基于狀態監測的動設備完整性管理

李少華，劉策，李進，何杉，陶建，張少鋒

（1.中海油能源發展股份有限公司油田建設工程分公司，天津 300452；2.中海石油有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524001）

目前，國外油田和大型企業基本上依靠狀態監測與故障診斷來實現對設備的動態管理，其中美國對狀態監測與故障診斷技術的投入占其生產成本的7.2%，日本為5.6%，德國更是高達9.4%。而我國在工業部門中開展狀態監測技術研究的工作起步于1986年，至今國內設備管理仍然采用以定期計劃維修為主的維修體制。

一、動設備完整性管理模式

在狀態監測技術成熟應用的基礎上，逐步建立起基于狀態監測的動設備管理系統。動設備管理系統模塊及作用為：設備檔案模塊主要記錄設備資料及狀態監測提供的設備狀態、常見故障等基本信息；設備狀態模塊用來監測設備的狀態和診斷設備的故障；檢修、維保模塊主要是根據狀態監測及RCM分析提供的診斷信息和維修建議對設備進行的檢修維修；設備績效模塊主要計算設備的成本、產出和狀態監測節省的維修費用等。動設備完整性管理模式構架如圖1所示。

圖1 動設備完整性管理模式構架圖

目前，完整性管理系統是以狀態監測技術提供可靠診斷結果為主要依據的系統模式，因此保證狀態監測分析結果的準確性和可靠性已成為動設備完整性管理的關鍵。

二、狀態監測技術

由于設備管理所需學科多樣，不僅包括機械學科，還包括電氣、儀表控制等學科的內容。目前已經實現了設備主體機械部分的狀態監測服務。

1.定期巡檢

(1)參數測量法

振動信號分析是對機械設備進行狀態監測和故障診斷的最常用、最有效的方法。

①離線振動監測。在技術方面，公司通過引進SKF公司的數采器實現了對動設備的定期巡檢。能夠測取設備的振動信號并傳送至MA電腦作數據處理，獲得各種譜圖并提取故障頻率特征等，實現對設備的監測與診斷。離線監測的對象主要包括壓縮機、離心泵等動設備。經過10多年的積累與發展，離線監測技術業務不斷擴大。目前，離線監測技術服務范圍包括57個海洋石油平臺、7個終端處理廠、4艘FPSO(采油輪)，合計1 297臺關鍵設備。

②溫度監測。當設備異常時除了會表現出高振動外，往往還會表現出發熱的現象，由于得不到及時處理而釀成事故。為此，公司引進了遠紅外熱像儀，通過檢測設備的溫度來判斷設備的運行狀態，如電動機接線松動問題。

(2)潤滑油磨損顆粒分析

工程中機械零部件在運行時會發生零部件失效。其中磨損失效占總失效的60%～80%。為此專門建立了潤滑油磨損顆粒分析實驗室。潤滑油磨損顆粒分析實驗室具有含水量測量、鐵譜分析、黏度分析、酸度分析、顆粒分析等測試能力。

潤滑油磨損顆粒分析作用如下：

①通過對油液的理化品質分析，確定合理經濟的換油期。

②通過確定油液中顆粒污染的材質、形貌、尺寸等，進而分析磨損故障類型，為故障診斷、確定維修策略打下基礎。

(3)特殊設備監測技術——往復機監測技術和電機靜態監測

公司引進了往復機監測系統，通過監測動態壓力繪制示功圖，并可通過排氣閥的溫度變化、活塞桿沉降量和偏擺量等信息判斷設備故障與狀態。這種往復機監測技術可靠性高，相對于頻譜分析有了實質性的突破。

除了設備的機械故障外，電動機也是重點管理對象。據統計，電動機故障的47%為電氣故障。公司采用電機靜態監測技術，通過測量電動機三相繞組的電阻、阻抗、感抗、相角和絕緣等電氣參數，診斷電動機繞組短路、轉子斷條、接頭松動、氣隙不均等電氣故障。

由于以上技術無法對關鍵動設備的突發故障做出及時報警和處理。公司通過10年專業經驗的積累，以中海油總公司裝備資產“完整性管理”戰略需求為中心，構建了中海石油動設備遠程故障診斷中心。

2.在線監測

在線監測系統主要是在動設備軸承位置安裝加速度傳感器。除此之外，為了滿足特定情況的需要，視情引入現場工藝參數如溫度、壓力、流量等作為監測對象。

開發出的在線監測系統包括在線監測平臺軟件和Web版狀態監測診斷平臺。該系統具有GIS定位、離線數據通信與處理、關鍵設備專用譜圖、報警統計、在線報告和離線報告導出等功能。

目前，在線監測服務已經對天津分公司、湛江分公司等7大作業區的87臺設備進行遠程監測。據不完全統計，2012年在線監測服務低值報警108次，及時排除高值報警6次。按設備維修周期8 000h、大修費用20萬元、設備運行時效70%計算，節省預防維修費用3 897萬元；按設備事故維修費用80萬計算，故障損失費用6 960萬元，總的間接效益達10 857萬元，系統應用投入與產出比高達1:5.4。

3.制定行業振動標準——《海洋石油化工動設備振動監測通用標準》

由于狀態監測多采用振動監測的方式，而石化領域沿用的振動值報警標準又都是基于設備出廠時給出的理論設定值，無法滿足海洋石油特殊環境的要求。公司根據長期對石油化工動設備運行狀況的總結及3 700多次典型故障案例的統計分析并參照國際標準組織及國家相關標準原理，制定出了更加實用的振動標準——《海洋石油化工動設備振動監測通用標準》。為海油石油開展動設備振動監測提供了合理的鑒定標準。

三、動態RCM管理系統

傳統的檢驗維修和維護規程存在著檢維過度、不足或管理不當等問題。因此把在線監測系統引入到RCM系統，根據設備的最新狀態、結合設備的最新現場情況動態修改相應的維修策略，形成一個閉環的動態智能維修管理模式。

RCM分析管理系統針對某浮式油輪(FPSO)上的空壓機和外輸泵設備進行了RCM分析。RCM分析管理系統提供標準化維保任務達49項，有效地為兩類關鍵設備提供標準化維修策略。

四、專家診斷系統

公司結合狀態監測的經驗和特點開發出了動設備案例庫系統和診斷系統——專家診斷系統。專家診斷系統是根據自主積累的10年3 700多次海上設備典型故障案例，開發出的一套基于規則診斷和案例知識庫診斷的自動分析診斷軟件系統。該專家診斷系統專門針對海上平臺關鍵動設備的狀態監測離線、在線系統，能夠進行智能診斷，分析其故障原因和發生機理，并能提供對應的維保處理措施。

五、完整性管理體系

公司在狀態監測的基礎上提出了基于現有診斷平臺和監測技術的診斷系統，并綜合設備管理方式實現了設備的完整性管理。

動設備完整性管理應該是以狀態監測為核心、以專業管理為主線的一套嚴謹、科學、規范化的設備管理模式。不僅涉及設備管理部門，而且涉及生產的每個部門，要求涉及的部門、人員責任和分工明確。動設備完整性管理是一種完整性管理體系，其管理內容各要素、各層級之間存在信息交換和工作流程驅動。動設備完整性管理體系能夠把常規的檢查、維護工作降低到最低限度而不會影響設備性能、產品質量、安全和環境的整體性。它通過提供統一的數據結構和人機界面把設備過程數據、狀態數據、檢查、維護歷史數據、設備績效管理數據、動態風險等級數據等集成在一起進行綜合分析，為各級人員通過網絡平臺及時掌握設備運行情況提供決策支持。

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