FMEA分析在垃圾發電廠設備維修策略中的應用

王 奇

（北京北控環保工程技術有限公司，北京 100124）

0 前言

我國對垃圾發電設備維修管理的研究起步較晚，更多借鑒常規火力發電廠的管理模式，目前正逐步向預知性狀態維修體制過渡。雖然近幾年越來越多的先進維修管理理念得到應用及推廣，但限于從業人員經驗水平、設備購置狀況等，以事后維修、預防性計劃維修為主的維修體制仍在一些垃圾焚燒發電廠執行，主要包括大修、小修（大、小修又分為 A，B，C，D4個等級）。隨著行業整體發展以及垃圾發電設備技術的進步，該維修體制已不適應企業的發展。因此，在對每個特定垃圾焚燒發電廠進行設備維修管理時，應選擇針對性的維修策略，將事后維修、定期（計劃）維修、狀態（視情）維修、改進維修等有機的融為一體，在保證維修合理、設備可靠性得到充分保障前提下能充分降低維修成本。在其他行業研究成果的基礎上，將故障模式及影響分析（Failure Mode Effects Analysis，FMEA），應用于垃圾發電設備維修策略的科學選擇中，以探索一個更加科學的設備維修管理方法。

1 故障模式及影響分析

故障模式及影響分析（FMEA）是分析設備系統中所有可能的故障模式及其對設備系統所有可能的影響，并按每一個故障模式的危害程度及其發生概率予以分類的一種歸納分析的方法。在國際標準ISO 9004：2000“質量管理體系要求”中，已經把FMEA作為對“產品和過程的確認和更改”以及對“設計和開發”進行風險評估的工具。目前，FMEA已經成為QS 9000的5大核心工具之一，ISO 9000，QS 9000和ISO/TS 6949都明確指出了FMEA作為一種質量改進的方法必須強制實施。

FMEA的作用之一就是評估設備故障帶來的安全風險，以實現設備故障的相對危害性評定，進而根據設備的不同狀況制訂相應維修策略。FMEA分析提供了一系列的定性及定量危害性分析方法，現以“風險優先數法”（Risk Priority Number，RPN法）為定量分析研究工具。RPN法的定義，見式（1）。

式中O（Occurrence）為故障發生概率，是故障可能發生程度的反映，為設備故障次數與總運行時間之比，即設備單位運行時間內發生故障的次數；S（Severity）為故障影響嚴重度，是故障影響后果嚴重程度的反映，綜合考慮了故障對人員環境影響、故障對系統功能影響、維修時間及維修費用和停機損失費用等；D（Detection）為故障監測程度，是故障監測與控制的反映，主要依據故障的可監測概率進行評價確定。

鑒于行業特殊性，結合較多垃圾發電項目實際運行、維修管理經驗，將RPN法涉及到3個參數做出如下等級評分定義，以便進一步定量分析。

1.1 故障發生概率（O）

評價方法及等級評分如表1所示。

1.2 故障影響嚴重度（S）

評價方法及等級評分如表2所示。表2中的主設備是指焚燒余熱鍋爐或汽輪發電機組。

1.3 故障監測程度（D）

評價方法及等級評分，如表3所示。

2 FMEA在垃圾焚燒發電廠設備維修管理中的應用

某垃圾發電廠鍋爐設備采用循環流化床技術，過熱器外置于返料器中，全廠主要由垃圾接收系統、焚燒余熱鍋爐系統（或鍋爐系統）、汽輪機系統、煙氣凈化系統、化學水處理系統、滲濾液處理系統、電氣系統等組成。按慣例將焚燒余熱鍋爐、煙氣凈化系統、汽輪發電機組、主變壓器、垃圾吊車、分散控制系統（DCS）等能完成垃圾電廠基本功能的設備或系統及其附屬設備稱為主要設備。采用的是定期維修（大、小修）、小部分狀態維修結合事后維修，目前部分主要設備的定期維修間隔，見表4。

表2 影響嚴重度評價指標及等級評分

表3 故障監測程度評價指標及等級評分

表4 部分主要設備定期維修間隔

雖然整體規定了部分主要設備維修間隔，并且在各專業維修規程里明確了相應設備的大修、小修項目，但在實際執行中，檢修間隔常會變化，檢修項目也會根據設備的實際狀況做出調整，沒有清晰的維修策略。

為研究方便，現選用鍋爐系統作為對象，將鍋爐系統下的屬次一級子系統或重要設備作為分析目標。在分析故障影響時，結合RPN法的3個參數定義僅對最終影響，即對鍋爐系統的影響做出判斷。主要包括焚燒爐系統、余熱爐系統、垃圾給料系統、給煤系統、出渣系統、引風機、一次風機、二次風機等。如圖1所示。

按照上述系統劃分及通過現場調研、故障信息收集整理、行業專家評判等手段，得到以下結論。

圖1 鍋爐系統下屬各子系統及設備

（1）按上文中的危害度（S）定義，在判斷某個設備故障模式帶來的危害時，需引入對主要設備即鍋爐故障時間或經濟性的影響定量判斷，而按照大量行業經驗，在對某些故障模式做出分析時，很多時候當危害度（S）提升一個擋級時，而發生概率（O）也會下降一個擋級，例如，由“垃圾給料系統”及“給煤系統”可知：不管是哪種故障中斷模式，它們的RPN數值總是相等或相近，此時可采取一致的維修策略，某些系統或設備，如一次風機、二次風機、引風機等均有此種情況，因此不再細分。

（2）對于“點火系統”等長期處于備用狀態（且RPN值＜100，否則應采取定期維修），或者故障模式影響非常小的系統或設備（RPN值＜10），可采用事后維修。

（3）對于RPN值＜100，但≥10的系統或設備，可采用狀態維修。

（4）對于RPN值≥100的系統或設備，可采用定期維修。

（5）對于RPN值相對偏高的某些故障模式，可著重考慮改進維修的可行性，否則采用定期維修，如該垃圾發電廠RPN值≥200的某些系統或設備的故障模式，經過分析，對于“出渣系統”的“堵塞”故障模式，應采取加大落渣管口直徑、冷渣機進行技術改造等；對于“一次風空預器、二次風空預器”的“積灰”故障模式，采取增加管間節距、合理布置在線清灰設備等；對于水冷壁、省煤器、對流蒸發器的泄漏故障模式，因較難監測并且擁有較高危害度，經評估暫無改進空間，故采用定期維修；對于過熱器的泄漏，因該設備外置于返料器內，其中返料灰濃度高并且沖刷劇烈，工況屬于易磨損工況，因此采用改進維修方式加以解決，主要包括過熱器管子表面噴涂耐磨材料、彎頭處增加防磨護瓦。按照RPN值分類的維修策略，可采取不同的維修策略，見圖2。

需要說明的是，在進行改進維修前后，都必須評估故障模式及其影響，并進行相應的危害分析，以此制定不間斷的維修策略。例如，對“一次風空預器、二次風空預器”進行改進維修后，經評估故障發生概率（O）降到“分值3”級別，此時RPN值為90，即后續選擇狀態維修作為維修策略；對“過熱器”進行改進維修后，經評估故障發生概率（O）下降到“分值3”級別，其他不變，此時RPN值為210，因此后續采用定期維修策略。

圖2 按RPN值分類的維修策略

3 結語

垃圾發電廠作為市政基礎設施之一，主要功能是處理生活垃圾，余熱發電為輔，具有較高的社會敏感性，一旦發生故障甚至停機將可能帶來較大的社會影響，因此對它的運行可靠性提出了更高要求，而作為一種可靠性分析技術，FMEA分析法在垃圾發電行業將擁有更大的發揮空間。如在對某垃圾發電廠整體采用“風險優先數法”（RPN法）的FMEA分析后，不僅得到一個較為合理的設備維修策略組合，而且該組合極大促進了該廠設備年度、月度維修計劃的制定合理性，使設備可靠性明顯提升，維修費用得到控制。

［1］李杏花.故障模式及影響分析在石化行業中的應用［J］.廣東化工，2017，11（44）：156-159.

［2］雷啟龍，賈子文.基于FMEA風險評價和FTA定量分析的風電機組維修決策［J］.技術革新與維修，2017，3（44）：76-78.