姜海一 苗 銳 楊鐮菠 謝國(guó)山 何 萌

（1.新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 烏魯木齊 830011）

（2.中石化西南油氣分公司 成都 610000）

（3.中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 北京 100029）

某氣田凈化廠2014年投產(chǎn)運(yùn)行至今，其火炬系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及公用工程裝置一直處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，未進(jìn)行任何停工檢修，暴露問(wèn)題如下：

1）火炬系統(tǒng)存在高壓火炬頭的流體密封器折流板部分脫落；高、低壓備用火炬高能點(diǎn)火器失效，不能點(diǎn)燃；火炬單元壓力容器和壓力管道一直未進(jìn)行停工檢修。

2）工業(yè)控制系統(tǒng)中操作站/工程師站的Win7操作系統(tǒng)已停止維護(hù)，漏洞不能更新，存在頻繁死機(jī)、電源頻繁故障、部分卡件停產(chǎn)和備件不足等問(wèn)題；控制器點(diǎn)位負(fù)荷遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)要求，目前無(wú)法正常開(kāi)展在線(xiàn)自診斷檢查，備用點(diǎn)位通道基本用完，無(wú)后續(xù)新增點(diǎn)位的安裝空間；控制系統(tǒng)檢修未隨各聯(lián)合裝置的設(shè)備檢修同步進(jìn)行。

3）電氣SCADA系統(tǒng)后臺(tái)監(jiān)控和五防系統(tǒng)已連續(xù)運(yùn)行7年，存在死機(jī)、后臺(tái)遠(yuǎn)程訪問(wèn)無(wú)數(shù)據(jù)上傳、服務(wù)器通訊中斷、后臺(tái)監(jiān)控畫(huà)面缺失、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)z像頭黑屏、通道擁堵等問(wèn)題；部分變配電所未開(kāi)展停工檢修；全廠機(jī)柜間UPS無(wú)“脫機(jī)維修旁路”，當(dāng)輸入輸出板件發(fā)生故障時(shí)，無(wú)法保證儀表不間斷供電。

4）公用工程的除氧器設(shè)計(jì)能力有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)單臺(tái)系列檢修，進(jìn)水總管的“T”型過(guò)濾器發(fā)生堵塞，未設(shè)計(jì)備用旁路。儀表風(fēng)事故球罐僅能維持全廠20 min儀表風(fēng)供應(yīng)需求。PSA制氮效率達(dá)不到設(shè)計(jì)負(fù)荷，特殊工況需液氮補(bǔ)充，程控閥門(mén)動(dòng)作頻繁（約1次/50 s），潛在故障率較高。循環(huán)水系統(tǒng)在夏季部分高溫時(shí)段給水溫度超過(guò)設(shè)計(jì)要求，各系統(tǒng)相互獨(dú)立且無(wú)備用，抗風(fēng)險(xiǎn)能力降低。公用工程車(chē)間及圖幅約180套重點(diǎn)關(guān)鍵閥門(mén)至今未檢修。壓力容器和壓力管道一直未進(jìn)行停工檢修。燃料氣系統(tǒng)易發(fā)生燃料濾芯堵塞及燃燒器槍管結(jié)焦，導(dǎo)致火焰回火燒壞燃燒器。

為明確火炬、工業(yè)控制和電氣系統(tǒng)以及公用工程裝置長(zhǎng)周期生產(chǎn)運(yùn)行所帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)管控難度和風(fēng)險(xiǎn)值大小，對(duì)其進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化定量安全現(xiàn)狀評(píng)估，識(shí)別并定量評(píng)估潛在風(fēng)險(xiǎn)和隱患，并提出基于風(fēng)險(xiǎn)和可靠性的優(yōu)化檢維修策略。

1 關(guān)鍵技術(shù)

RBI（Risk-Based Inspection）是以設(shè)備單元的失效破壞可能性和失效導(dǎo)致的后果為分析對(duì)象，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)裝置中每個(gè)設(shè)備單元固有或潛在的失效模式而導(dǎo)致的危險(xiǎn)及其后果進(jìn)行定性或定量的分析和評(píng)估來(lái)量化風(fēng)險(xiǎn)的大小、確定設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、發(fā)現(xiàn)主要設(shè)備薄弱環(huán)節(jié)、對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的設(shè)備單元給予重點(diǎn)關(guān)注并施以針對(duì)性檢驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理過(guò)程。RBI評(píng)估流程[1]如圖1所示，本次采用GB/T 26610全定量評(píng)估方法，失效可能性類(lèi)型為概率，后果類(lèi)型為經(jīng)濟(jì)后果，失效可能性等級(jí)劃分[2]和風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則[1]按GB/T 26610方法，后果等級(jí)劃分見(jiàn)表1，不可接受風(fēng)險(xiǎn)范圍為中高風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)以及失效可能性大于3的評(píng)價(jià)單元，并給出評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與中石化安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣中重大風(fēng)險(xiǎn)、較大風(fēng)險(xiǎn)、一般風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖1 RBI評(píng)估流程

表1 RBI評(píng)估后果等級(jí)劃分

RCM（Reliability Centered Maintenance）是確定有形資產(chǎn)在其使用背景下維修需求的一種過(guò)程。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能和故障模式分析，明確系統(tǒng)內(nèi)各故障模式的發(fā)生可能性、后果及風(fēng)險(xiǎn)；用規(guī)范化的邏輯決斷方法，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)和故障原因，確定出各故障模式的預(yù)防性維修、預(yù)測(cè)性維修、故障查找、重新設(shè)計(jì)和事后維修等對(duì)策；通過(guò)故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、專(zhuān)家評(píng)估、定量化建模等手段在保證安全性和完好性的前提下，制定以維修停機(jī)損失最小為目標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)的維修策略。本次RCM評(píng)估的流程如圖2所示，采用定量評(píng)估方法，首先進(jìn)行設(shè)備級(jí)篩選風(fēng)險(xiǎn)分析，然后對(duì)篩選得出的中風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備進(jìn)行故障模式級(jí)FMEA（失效模式和后果影響分析）和風(fēng)險(xiǎn)分析，并將故障模式最高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)定為設(shè)備最終風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，最后對(duì)中風(fēng)險(xiǎn)及以上的故障模式進(jìn)行故障原因分析，并針對(duì)故障原因提出檢維修策略。失效可能性等級(jí)劃分、失效后果等級(jí)劃分和風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則執(zhí)行中石化安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣。

圖2 RCM評(píng)估流程

2 評(píng)價(jià)應(yīng)用情況

2.1 確定評(píng)估范圍

考慮到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的適用性，選取火炬系統(tǒng)和公用工程裝置所有86臺(tái)壓力容器和240條壓力管道作為評(píng)估對(duì)象?？紤]到可靠性評(píng)估方式是基于部件、故障模式和故障原因逐級(jí)分解的，評(píng)估工作量巨大，只選取50個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)部件和設(shè)備進(jìn)行評(píng)估，而缺少檢測(cè)數(shù)據(jù)的消防水埋地管網(wǎng)、預(yù)測(cè)性維修措施較完善的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備以及失效后果較低的常壓容器，未納入評(píng)估范圍。

2.2 識(shí)別潛在損傷模式和故障模式

采用GB/T 30579—2014《承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別》的72個(gè)損傷模式庫(kù)[3]，識(shí)別出壓力容器和壓力管道具有大氣腐蝕、高溫硫化物腐蝕（氫氣/無(wú)氫環(huán)境）、酸式酸性水腐蝕、堿式酸性水腐蝕、鍋爐冷凝水腐蝕、含氧工藝水腐蝕、堿腐蝕、氯化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、濕硫化氫破壞、堿應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、球化、振動(dòng)疲勞、沖刷和沖蝕等潛在損傷模式。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研[4-22]，識(shí)別出191種故障模式及其故障原因和解決措施，結(jié)合實(shí)際情況，確定評(píng)估采用其中50種故障模式，火炬系統(tǒng)故障模式見(jiàn)表2。

表2 火炬系統(tǒng)調(diào)研的故障模式

2.3 RBI評(píng)估

評(píng)估了2021年10朋30日、2022年10朋30日和2023年10朋30的風(fēng)險(xiǎn)分布結(jié)果（如圖3所示）。首個(gè)評(píng)估時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)中石化安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣52個(gè)較大風(fēng)險(xiǎn)、41個(gè)一般風(fēng)險(xiǎn)和251個(gè)低風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)重大風(fēng)險(xiǎn)。2021年10朋30日評(píng)估結(jié)果中不可接受風(fēng)險(xiǎn)（中高風(fēng)險(xiǎn)和高風(fēng)險(xiǎn)以及失效可能性大于3）的評(píng)價(jià)單元為88個(gè)，應(yīng)盡快安排降險(xiǎn)檢驗(yàn)。2022年10朋30日和2023年10朋30日分別增至91個(gè)和99個(gè)，裝置整體風(fēng)險(xiǎn)水平大幅升高，安全隱患進(jìn)一步加大，應(yīng)盡快降險(xiǎn)。

圖3 RBI評(píng)估結(jié)果

不可接受風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)單元主要為：公用工程裝置的含有硫化氫的酸性水管道、液硫管道、胺液管道以及排污水管道、303與412單元的凝結(jié)液管道和動(dòng)力站排污水管道（內(nèi)部減薄的失效概率高）；火炬分液罐、水封罐和酸性水管道（應(yīng)力腐蝕的失效概率高）；凈化風(fēng)事故球罐（內(nèi)部減薄和外部腐蝕的失效概率高）；圖幅單元的大口徑（φ475 mm）含硫天然氣和凈化天然氣管道（失效后果高）。

2.4 RCM評(píng)估

RCM評(píng)估結(jié)果如圖4所示，50個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)部件和設(shè)備的RCM評(píng)估結(jié)果中屬于中高風(fēng)險(xiǎn)和中風(fēng)險(xiǎn)（分別對(duì)應(yīng)中石化安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣的較大風(fēng)險(xiǎn)和一般風(fēng)險(xiǎn)）的均占26.0%，其余為低風(fēng)險(xiǎn)（對(duì)應(yīng)中石化安全風(fēng)險(xiǎn)矩陣的低風(fēng)險(xiǎn)），風(fēng)險(xiǎn)水平較高，主要集中在火炬系統(tǒng)的流體密封、工業(yè)控制系統(tǒng)的DCS控制器、電氣系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)的交換機(jī)和快切裝置以及公用工程裝置動(dòng)力站的除氧器等。

圖4 RCM評(píng)估結(jié)果匯總

在70個(gè)故障模式級(jí)評(píng)估中，中高風(fēng)險(xiǎn)有14個(gè)（占19.4%），中風(fēng)險(xiǎn)有16個(gè)（占22.2%），風(fēng)險(xiǎn)水平較高，主要集中在火炬系統(tǒng)（如流體密封折流板掉落等）、工業(yè)控制系統(tǒng)（如DCS控制器不穩(wěn)定輸出等）、電氣系統(tǒng)（如SCADA系統(tǒng)交換器控制系統(tǒng)通訊堵塞和快切裝置電源模塊故障致功能失效等）以及公用工程裝置動(dòng)力站（如除氧器負(fù)荷不足將影響工藝運(yùn)行并加劇鍋爐水-蒸汽系統(tǒng)腐蝕等）?；鹁嫦到y(tǒng)、DSC系統(tǒng)和公用工程裝置的關(guān)鍵系統(tǒng)部件和設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及對(duì)應(yīng)各故障模式的失效可能性等級(jí)以及后果等級(jí)，見(jiàn)表3～表5。

表3 火炬系統(tǒng)RCM評(píng)估結(jié)果

表4 DCS系統(tǒng)RCM評(píng)估結(jié)果

表5 公用工程設(shè)備RCM評(píng)估結(jié)果

對(duì)中風(fēng)險(xiǎn)及以上故障模式進(jìn)行故障原因分析，得到154個(gè)故障原因。針對(duì)各故障原因，提出檢維修建議措施，包括預(yù)測(cè)性維修類(lèi)（13個(gè)）、預(yù)防性維修類(lèi)（46個(gè)）、故障查找類(lèi)（17個(gè)）、重新設(shè)計(jì)類(lèi)（27個(gè)）和事后維修類(lèi)（49個(gè)），其中涉及檢驗(yàn)、檢測(cè)、點(diǎn)檢、測(cè)試和更換/升級(jí)等措施需停車(chē)實(shí)施。流體密封器故障原因和檢維修策略分析結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 流體密封器故障原因和檢維修策略分析結(jié)果

2.5 評(píng)價(jià)結(jié)論及管理建議

通過(guò)綜合評(píng)價(jià)分析，得出未檢修系統(tǒng)和裝置存在不可接受風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備和事故隱患，整體風(fēng)險(xiǎn)水平較高，影響運(yùn)行可靠性，盡快實(shí)施停車(chē)檢修和軟硬件升級(jí)，并積累數(shù)據(jù)以進(jìn)一步排查故障模式，保障裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。涉及高風(fēng)險(xiǎn)和中高風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)部件/設(shè)備的管理建議如下：

1）立即整改措施：火炬系統(tǒng)的流體密封器和火炬頭長(zhǎng)明燈系統(tǒng)屬于中高風(fēng)險(xiǎn)，其“增加高壓火炬放空管網(wǎng)的燃料氣補(bǔ)氣量”等立即整改措施應(yīng)馬上整改。DCS系統(tǒng)的控制器、系統(tǒng)軟件和網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備屬于中高風(fēng)險(xiǎn)，其“升級(jí)后更換控制器，滿(mǎn)足擴(kuò)容的需求”等應(yīng)盡快停車(chē)實(shí)施。SIS系統(tǒng)的SM控制器和CISCO交換機(jī)屬于中高風(fēng)險(xiǎn)，其“升級(jí)后更換控制器，滿(mǎn)足擴(kuò)容的需求”等應(yīng)盡快停車(chē)實(shí)施。電氣系統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)交換機(jī)和快切裝置屬于中高風(fēng)險(xiǎn)，其“對(duì)交換機(jī)進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化”等應(yīng)盡快停車(chē)實(shí)施。公用工程裝置的除氧器屬于中高風(fēng)險(xiǎn)，其“增加1臺(tái)除氧器”等應(yīng)盡快停車(chē)實(shí)施。

2）周期性預(yù)防措施：火炬系統(tǒng)的流體密封器和火炬頭長(zhǎng)明燈系統(tǒng)屬于中高風(fēng)險(xiǎn)，其“停車(chē)維修”等應(yīng)實(shí)施周期性停車(chē)檢修。DCS系統(tǒng)的控制器、I/O卡件和靜電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)屬于中高風(fēng)險(xiǎn)，其“每3～4年（檢修周期）點(diǎn)檢1次”等實(shí)施周期性停車(chē)檢修。SIS系統(tǒng)的SM控制器、SMI/O卡件和CISCO交換機(jī)屬于中高風(fēng)險(xiǎn)，其“每3～4年（檢修周期）點(diǎn)檢1次”等實(shí)施周期性停車(chē)檢修。電氣系統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)交換機(jī)和快切裝置屬于中高風(fēng)險(xiǎn)，其“每3～4年（檢修周期）點(diǎn)檢1次”等實(shí)施周期性停車(chē)檢修。公用工程裝置的除氧器屬于中高風(fēng)險(xiǎn)，其“定期停車(chē)內(nèi)部檢修”等實(shí)施周期性停車(chē)檢修。本次所評(píng)價(jià)的系統(tǒng)和設(shè)備中，除了巡檢和法檢設(shè)備在線(xiàn)降險(xiǎn)檢驗(yàn)外，涉及停車(chē)檢修和周期性點(diǎn)檢等均需要全廠停車(chē)檢修。建議對(duì)火炬系統(tǒng)和公用工程裝置中不可接受風(fēng)險(xiǎn)的法檢設(shè)備進(jìn)行在線(xiàn)降險(xiǎn)檢驗(yàn)，并在到達(dá)上一檢驗(yàn)周期后采用有效的檢驗(yàn)方法實(shí)施停工檢驗(yàn)。

3）長(zhǎng)期管控建議：火炬系統(tǒng)的流體密封器和火炬頭長(zhǎng)明燈系統(tǒng)屬于中高風(fēng)險(xiǎn)，其“日常加強(qiáng)中控室人員技能操作培訓(xùn)”等措施應(yīng)長(zhǎng)期管控實(shí)施。

4）事后維修：對(duì)于較低風(fēng)險(xiǎn)的故障模式，可以?xún)?yōu)化檢維修資源，以事后維修的方式開(kāi)展工作。

3 總結(jié)和展望

本次安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，在故障模式文獻(xiàn)調(diào)研基礎(chǔ)上，對(duì)法檢設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)關(guān)鍵系統(tǒng)部件和設(shè)備進(jìn)行定量可靠性評(píng)估，確定了系統(tǒng)部件和設(shè)備以及對(duì)應(yīng)故障模式的風(fēng)險(xiǎn)水平，故障原因和檢維修策略，并提出停車(chē)檢修前的管理建議，取得預(yù)定的評(píng)估效果，主要經(jīng)驗(yàn)如下：

1）對(duì)關(guān)鍵系統(tǒng)和設(shè)備的故障模式進(jìn)行大量調(diào)研，提高故障模式識(shí)別的準(zhǔn)確性；

2）依托成熟軟件，采用定量分析方法，提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和可靠性分析的質(zhì)量和效率；

3）搭建關(guān)鍵系統(tǒng)和設(shè)備的失效概率庫(kù)、故障模式庫(kù)、故障原因庫(kù)和檢維修策略庫(kù)，有利于企業(yè)的故障識(shí)別、故障分析和故障處置能力提升；

4）將基于風(fēng)險(xiǎn)和可靠性的管理理念深入人心，為深入開(kāi)展完整性管理和實(shí)施動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及可靠性分析打下基礎(chǔ)；

5）本安全現(xiàn)狀評(píng)估方法可推廣至其他煉化企業(yè)的安全隱患排查治理等工作。