可靠性分析對油庫設計和管理的作用研究

摘 要：在國際市場石油產品競爭力逐漸增大的前提下，我國關于存儲原油油庫的設計與管理也開始進入新的發展階段。可靠性理論是研究系統運行的評估和控制理論，能夠對日益復雜化的油庫設計進行定性和定量評估，保證油庫在嚴酷環境下正常運轉。本文主要探討了可靠性分析對油庫設計和管理的作用，通過分析油庫定量裝車系統，對油庫的使用性能、安全性與經濟性等進行設計，并提出相應的油庫建設與管理方案。

關鍵詞：可靠性分析；油庫設計；石油產品

中圖分類號：TE972 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）08-0127-03

Abstract：Under the premise of increasing competitiveness of petroleum products in the international market，the design and management of crude oil depots in China has also entered a new stage of development. Reliability theory，as the evaluation and control theory of the research system operation，can make qualitative and quantitative assessment of the increasingly complex oil depot design，so as to ensure the normal operation of the oil depot in a severe environment. This article mainly discusses the role of reliability analysis in the design and management of oil depots. Through analyzing the quantitative loading system of oil depots，the use performance，safety and economy of oil depots are designed，and corresponding plans for oil depot construction and management are proposed.

Keywords：reliability analysis；oil depot design；petroleum products

0 引 言

隨著我國信息科技的快速發展，通信技術和數據庫技術等被應用到油庫領域，油庫的自動化程度越來越高。油庫自動定量裝車系統是油品生產、定量裝車與安全控制系統，主要包括控制站、操作站、現場控制儀表及控制軟件等部分。通過使用可靠性理論對油品配比、裝車與安全管理進行分析，可以實現對油庫自動化裝車控制系統的設計與管理。

1 可靠性分析與油庫自動定量裝車系統的理論概述

1.1 可靠性分析對系統運行的評估、設計與控制

運用可靠性理論對產品零部件或系統等進行的分析，不僅要對系統運行的可靠性進行檢測，還要綜合系統資金投入、資源消耗、故障問題與維修費用等內容，制定符合系統實現的評估規劃與建設目標。可靠性理論以工程技術作為理論依據，包括可靠性預計、可靠性試驗、可靠性設計、可靠性評估、可靠性控制和可靠性維修等內容。當前在系統模型的可靠性分析過程中，主要利用概率論、馬爾可夫隨機場與統計學等數學計算工具進行系統故障分析；而對系統故障的可靠性檢測、評估與控制以產品零部件或系統的物理、化學等方面的要素作為基礎，因此，對于某行業的產品日益復雜化、產品壽命周期縮短與維修困難的情況，需要通過構建合理的產品包裝、運輸與可靠性檢測方案，對研究產品或系統展開維修保養、可靠性分析等來應對，這樣能夠有效提升企業的運營效率與經濟效益。在某一產品系統運行的可靠性分析中，通常使用物理檢測和邏輯推理等方式，對產品各個部分進行故障分析，找出系統的安全隱患與薄弱環節，提升某一產品系統的可靠性與安全性。

1.2 油庫自動定量裝車系統的理論與應用概述

油庫定量裝車系統是自動化的油品儲運系統，它能夠借助于定量裝車控制儀、裝車控制鶴位、氣動多段閥門、質量流量計、靜電溢油保護器等儀器以及多種油庫工藝管線來完成整個油庫自動化系統的設計。在定量裝車系統的裝車發油區存在著進出口配置IC卡系統、發油控制系統等，而且在每個分布式控制系統中又存在多個裝車控制鶴位，每個裝車鶴位可以進行裝車溢油的靜電檢測，或者對裝車鶴位進行就地操作或遠程控制。

油庫自動定量裝車系統主要有以下幾方面功能：（1）對油品定量裝車的系統控制；（2）對產品裝車全過程畫面控制流程的檢測；（3）能夠完成實際質量、實際體積的計量裝車；（4）能夠實現對超速、超溫和靜電溢油等的安全保護及故障控制；（5）自動存儲與整理日常的生產數據、生產報表等，并對重要數據內容進行打印；（6）能自動添加相應的功能模塊及擴展模塊，并對存在的系統故障進行自動診斷與報警；（7）實時顯示當前裝車質量、體積等信息，還可以緊急停止裝車控制。通過使用概率論、馬爾可夫隨機場和統計學等理論，對油庫定量裝車系統展開可靠性分析，能夠對系統中存在的裝車故障、質量問題與安全問題等進行油庫的模塊設計與規范管理。

2 油庫定量裝車系統的可靠性分析

當前在油品自動化儲運過程中，油庫定量裝車系統年運油品質量為1.3～1.4Mt（百萬噸）左右，裝車外運油品天數為300d（天）左右；每天油庫定量裝車外運油品質量為4000t（噸）左右，裝車批次為5q（次）左右。其中每個油庫定量裝車系統存在多個裝車控制鶴位與鶴管，鶴管能在保證原油裝卸安全性的同時，提高單鶴管外運油品的裝車質量與靈活性。單鶴管每天裝車外運油品的質量為150t（噸），單鶴管油庫定量系統的裝車流程如圖1所示。

從上圖可以得出：單鶴管油庫定量裝車系統主要包括可編程邏輯控制器PLC、遠程控制系統、電液閥、質量流量計、手動球閥與防溢油探頭等部件。每個零部件都會影響系統的使用壽命，也會產生一系列的系統故障，從而對整個油庫定量裝車系統造成影響。馬爾可夫隨機場理論是油庫自動化定量裝車系統的修復理論，它能提升整個系統的安全性和可靠性。因此，運用馬爾可夫隨機場理論對最近發生的系統部件故障進行分析，能夠完成對故障系統的維修與恢復，并實現油庫自動化系統的定量裝車以及油庫定量裝車系統的遠程控制。油庫定量裝車系統的可靠性結構如圖2所示。

假設在單鶴管油庫定量裝車系統的使用過程中，啟閉件閘板、啟閉球閥有著相同的故障損壞率，那么可以用油庫定量裝車系統各個零部件的可靠率來進行兩種閥體故障情況和修復程度等的表示。通過以上圖表可以得出，接地檢測、可編程邏輯控制器PLC、電液閥、流量計、手動切斷球閥、防溢油探頭、閘閥等屬于串聯的邏輯組織結構。其中啟閉件閘板和啟閉球閥的故障損壞率為1.4×10-5/h，啟閉件閘板、啟閉球閥修復率為6.5×10-4/h；遠程控制系統、可編程邏輯控制系統的故障損壞率為6.5×10-7/h，修復率為1.9×10-6/h。當前將電液閥、流量計、手動切斷球閥、防溢油探頭、閘閥等的可靠性用A表示，將遠程控制系統、可編程邏輯控制系統PLC的可靠性用B表示。因此，單鶴管油庫定量裝車系統的可靠性修復率框圖可如圖3所示。

使用馬爾可夫隨機場理論進行單鶴管油庫定量裝車系統的可靠性分析，其主要分析流程如下：通過以上故障損壞率、修復率的數據分析得出A部分設備的故障損壞率為λA=1.4×10-5/h，修復率為μA=6.5×10-4/h；B部分設備的故障損壞率為λB=6.5×10-7/h，修復率為μB=1.9×10-6/h。因此，在t時刻單鶴管油庫定量裝車系統主要有以下幾種設備狀態：（1）A部分、兩個B部分設備正常運轉，整個油庫定量裝車系統正常，設為X（t）=Y（0）；（2）B部分設備有一處故障，系統正常，X（t）=Y（1）；A部分、B部分設備分別有一處故障，系統出現故障，X（t）=Y（2）；B部分設備有兩處故障，系統出現故障，X（t）=Y（3）；A部分全部發生故障，整個系統全部故障，X（t）=Y（4），其中Y（1）+Y（2）+Y（3）+Y（4）=1。

從以上單鶴管油庫定量裝車系統的可靠性分析可以得出該系統在特定時間內的瞬時可用度為：

當前油庫定量裝車的每節油罐裝車50t（噸），因此，單鶴管油庫定量裝車系統的單日外運油品質量為q=0.95 ×5×50=237.5t/d，能夠滿足單鶴管每天裝車150t（噸）的質量要求，而且在單鶴管油庫定量裝車系統年故障維修率為0.95的情況下，對油庫定量裝車系統的維修不超過30天，因此，它能夠滿足可靠性預計、可靠性試驗、可靠性設計、可靠性評估、可靠性控制和可靠性維修等的系統質量要求。

3 可靠性分析對油庫設計和管理的作用研究

3.1 可靠性分析對油庫設計的作用

在油庫定量裝車系統的設計方面，通過對油庫材料工藝、設備運行流程與技術標準等進行改革，推動自動化油庫系統的縱深發展。可靠性理論是油庫系統建設與評估的重要指標，在建筑工程與結構工程等領域不斷完善的情況下，運用可靠性理論進行油庫設計具有較高的質量保證以及較強的結構設計優越性與安全性。當前可靠性分析對油庫設計的作用主要表現在以下幾方面：（1）首先，需要在油庫定量裝車系統設計中制定系統投資、產品設備和工藝流程等的評估內容，以實現對傳統油庫系統的突破性設計，然后從可靠性預計、可靠性試驗、可靠性設計和可靠性評估等方面進行產品零部件與系統功能、使用壽命等的分析，選擇合適的方案進行油庫工程的功能與可靠性設計；（2）在整個油庫定量裝車系統的構建過程中，增加從可靠性角度出發進行系統與部件研究的邏輯框圖，以及用于系統故障檢測的故障樹分析框圖。多種可靠性分析框圖在油庫設計中的運用不僅能夠完成對系統各個部件的設計與組織，而且能最大限度地減少系統的故障狀況，以便于后續油庫定量裝車系統的有序管理。

3.2 可靠性分析對油庫管理的作用

在油庫定量裝車系統的建設過程中，相關部門可根據馬爾可夫隨機場理論等可靠性內容進行工程建設進度與潛在隱患的分析，并將其中的工程隱患及薄弱環節編制成冊，以此完成油庫定量裝車系統的管理。當前油庫定量裝車系統的工程建設主要包括以下幾方面可靠性量化控制內容：（1）針對油庫定量裝車系統的工程建設流程，添加相應的油庫施工規范與使用標準以及不同方面可靠性的工序控制內容，以保證油庫定量裝車系統中可靠性數值的量化控制；（2）整個油庫定量裝車系統中各個零部件的建設與驗收，需要根據以往自動化油庫系統的試驗記錄進行油庫定量裝車系統設備的可靠性評估與控制，以降低油庫系統的建設難度與故障修復率。

當前運用可靠性分析理論開展的油庫管理主要涉及到油庫儲運環境、管理人員與產品設備等管理內容。鑒于油庫系統與不同行業之間的廣泛聯系，需要綜合多種油庫系統的建設方案來完成可靠性理論在油庫定量裝車系統中的應用與管理。因此，可靠性分析在油庫定量裝車系統中主要發揮以下幾方面作用：首先，可靠性會對油庫系統中各個零部件設備的數據進行采集，并構建完整的系統可靠性數據集合，為后續油庫系統的故障修復提供相應的數據內容；其次，需要建構不同數據的交換共享平臺，通過油庫管理數據與技術的應用分析來代替原有的傳統油庫管理模式。因此，借助于可靠性理論進行油庫儲運流程和質量目標的定性、定量分析，能夠實現油庫定量裝車系統的故障維修和系統優化。

4 結 語

可靠性理論主要是研究系統可靠性的定量規律，它通過對產品零部件、元器件或系統運轉流程等的分析來判斷某一產品的使用年限、故障問題及設計可靠性等。因此，可靠性理論在油庫定量裝車系統中的運用能夠在保證油庫成品原油儲運的經濟、安全及自動化的同時，完成自動化油庫定量裝車系統的設計與管理。

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作者簡介：劉禮豪（1997-），男，漢族，四川營山人，油氣儲運專業2015級本科學生。研究方向：油氣儲運。