屈世棟，蔡國娟

（中國石油化工股份有限公司天津分公司，天津 300271）

石油化工企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境惡劣，設備隱患、程序遺漏等因素，都可能引發(fā)危及自身和周邊環(huán)境的事故。傳統(tǒng)RCM分析提供給用戶的主要是一個包含設備風險等級、設備故障模式風險等級和針對風險故障模式檢修維護策略的報告，是一個靜態(tài)過程，時效性不強。為滿足石化企業(yè)轉(zhuǎn)動設備長周期運轉(zhuǎn)的需求，將轉(zhuǎn)動設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)融入可靠性分析中，開展基于狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的設備可靠性評估方法優(yōu)化研究，在提高設備運行的可靠性并降低設備運行維護成本等方面成為一種有效的工具。

1 可靠性評價基礎(chǔ)模型

1.1 比例故障率模型

將比例故障率模型應用于可靠性工程領(lǐng)域具有其自身的優(yōu)勢。比例故障率模型具有的性質(zhì)是不同個體的失效率函數(shù)成比例。應用基于振動狀態(tài)數(shù)據(jù)的可靠性評估模型能獲得設備在任何運行狀態(tài)下的可靠度。該可靠性評估模型將設備故障率、運行狀態(tài)參數(shù)聯(lián)系起來，對設備關(guān)鍵部件運行可靠性參數(shù)進行估計。模型定義如下：

其中，h(t;Z)為故障率；h0(t)為基本故障率；Z為關(guān)鍵部件狀態(tài)變量；Y為狀態(tài)變量對設備故障率的影響。

應用以上比例故障率模型能獲得設備的可靠度，進行預防性維修決策。

1.2 威布爾比例故障率模型

基于威布爾分布的比例故障率模型克服了傳統(tǒng)的威布爾分布在可靠性工程應用上精度低的缺點。應用威布爾比例故障率模型能對設備關(guān)鍵部件進行失效建模，開展設備壽命可靠性分析。

兩參數(shù)威布爾分布故障率模型為；

式中，β為形狀參數(shù)；η為尺度參數(shù)。

威布爾比例故障率模型：

威布爾比例可靠度函數(shù)R(t;Z)表示為：

2 基于狀態(tài)數(shù)據(jù)的軸承可靠性評估實例

目前，大部分石化企業(yè)均實現(xiàn)關(guān)鍵機泵在線監(jiān)測全覆蓋。通過在線監(jiān)測系統(tǒng)實時讀取軸承的振動狀態(tài)數(shù)據(jù)，依據(jù)振動幅值的大小、變化趨勢、振動信號中的特征成分以及各種時域評價指標來反映軸承的各種失效模式。常用的軸承的時域統(tǒng)計指標如峭度、方均根、峰值、歪度等，將軸承的峭度、方均根應用于威布爾比例故障率模型，進行軸承可靠性評估。

某石化催化裝置P-2003A泵驅(qū)動端滾動軸承，振動加速度采樣時間為2h，按照1天為時間間隔計算軸承可靠度。通過加速度振動信號得到與軸承衰退過程密切相關(guān)的兩個指標：峭度值和方均根值。則軸承的威布爾比例故障率模型為：

式中，Z1為峭度值；Z2為方根均值。

圖1和圖2分別表示泵P-2003A驅(qū)動端滾動軸承在不同振動狀態(tài)下的峭度和方均根值的變化趨勢。

圖1 狀態(tài)1時的均方根及峭度

圖2 狀態(tài)2時的均方根及峭度值

應用比例故障率模型的極大似然評估方法，得到軸承在兩種狀態(tài)下的參數(shù)估計結(jié)果，如表1所示。

表1 軸承在狀態(tài)1、2時參數(shù)估計的結(jié)果

圖3、圖4是應用威布爾比例故障率模型得到的兩種狀態(tài)下滾動軸承可靠性評估曲線。可以看出正常振動狀態(tài)1時的可靠度為0.99左右，且趨勢平穩(wěn)，說明可靠性較高。振動超標狀態(tài)2時的可靠度為0.64左右，可靠性下降較多，且出現(xiàn)波動。結(jié)合振動加速度頻譜分析判斷：振動狀態(tài)2時極有可能為內(nèi)圈突發(fā)剝落所致。建議盡快檢查泵驅(qū)動端振動情況，關(guān)注軸承是否有異響?，F(xiàn)場按照檢查結(jié)論，及時切換備泵，檢查該泵驅(qū)動端處的軸承情況，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈已經(jīng)發(fā)生環(huán)形剝落，剝落范圍已達半圈，軸承剝落情況如圖5所示，與判斷結(jié)果完全一致，避免了一次非計劃停車事故的發(fā)生。通過實時采集軸承振動加速度數(shù)據(jù)，自動監(jiān)測軸承可靠度，實現(xiàn)設備狀態(tài)的動態(tài)評價，為設備的預測/預防維修提供技術(shù)支持。

圖3 正常狀態(tài)時的可靠性評估曲線

圖4 振動超標狀態(tài)時的可靠性評估曲線

圖5 軸承剝落實物圖

3 結(jié)語

利用威布爾分布比例故障率模型進行軸承可靠性動態(tài)評價，可以把表明設備運行狀態(tài)特征的方均根、峭度值與可靠性統(tǒng)計學之間建立聯(lián)系，為實現(xiàn)基于狀態(tài)的預測、預防維修提供技術(shù)支持。