往復式壓縮機的完整性管理

田 祺 楊劍鋒 劉文彬

（北京化工大學化工安全教育部工程研究中心，北京 100029）

往復式壓縮機的完整性管理

田 祺 楊劍鋒 劉文彬

（北京化工大學化工安全教育部工程研究中心，北京 100029）

往復壓縮機是石油石化行業中重要的動力設備，其安全性與穩定性很重要。但實際中其故障率高居不下。為此提出往復式壓縮機完整性管理，有助于實現往復壓縮機在其生命全周期功能完整與狀態可控。

往復式壓縮機；完整性管理；故障模式分析；以可靠性為中心的維修

一、往復式壓縮機完整性管理技術簡介

煉化資產完整性管理(AIM)是指通過先進的管理理念與技術使煉化設備始終處于安全可靠、受控的工作狀態。完整性管理是對所有影響設備完整性的因素進行綜合的、一體化的管理，即在設備的科研、設計、施工、運行的各個階段，不斷識別和評估面臨的各種風險因素，采取相應的措施削減風險，將設備風險水平控制在合理的可接受范圍之內。與傳統的設備管理方法相比，完整性管理更加強調整體性、動態和持續改進，其理念是“缺陷是無處不在的，只有不斷識別，跟蹤缺陷的發展，并不斷消除缺陷才能保證本質安全”。

具體來講，往復壓縮機完整性管理是指通過對技術持續改進與往復壓縮機管理不斷完善的方式，使往復壓縮機始終處于安全、可靠、受控的狀態。其含義包括以下幾個方面：往復壓縮機在運行全周期始終處于功能完整、狀態受控；管理者仍將不斷采取行動，改進技術與管理模式以實現往復壓縮機生命全周期動態完整性監控與管理；往復壓縮機完整性管理貫穿于設備設計、制造、安裝、使用、維護直至報廢全過程。建立往復壓縮機完整性管理體系需要的工作內容包括：制定完整性管理目標、工作計劃、工作流程與工作程序文件；掌握可能導致往復壓縮機非正常停車的故障模式及其機理，并制定與之對應的應急處理措施；識別往復壓縮機關鍵或易損部件，并編制設備KPI績效指標定期考核；運用先進的檢測與監測手段對往復壓縮機關鍵部件進行檢驗與評價，并將信息及時反饋給技術人員，制定檢維修策略；結合檢維修情況，及時調整完整性管理目標以實現閉環動態管理。

完整性管理貫穿于往復壓縮機運行全周期，是一項集制定目標、識別風險、狀態監測、制定維修策略于一體的綜合管理方法，因此對管理人員的素質也有一定的要求。此外，往復壓縮機的完整性管理所實施的每一環節還應參考相關技術標準的規定和建議。

二、往復式壓縮機完整性管理的實施內容

1.往復壓縮機完整性管理的文件構成

往復壓縮機完整性管理體系的建立與實施，需要制定能夠描述管理體系策略和程序的文件，這些文件應能反映體現完整性管理的具體要求并指導現場實踐。文件構成主要包括：完整性管理總則及管理、組織信息；往復壓縮機組主要單元配置信息；完整性管理風險評價技術指南；完整性管理檢測、監測技術文件；往復壓縮機故障模式分析與檢維修策略；檢維修時間、頻次和范圍的記錄等。

2.故障模式與故障分析

往復式壓縮機的故障模式大致可分為熱力性能故障和機械動力性能故障。熱力性能故障具體表現為排氣量不足、排氣溫度異常升高，產生的主要原因包括過濾器堵塞、氣閥漏氣、余隙容積過大、中間冷卻器故障等；動力性能故障具體表現為機組超常的振動和響聲、汽缸溫度過高等，產生的主要原因包括活塞擊缸、活塞桿下沉、活塞環磨損嚴重、曲軸斷裂、氣閥故障等。從故障統計來看，往復壓縮機非正常停機主要與氣閥、汽缸、活塞桿、十字頭、連桿、曲軸、填料密封這些機組關鍵部件產生故障有關。因此，加強往復式壓縮機關鍵部件的監測與日常維護對往復壓縮機完整性管理具有重要意義。

表1 往復壓縮機常見故障分析及維修策略

3.狀態監測與故障識別

往復壓縮機的在、離線監測、關鍵零部件的故障識別是往復壓縮機完整性管理的重要組成部分。當前往復壓縮機常采用的監測手段包括示功圖分析法、振動信號監測、油樣發射光譜分析技術、紅外線檢測技術、沖擊振動分析法等。各監測技術有其各自的優勢，如示功圖非常適用于熱力性能故障的監測；油樣發射光譜技術是監測機組潤滑油系統的重要手段；紅外線檢測技術能夠發現機組早起故障并預測故障發展趨勢。從實際應用效果上看，由于往復壓縮機的故障非常復雜，單一的監測方法無法滿足機組狀態的實時監測。因此綜合利用不同的監測手段對往復壓縮機進行監控，綜合各特征提取技術對狀態信號的識別，也許可以滿足往復壓縮機狀態監測完整性的要求。

近年來，隨著振動與噪聲理論、測試技術、信號分析與數據處理技術、計算機及其他相關科學技術的發展，為壓縮機的狀態監測與故障診斷技術提供了良好的基礎。目前，以賀爾碧格、本特利、Prognost、Dynalco為代表的國外企業已經開發出能應用于工業生產過程的往復壓縮機狀態監測系統，可對往復壓縮機的關鍵部件進行在、離線監控。而以北京化工大學、合肥通用機械研究院、西安交通大學為代表的國內研究機構也已開發出了一些在線監測與分析系統，并已經應用于部分石油化工企業。這些先進的智能化狀態監測與故障識別手段為往復壓縮機的完整性管理提供了技術基礎。

4.保養與檢維修策略

以可靠性為中心的維修(RCM)作為完整性管理的重要技術支撐，對往復壓縮機的日常保養與維修策略具有重要指導作用。目前石油石化用往復壓縮機的日常維護與保養通常采用“三級保養”策略，這種維護與檢修策略往往會造成機組維修過剩。而通過RCM分析所得到的維修策略具有很強的針對性，其理念是通過風險評價技術為機組的失效模式進行風險度排序，根據風險排序制定具有針對性的檢維修策略，并將檢維修資源從低風險的部件向高風險的部件轉移。因此，根據RCM分析結果制定的完整性管理檢維修策略可以避免“多檢測、多維修、多保養、多多益善”和“故障后再維修”的傳統維修思想的影響，使維修工作更具 科學性，有效減少甚至消除了過剩維修。

三、結語

往復壓縮機完整性管理的目標就是運用先進的技術與管理方法，保證設備可靠、可控并努力實現本質安全化，同時制定科學的檢維修策略，延長機組使用周期、降低人工和設備維修費用，使往復壓縮機生命周期成本達到最優。在往復壓縮機完整性管理的實施過程中，運用先進的檢測、監測及故障診斷系統和RCM等風險評價方法能使完整性管理達到更好的效果。但是與管道、儲罐等靜設備相比，煉化動設備的完整性管理還沒有與之對應的成套行業管理標準。因此，石油石化動設備完整性的管理標準及相關法律法規還需要進一步制定與完善，為動設備完整性管理體系的建立與實施提供保證。

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