施

設(shè)備管理中，依舊遵循20/80 理論，空分系統(tǒng)（包括空壓站所）設(shè)備清單中ABC 類設(shè)備清單中A類關(guān)鍵設(shè)備占比20%左右，其他設(shè)備占80%。而關(guān)鍵設(shè)備中以大型離心式壓縮機(jī)組系統(tǒng)為主，其運(yùn)行狀況直接影響空分系統(tǒng)平穩(wěn)與否，因此緊抓20%的核心關(guān)鍵設(shè)備管理是日常工作重點(diǎn)：

·強(qiáng)化設(shè)備潤滑管理（良好的設(shè)備潤滑可降低70%以上的故障），依據(jù)設(shè)備潤滑要求做好年度油品檢測及周期性更換，確保機(jī)械設(shè)備潤滑優(yōu)良（采用年度油品檢測化驗和4～5年運(yùn)行周期更換）。

·實行大型設(shè)備三級點(diǎn)檢，尤以大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備精密點(diǎn)檢（頻譜分析）數(shù)據(jù)和分析報告為設(shè)備預(yù)防（知）維修提供第三方依據(jù)，同時參照DCS 數(shù)據(jù)分析，提前發(fā)現(xiàn)故障隱患。

·落實設(shè)備/裝置項修周期計劃，確保設(shè)備機(jī)械性能正常（且滿足一個周期內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行為管理目標(biāo)），保證設(shè)備穩(wěn)定順行。依照設(shè)備盆浴曲線理論，執(zhí)行檢修規(guī)程和行業(yè)經(jīng)驗5～8 年項修周期，10 年深冷空分裝置項修周期。

·充分落實全壽命管理理論。緊抓前期設(shè)備本身制造質(zhì)量與后期檢修質(zhì)量的保障是確保機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)。全流程管控設(shè)備狀態(tài)。

·長期備用機(jī)組或故障處理后設(shè)備啟動前盤車正常方可進(jìn)行下一步程序。

·大型壓縮機(jī)設(shè)備嚴(yán)禁超負(fù)荷運(yùn)行（依據(jù)設(shè)備軸功率進(jìn)行推算）。

·裝置控制系統(tǒng)主機(jī)聯(lián)鎖功能確保完好，嚴(yán)禁取消原設(shè)計保護(hù)功能。該項要求為設(shè)備長期平穩(wěn)順行奠定基礎(chǔ)，實現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過程目標(biāo)全受控。按照聯(lián)鎖報警功能清單定期校驗，測試(溫度、振動、軸位移等），嚴(yán)禁未經(jīng)許可打假值或解除，儀表測量元器件定期校驗或更換（保障測量準(zhǔn)確，以免發(fā)生誤報或誤動作引發(fā)跳機(jī)）。

·強(qiáng)化階段性設(shè)備管理：結(jié)合南方環(huán)境因素，充分開展季節(jié)性設(shè)備管理，針對梅雨季節(jié)和高溫季節(jié)電氣設(shè)備、大型空壓機(jī)疏水重點(diǎn)要求，開展專項設(shè)備管理，實現(xiàn)設(shè)備可靠性運(yùn)行。

2.2 高低配電系統(tǒng)設(shè)備管理

·周期性功能試驗嚴(yán)格按照3 年檢測周期進(jìn)行（各項保護(hù)試驗數(shù)據(jù)完好）。

·日常管理中高壓設(shè)備：清灰、高壓觸頭檢查、定期更換。

·高壓微機(jī)綜保功能完好。

·高壓電纜頭溫度檢測（配置在線巡檢系統(tǒng)）、防火涂料完好。

·高壓柜、配電室孔洞封堵完好。

·采用FLUKE熱成像儀對于關(guān)鍵部位檢測。

·油變壓器的油品檢測與數(shù)據(jù)分析，有上升趨勢時確認(rèn)后進(jìn)行更換。

·嚴(yán)禁連續(xù)啟動（部分機(jī)組有程序保護(hù)），嚴(yán)格按照程序規(guī)定執(zhí)行。

·低壓雙回路切換電源功能完好，定期切換試驗。

·UPS、直流屏電源功能完好，定期檢查。

·電儀聯(lián)鎖試驗功能正常，大型機(jī)組啟動前進(jìn)行空投模擬試驗。

2.3 大電機(jī)、變壓器設(shè)備管理

·日常管理中開機(jī)前絕緣電阻測量，最低標(biāo)準(zhǔn)>10 MΩ。

·日常檢查定子內(nèi)部的灰塵、油污情況（停機(jī)后開蓋檢查）,日常檢查中油箱真空度正常與否，要求＜-2 kPa。

·制定定修計劃（6-8 年高壓大電機(jī)、啟動變壓器大修周期）。大電機(jī)返廠大修保養(yǎng)檢測、真空浸漆；變壓器返廠檢查保養(yǎng)。

·探索實施對高壓電機(jī)定子進(jìn)行氮?dú)馕⒄龎罕Ｗo(hù)。

·具備條件變壓器室改造使用低露點(diǎn)壓縮空氣正壓送風(fēng)。

·大電機(jī)與壓縮機(jī)同心度調(diào)整及安裝質(zhì)量（一般大修時進(jìn)行，日常根據(jù)運(yùn)行情況進(jìn)行點(diǎn)檢確認(rèn)）。優(yōu)良的同心度是保障機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的前提。

·充分了解同行業(yè)故障案例，舉一反三，防范事故故障。

3 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性概述

設(shè)備系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性是指設(shè)備在長期運(yùn)行過程中是否達(dá)到行業(yè)或設(shè)備本身應(yīng)具備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)。在科技日益發(fā)展的今天，緊隨科技發(fā)展推動設(shè)備經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)步是衡量企業(yè)競爭力的重要方面。鋼鐵企業(yè)設(shè)備配置是根據(jù)裝置投用時的行業(yè)主流技術(shù)進(jìn)行的，而隨著長期使用（十年以上）和科技進(jìn)步，尤其是一些高科技先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品的問世可能出現(xiàn)顛覆性的設(shè)備經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。另外原有系統(tǒng)在當(dāng)初設(shè)計中存在部分與實際差異較大的現(xiàn)象，因此裝置系統(tǒng)性的流程優(yōu)化是在長期實踐中逐步發(fā)現(xiàn)和不斷完善的。為此，緊跟技術(shù)潮流進(jìn)步，不斷提高設(shè)備水平和對原有裝置的及時改造在設(shè)備管理和使用過程中至關(guān)重要。

鋼鐵冶金企業(yè)為工業(yè)企業(yè)的耗能大戶,以南鋼為例，其整體電力消耗占南京市總比例約5%。而空分設(shè)備主要能耗為電耗（占比97%以上），達(dá)220萬kWh/d,經(jīng)系統(tǒng)測算能耗占公司用電比例約為17.3%，為公司內(nèi)部重點(diǎn)用電大戶，設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對于長期管理和成本效益，具有舉足輕重的地位，因此系統(tǒng)優(yōu)化和技術(shù)改進(jìn)在空分設(shè)備系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性管理效益巨大。

4 南鋼空分設(shè)備系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性管理實踐和成效

南鋼在長期的設(shè)備管理中，不斷挖掘系統(tǒng)短板，及時追隨行業(yè)技術(shù)發(fā)展潮流，針對自身設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)，制定提升系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性管理措施，實現(xiàn)老設(shè)備煥發(fā)新指標(biāo)的系統(tǒng)改造，提升設(shè)備運(yùn)行系統(tǒng)指標(biāo)。

（1）以循環(huán)水系統(tǒng)為例，冷卻水供水溫度下降3℃直接影響空分、空壓系統(tǒng)能耗指標(biāo)1%。且在夏季時供水溫度直接影響空分機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。為此通過外出交流學(xué)習(xí)，制定并不斷優(yōu)化技術(shù)改造方案，選用國內(nèi)高效節(jié)能機(jī)械通風(fēng)冷卻塔，于2015-2018 年逐年改造，使設(shè)備供水溫度由原來36.5 ℃降低到32 ℃以內(nèi)，節(jié)能效益約800 萬元/年。

（2）以2003-2005 年已運(yùn)行15-18 年裝置改造為例，與國內(nèi)知名工程公司和制造廠商共同研究采用行業(yè)最高效規(guī)整填料，運(yùn)用國內(nèi)僅有掌握在線分塊施工的改造方法對兩套2 萬m3/h空分裝置下塔改造，將雙溢流結(jié)構(gòu)篩板塔改造為高效規(guī)整填料塔，實現(xiàn)下塔阻力＜3.2 kPa 的行業(yè)先進(jìn)指標(biāo)。液氬產(chǎn)量提升300 m3/h，實現(xiàn)節(jié)能效益760 萬元/年。

（3）以煉鐵高爐系統(tǒng)大富氧提升實現(xiàn)節(jié)能改造為例，通過采用高爐、轉(zhuǎn)爐用氧壓力不同的需求，結(jié)合公司空分機(jī)配置狀況，進(jìn)行壓力分級供應(yīng)，同時滿足極限狀況的用氧需求。為此制定高爐富氧全系統(tǒng)流程優(yōu)化設(shè)備改造方案，選用中、低壓氧氣組合供氧模式，對原有部分中壓氧壓機(jī)在線實現(xiàn)改造。通過實踐實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能效益1780 萬元/年，同時氧氣設(shè)備、管網(wǎng)運(yùn)行安全系數(shù)大幅提升。

（4）進(jìn)行空分系統(tǒng)流程阻力的優(yōu)化，推進(jìn)蒸汽能源高效利用，采用行業(yè)內(nèi)高效節(jié)能蒸汽加熱器專利產(chǎn)品替代現(xiàn)有電加熱器完成多套空分分子篩加熱器改造，項目投用通過實際統(tǒng)計計算，實現(xiàn)年節(jié)能效益263 萬元/年；采用深冷空分裝置新開發(fā)的分子篩切換三桿閥及壓縮機(jī)出口軸流式止回閥，一方面提升設(shè)備本質(zhì)安全，同時設(shè)備使用壽命延長一倍。合計綜合效益331 萬元/年。

（5）針對全公司壓縮空氣供應(yīng)分散狀態(tài)，經(jīng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性調(diào)研，制定3年規(guī)劃。實施大系統(tǒng)、全流程優(yōu)化提升方案，通過全公司壓縮空氣系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、采用ES360 設(shè)備智能化控制系統(tǒng)、高效離心機(jī)替代原有螺桿機(jī)組、結(jié)合零耗氣預(yù)熱后處理系統(tǒng)及無油變頻螺桿改造等一系列措施，實現(xiàn)了壓縮空氣系統(tǒng)全流程改造，使壓縮空氣單耗有0.15 kWh/m3下降至0.12 kWh/m3，下降幅度20%，系統(tǒng)效益3024 萬元/年。

5 總結(jié)

創(chuàng)新是企業(yè)進(jìn)步的源動力，設(shè)備管理創(chuàng)新是推動設(shè)備可靠、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行必不可少的有效手段?？辗衷O(shè)備實際管理過程中存在涉及專業(yè)多、技術(shù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，因此創(chuàng)新設(shè)備管理重要性凸顯。以空分設(shè)備為例，針對設(shè)備配套的特點(diǎn)，以大型壓縮機(jī)組為核心，大型深冷空分裝置為主題，涉及的制冷、機(jī)械、土建、高低壓供配電、自動化儀表、供水等專業(yè)缺一不可。由于系統(tǒng)設(shè)備關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，各專業(yè)契合度高，在設(shè)備管理中各專業(yè)必須充分融合，因此創(chuàng)新是系統(tǒng)管理的必然產(chǎn)物。圍繞設(shè)備可靠性和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的設(shè)備管理是創(chuàng)新管理的一部分。不斷運(yùn)用新技術(shù)、不斷挖掘設(shè)備短板和系統(tǒng)潛力、促進(jìn)設(shè)備系統(tǒng)更好為生產(chǎn)服務(wù)是日常設(shè)備管理的重要目標(biāo)。近年來，南鋼空分運(yùn)用設(shè)備管理先進(jìn)理念和方法，采用行業(yè)主流技術(shù)提升設(shè)備性能和本質(zhì)安全，在完成設(shè)備提檔升級、提效節(jié)能同時設(shè)備本質(zhì)安全、可靠性大幅提升，多項指標(biāo)位列行業(yè)先進(jìn)水平，提升了企業(yè)的核心競爭力。系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性管理在改造前后系統(tǒng)節(jié)能約8%，實現(xiàn)綜合降本6600 萬元/年，經(jīng)濟(jì)效益巨大。對同類型企業(yè)具有一定的借鑒意義。

同時由于設(shè)備特點(diǎn)及區(qū)域受限，南鋼設(shè)備管理與其他公司設(shè)備區(qū)別可能較大，該研究及探討的管理措施具有一定的條件性，因此不足以代表行業(yè)的整體狀況。還需在實踐中繼續(xù)豐富完善，探索出具有自身特色的設(shè)備管理模式。