鄧 斌，任 剛，王建軍

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司長(zhǎng)嶺分公司，湖南 岳陽(yáng) 414012；2. 中國(guó)石油化工集團(tuán)有限公司，北京 100728)

近年來(lái)，我國(guó)煉油裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行水平不斷提高，實(shí)現(xiàn)“四年一修”的煉油裝置占到了65%左右，部分企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始向“五年一修”邁進(jìn)。隨著煉化企業(yè)設(shè)備完整性管理體系的建設(shè)，設(shè)備管理更加體系化、系統(tǒng)化和信息化，設(shè)備管理已從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)管理向科學(xué)管理轉(zhuǎn)變，預(yù)防性維修策略的全面實(shí)施，以可靠性為基礎(chǔ)的維修方法，極大減少了設(shè)備突發(fā)事故的發(fā)生，導(dǎo)致裝置非計(jì)劃停工或局部停工的設(shè)備事故大幅度減少【1】。2019～2021年某大型石化集團(tuán)公司11大類500余套煉油主體裝置，3年內(nèi)共發(fā)生影響生產(chǎn)的設(shè)備故障166起，與前一個(gè)3年相比降低比例超過(guò)43%，裝置可靠度指數(shù)達(dá)到了97.22%。本文針對(duì)這166起設(shè)備故障進(jìn)行分析，找出規(guī)律，提出了進(jìn)一步提升設(shè)備運(yùn)行可靠度和減少裝置故障率的建議【2-4】。

1 故障時(shí)間分布

1.1 年度分布

從近3年發(fā)生設(shè)備故障的次數(shù)看，每年故障次數(shù)總體保持平穩(wěn)，但是引起裝置非計(jì)劃停工的次數(shù)，2019年明顯高于后兩年，這主要與近兩年煉油企業(yè)全面推行設(shè)備完整性管理體系、完善設(shè)備預(yù)防性維修和定時(shí)性工作，以及推廣渦流掃查和定力矩緊固等新技術(shù)后，設(shè)備可靠性得到提升有關(guān)。此外，還與裝置運(yùn)行周期有關(guān)。2019年停工大修的裝置有186套，2020和2021年分別為244和223套，這是因?yàn)?019年處于裝置運(yùn)行周期末期的裝置較多，裝置抗運(yùn)行波動(dòng)能力下降，而同等強(qiáng)度的設(shè)備故障在運(yùn)行末期更容易引起裝置非計(jì)劃停工。

三年故障的分布見(jiàn)表1。

表1 故障的年度分布

1.2 季度分布

故障數(shù)量和動(dòng)、靜、電氣、儀控設(shè)備故障類別的季度分布如圖1所示。從圖1可以看出：一、四季度故障次數(shù)67起，明顯少于二、三季度的99起。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，二、三季度故障數(shù)量較多與電氣、儀表及動(dòng)設(shè)備專業(yè)故障高發(fā)有關(guān)。夏秋季節(jié)洪汛、雷電導(dǎo)致儀表和電氣故障增多，如雷擊、大風(fēng)引起的架空高壓電線路故障引起的短路、跳閘，大雨導(dǎo)致的儀表電磁閥防水問(wèn)題、接線盒進(jìn)水、伺服閥故障等；夏季高溫導(dǎo)致動(dòng)設(shè)備專業(yè)出現(xiàn)機(jī)組油泵上量和泄漏故障等。這些都是導(dǎo)致二、三季度故障增多的原因。

圖1 故障數(shù)量和專業(yè)的季度分布

2 故障設(shè)備類型分布

發(fā)生故障的設(shè)備類型按占比大小排序?yàn)殪o設(shè)備、動(dòng)設(shè)備、電氣、儀表，其中靜設(shè)備占比46.4%，動(dòng)設(shè)備占比31.3%，電氣占比12.7%，儀表占比9.6%。從3年各專業(yè)占比變化情況看，靜設(shè)備故障2021年大幅度增加，動(dòng)設(shè)備2020年最高，2019年電氣專業(yè)故障最高，儀控設(shè)備3年基本持平。故障專業(yè)及設(shè)備種類分析如圖2所示。

圖2 故障專業(yè)及設(shè)備種類分析

2.1 靜設(shè)備故障

從靜設(shè)備故障分析看， 主要是腐蝕穿孔或焊縫開(kāi)裂、砂眼等。靜設(shè)備故障中，腐蝕原因占比近1/3, 其次是檢維修、 安裝質(zhì)量、 制造質(zhì)量?？上驳氖?， 近年來(lái)隨著法蘭螺栓定力矩緊固技術(shù)的大面積應(yīng)用， 靜密封泄漏故障已大幅度減少， 與前一個(gè)3年相比， 法蘭靜密封泄漏故障下降超過(guò)95%， 帶壓堵漏作業(yè)在企業(yè)已經(jīng)較少進(jìn)行。

從年度分布看，2021年靜設(shè)備故障明顯高于其他年份，故障主要集中于工藝管線，3年中工藝管線故障共32起，其中2019年8起、2020年9起、2021年15起 ，對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)， 2021年15起故障中有9起是垢下腐蝕和低點(diǎn)積液腐蝕引起的，與2019年工藝管線故障多為沖刷腐蝕明顯不同。分析認(rèn)為，2021年工藝管線故障多的原因主要是受疫情影響，由于2020年有118套裝置有較長(zhǎng)時(shí)間的停工待料，同時(shí)運(yùn)行裝置也處于超低負(fù)荷狀態(tài)，管線內(nèi)介質(zhì)流速下降，沉積加劇，部分狹窄溝槽部分出現(xiàn)腐蝕元素濃縮聚集的現(xiàn)象，導(dǎo)致一年后管線故障增加。2021年共24家企業(yè)使用渦流技術(shù)掃查管件47795個(gè)，發(fā)現(xiàn)減薄20%～30%部件1975個(gè)、減薄30%～40%部件1066個(gè)、減薄40%以上部件1290個(gè)，發(fā)現(xiàn)大量腐蝕隱患。

2.2 動(dòng)設(shè)備故障

分析動(dòng)設(shè)備故障原因，“不當(dāng)操作”占比最高，其次是檢維修、設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量和結(jié)垢。綜合3年的情況來(lái)看，動(dòng)設(shè)備故障在2020年異常突出，并且高于了靜設(shè)備故障。分析發(fā)現(xiàn)，2020年動(dòng)設(shè)備故障中，大機(jī)組故障增多，尤其是軸流壓縮機(jī)和煙機(jī)尤為明顯，2020年軸流壓縮機(jī)7起故障中有3起為葉片斷裂事故，大大高于其他年份；煙機(jī)8起故障中3起為煙機(jī)葉片斷裂事故。

進(jìn)一步分析，2020年受疫情影響，市場(chǎng)需求低迷，各煉油企業(yè)大幅降低加工量，大部分裝置維持最低負(fù)荷運(yùn)行，催化裂化裝置主風(fēng)機(jī)負(fù)荷相當(dāng)一部分處于最低負(fù)荷“卡邊”狀態(tài)，靜葉角度關(guān)至最小，部分機(jī)組甚至出現(xiàn)了喘振現(xiàn)象。低轉(zhuǎn)速條件下，軸流風(fēng)機(jī)葉片自振頻率與激振頻率避開(kāi)裕度不足，葉片出現(xiàn)了共振，是導(dǎo)致葉片斷裂的主要原因。從后期大檢修檢查也發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有發(fā)生斷裂的多臺(tái)機(jī)組，動(dòng)葉片也大面積出現(xiàn)了微裂紋的典型問(wèn)題。此外，2020年還發(fā)生了因壓縮機(jī)平衡管與本體焊縫泄漏導(dǎo)致停工的故障，后組織企業(yè)進(jìn)行排查，共排查379條壓縮機(jī)平衡管，檢測(cè)焊口2461道，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題焊口184道。2021年未發(fā)生同類故障。

靜、動(dòng)設(shè)備故障原因分析如圖3所示。

圖3 靜、動(dòng)設(shè)備故障原因分析

3 故障原因分析

3.1 原因分布

故障數(shù)據(jù)分析按照設(shè)備全過(guò)程管理環(huán)節(jié)，即設(shè)計(jì)缺陷、制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量、不當(dāng)操作、檢維修質(zhì)量，以及出現(xiàn)問(wèn)題較多的腐蝕和電網(wǎng)波動(dòng)等7類原因進(jìn)行了歸類統(tǒng)計(jì)。按故障次數(shù)由多到少排序依次是檢維修質(zhì)量30次、不當(dāng)操作30次、腐蝕27次、制造質(zhì)量26次，此外還有設(shè)計(jì)缺陷13次、安裝質(zhì)量13次以及電網(wǎng)問(wèn)題9次?？梢钥闯觯瑱z維修質(zhì)量和不當(dāng)操作是引發(fā)設(shè)備故障的兩大主要原因。近3年主要故障原因分析如圖4所示。

圖4 近3年主要故障原因分析

3.2 檢維修質(zhì)量

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，勞動(dòng)力市場(chǎng)價(jià)格不斷提高，石化檢維修隊(duì)伍由于其獨(dú)特的勞動(dòng)環(huán)境和工資待遇問(wèn)題，優(yōu)秀的檢維修工人不斷流失，同時(shí)高素質(zhì)工人很難招入，檢維修工人民工化趨勢(shì)加劇，尤其是大檢修期間，這一問(wèn)題更加突出。因此檢維修質(zhì)量不斷出現(xiàn)的問(wèn)題，難以滿足煉化企業(yè)發(fā)展的需求，部分企業(yè)因檢維修質(zhì)量導(dǎo)致的故障已成為引發(fā)設(shè)備事故的主因。

3.3 不當(dāng)操作

煉化企業(yè)實(shí)施現(xiàn)代化企業(yè)改制后，尤其是生產(chǎn)裝置DCS的普及應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的司泵工、司爐工、大機(jī)組操作工統(tǒng)統(tǒng)被外操取代。隨著裝置自動(dòng)化運(yùn)行水平的不斷提高，操作人員負(fù)責(zé)的區(qū)域和設(shè)備種類大大增加，而“四懂三會(huì)”水平下降，因此操作人員在異常工況條件的應(yīng)急能力嚴(yán)重不足，從部分事故的原因分析來(lái)看，由于應(yīng)急不當(dāng)，小波動(dòng)變成大事故現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。2020年因大多數(shù)企業(yè)處于超低負(fù)荷運(yùn)行，操作難度增加，導(dǎo)致的操作問(wèn)題比較突出。

4 裝置故障分布

主要裝置3年內(nèi)發(fā)生設(shè)備故障數(shù)量的分布情況如圖5所示。

圖5 故障裝置分布

按裝置故障總數(shù)由高到低的順序排序，依次為催化裂化63起、加氫裂化26起、公用系統(tǒng)25起、加氫精制15起、制氫10起、重整8起、焦化6起，其余裝置13起。

4.1 催化裂化裝置

催化裝置由于其較高的復(fù)雜度和操作難度，故障率在煉油裝置中最高，故障主要集中在煙機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)和氣壓機(jī)等大型機(jī)組【5-6】，高溫膨脹節(jié)、旋風(fēng)分離器等反再內(nèi)構(gòu)件以及余熱爐、油漿管線等故障高發(fā)部位。

4.2 加氫裂化裝置

加氫裂化由于其高溫、高壓和臨氫等運(yùn)行因素影響，也是煉油裝置中設(shè)備故障率較高的裝置。從故障部位的分布情況看，高壓空冷器銨鹽結(jié)晶堵塞及腐蝕泄漏、新氫往復(fù)式壓縮機(jī)故障、300系列高壓不銹鋼管線焊縫開(kāi)裂、干氣密封損壞、加氫反應(yīng)器不銹鋼襯層裂紋鼓包等是其主要故障形式。

5 設(shè)備故障后果

按設(shè)備故障發(fā)生后對(duì)生產(chǎn)造成的影響程度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)， 引起全裝置24 h以上非計(jì)劃停工的設(shè)備故障共61起、 引起全裝置24 h 以內(nèi)非計(jì)劃停工的共60起、 引起裝置局部停工及波動(dòng)的共45起。

5.1 引起24 h以上非計(jì)劃停工的設(shè)備故障

引起全裝置24 h以上非計(jì)劃停工的61起設(shè)備故障中，加氫裂化18起、催化裂化16起、加氫精制9起，是最多的3類裝置；按設(shè)備專業(yè)統(tǒng)計(jì)，數(shù)量為靜設(shè)備41起、動(dòng)設(shè)備14起、儀表電氣共6起；按設(shè)備類型統(tǒng)計(jì)，則為工藝管線及空冷器各12起、反應(yīng)器及壓縮機(jī)各9起、加熱爐7起。

5.2 引起24 h以內(nèi)非計(jì)劃停工的設(shè)備故障

引起全裝置24 h以內(nèi)非計(jì)劃停工的60起設(shè)備故障中，催化裂化33起、公用系統(tǒng)13起，為最多的兩類裝置；按設(shè)備專業(yè)統(tǒng)計(jì)，其中動(dòng)設(shè)備21起、靜設(shè)備15起、電氣13起、儀表11起；按設(shè)備類型統(tǒng)計(jì)，則為工藝管線12起、風(fēng)機(jī)8起、控制閥7起 。

從設(shè)備故障對(duì)生產(chǎn)造成的影響程度進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：加氫類裝置設(shè)備壓力等級(jí)及復(fù)雜性高，并且故障發(fā)生后恢復(fù)難度大，其設(shè)備故障引起24 h以上非計(jì)劃停工的比例高于其他裝置；催化裝置因其故障總數(shù)遠(yuǎn)高于其他裝置，24 h以上停工次數(shù)也較多。在設(shè)備專業(yè)及類型中，易引起高級(jí)別停工的以靜設(shè)備中的工藝管線、空冷器及反應(yīng)器等設(shè)備較為突出，主要原因有二：一是靜設(shè)備在流程中切出不如動(dòng)設(shè)備方便，且一般沒(méi)有備用設(shè)備；二是靜設(shè)備故障多為突發(fā)，在線監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)手段目前不如動(dòng)設(shè)備準(zhǔn)確完善【7】。

6 建議及措施

通過(guò)從故障時(shí)間、發(fā)生故障的設(shè)備類型、故障原因、發(fā)生故障的裝置、后果嚴(yán)重程度等方面進(jìn)行歸納分析，針對(duì)煉油企業(yè)設(shè)備故障的規(guī)律特點(diǎn)，提出以下建議及措施。

1) 二、三季度設(shè)備故障比例高，防汛、防臺(tái)、防高溫和防雷電等工作要高度重視，尤其應(yīng)關(guān)注在此期間電氣、儀表及動(dòng)設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。

2) 加強(qiáng)操作人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)工作，尤其是異常工況條件下的應(yīng)急處置能力。

3) 高度關(guān)注檢維修人員民工化問(wèn)題，制定有效措施提高檢維修人員的技術(shù)能力，留住工匠級(jí)技能人才。

4) 關(guān)注裝置低負(fù)荷運(yùn)行條件下的設(shè)備腐蝕和大機(jī)組葉片共振問(wèn)題，以及確認(rèn)停工待料裝置的防腐蝕措施是否到位。

5) 在催化裂化、 加氫裂化裝置的基建、 改造和大檢修過(guò)程中， 高度關(guān)注設(shè)計(jì)、 制造和檢維修質(zhì)量問(wèn)題， 尤其是厚壁不銹鋼焊縫和小接管焊接質(zhì)量。

6) 加強(qiáng)靜設(shè)備尤其是高壓裝置中的管線、空冷器等故障高發(fā)部位檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)推廣，著力提升腐蝕在線檢測(cè)等技術(shù)的準(zhǔn)確性、針對(duì)性。