石油石化往復壓縮機RCM分析及應用

曲 磊

（深圳中海油服深水技術有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

中海油服深水技術有限公司在動設備完整性管理方面已經開展了大量的研究與實踐工作：2010 年發布動設備完整性管理解決方案，明確動設備全生命周期各階段重點控制環節；2015年，以惠州石化五廠為試點，開展動設備完整性管理試點應用項目，促進了動設備完整性管理技術在煉化領域的推廣應用；2016年，中國海洋石油總公司規劃計劃部牽頭編制了設備設施完整性管理體系建設及實施方案課題研究報告。本報告是在中國海油系統內開展設備設施完整性管理總體規劃，為推動各單位有計劃、有目標地開展設備設施完整性管理工作奠定基礎。在報告中的技術完整性部分，明確了動設備實施完整管理的技術方法以及相應的內容。

對煉化動設備完整性管理技術實施項目，將借鑒以往動設備完整性管理工作經驗和研究成果，結合煉化公司動設備特點和現場實際需求，通過對高壓加氫裂化裝置往復壓縮機進行詳細的RCM（Reliability Centred Maintenance，以可靠性為中心的維修）分析，優化維修策略，有效控制設備運行風險，提升設備可靠性，為實現動設備完整性管理奠定基礎。

1 往復壓縮機RCM 分析實施過程

通過對煉化公司往復壓縮機現場調研，針對高壓加氫裂化裝置新氫壓縮機和106-K-102 進行詳細的RCM 分析，制定出有針對性的維修策略，將設備的風險控制在合理、可接受的范圍內，并進行有效管控，為實現設備全生命周期的完整性管理提供支持。

1.1 RCM 分析技術路線

煉化公司往復壓縮機RCM 分析項目的應用技術路線：先進行現場調研收集數據，詳細了解裝置和設備的情況；對收集到的數據進行清洗整理和RAM（Reliability-Availability-Maintainability，可靠性、可用性及維修性）回歸分析，RBD（Reliability Block Diagrams，可靠性方塊圖）建模等預處理，為詳細分析提供數據基礎；然后對設備進行詳細的RCM 分析；最后依據RCM 分析結果，維修策略仿真優化，維修策略本地化，對壓縮機的維修策略和維修任務進行修改完善，不斷提高設備的可靠性（圖1）。

圖1 RCM 分析應用流程

1.2 數據收集

設備的RCM 分析，需要根據設備的結構特點、使用情況、運行情況、故障情況、維修情況等歷史數據進行，主要收集新氫壓縮機的以下數據。

（1）設備基本信息。主要包括：①設備臺賬（包括設備詳細參數等）；②設備工藝流程圖，設備結構圖紙，系統的邏輯控制圖紙/ESD（Emergency Shutdown Device，緊急停車）圖紙；③廠家技術資料：操作規程、維護手冊、作業指導書等；④動設備管理系統功能模塊。

（2）運行和故障數據。主要包括：①設備運行記錄，運行方案；②設備維護保養記錄；③設備故障維修記錄，大修記錄和大修方案；④設備變更記錄，故障聯鎖停車記錄；⑤狀態監測應用實施情況，控制系統監控參數，狀態監測分析評估報告。

（3）經濟數據。主要包括：①設備故障經濟損失（每天）；②關鍵設備的維修成本。

（4）備件數據。主要包括：①備件庫存方式、采購策略、更換策略；②備件明細，入庫、出庫記錄。

1.3 風險矩陣

風險矩陣用來評估由于設備故障而給企業帶來的風險。為了使分析更有針對性、分析結果更符合石化的實際情況，進行RCM 分析之前與煉化公司共同確定使用《HSE-01-02 煉化公司公司危險源辨識與風險評價管理辦法》附件4：風險矩陣評價法。

從人員傷亡情況、財產損失、法律法規符合性、環境破壞和對企業聲譽損壞5 個方面對后果的嚴重程度進行評價取值，取5 項得分最高的分值作為其最終的S 值。從偏差發生頻率、安全檢查、操作規程、員工勝任程度、控制措施5 個方面對危害事件發生的可能性進行評價取值，取五項得分的最高的分值作為其最終的L 值。確定了S 和L 值后，根據R（R=L×S）值的大小將風險級別分為以下5 級（圖2）。

圖2 風險矩陣

R=17～25：關鍵風險（Ⅰ級紅色），需要立即停止作業

R=13～16：重要風險（Ⅱ級灰色），需要消減的風險

R=8～12：中度風險（Ⅲ級黃色），需要特別控制的風險

R=4～7：低度風險（Ⅳ級淺綠色），需要關注的風險

R=1～3：輕微風險（Ⅴ深綠色級），可接受或可容許風險

1.4 數據處理

收集到的數據先進行預處理，再進行分析。數據預處理主要包括數據清洗整理和數據回歸。

定義設備邊界是確定該臺設備RCM 分析的范圍，幫助管理人員及現場維護人員在設備子系統的界定以及所包含可維修部件的范圍上形成共識。在研究和討論設備系統故障現象、故障模式及故障原因以及故障歷史記錄時，在同一層次的分析中使用共同的標準，有利于同類設備間可靠性數據的交流。該項目參照ISO 14224 標準定義設備邊界。

篩選關鍵部件就是對不同的部件發生故障的可能性以及故障后在安全、環境、生產、和維修成本等方面的影響大小進行綜合分析，對有較大影響的部件，一旦出現故障將造成重大影響和損失，屬于關鍵部件。

篩選出的關鍵部件進行故障模式及其影響分析（Failure Mode and Effect Analysis，FMEA）。故障模式是設備發生故障時維護人員所能觀察或通過儀器檢測到的故障現象，如振動大、過熱、泄漏、低輸出、不能啟動等。設備故障模式分析包括兩部分的數據：在該設備上已經發生過的故障；在功能、結構相似的其他設備上發生過的故障。

根據ISO 14224 標準，在該項目中的故障模式均進行標準化，并進行編碼和編號。

故障模式影響分析從故障發生的頻率以及發生后對安全、環境、經濟和維修成本等方面的影響，故障發生的頻率和每一種影響分成不同的等級，通過風險矩陣進行分析。

每一種故障模式的背后都隱含著各種故障原因，只有找到故障原因才能采取針對性措施避免或減少故障。

故障原因的描述直接影響維修策略的制定，故障原因的描述遵循以下原則：①故障原因的描述至少由“一個名詞+一個動詞”組成；②動詞要描述清楚具體的原因；③故障原因的層次不可太高也不可太低，將故障原因描述到足以能夠選擇相應的維修策略即可；④故障原因的分析應當分析到維護人員有能力解決的層面，而并非一味的追求根本原因。

對故障原因進行邏輯決斷分析制定相應的維修策略和維修工作內容。RCM 邏輯決斷分析的流程始于決斷圖的頂部，通過對問題回答“是”或“否”確定分析流程的方向（圖3）。通過對每一個故障原因進行邏輯決斷分析，制定出相應的有效的維修策略、維修工作內容、所需要的工種和維修間隔期等。

（1）是否隱蔽。根據故障模式判斷該故障對于現場使用及維護人員來說是否是隱蔽的故障。如果現場使用及維護人員能夠觀察到或通過檢測儀器檢測到該故障，則該故障為非隱蔽性故障，否則為隱蔽性故障，一般需要解體檢查才能夠觀察到。

（2）是否關鍵。根據FMEA 分析結果定義該故障模式是否是關鍵的。如果該故障模式發生頻率較高或者對安全、環境、經濟和維修成本的影響較大，則該故障模式被認為是關鍵的，需要進行詳細的分析；否則該故障模式被認為是非關鍵的，因此在后面不進行相關的分析。

圖3 邏輯決斷圖

（3）狀態監測是否有效。是否有合適的狀態監測方法可以監測到該故障原因對應的故障模式。如果有相應的離線監測、在線監測、油樣分析、紅外熱成像檢測和電機靜態監測等狀態監測方法可以監測到，則狀態監測是有效的，否則狀態監測是無效的。

（4）是否與使用時間相關。故障原因是否與使用時間相關，如軸承的磨損會隨著使用時間的延長而增加，但是突發故障的發生與使用時間無關。

（5）是否有P-F 曲線。故障從潛在故障發展到功能故障有一定的間隔期，稱為P-F 間隔期。是否有適當的P-F 間隔期，讓維修人員有足夠的時間對潛在故障進行處理。

1.5 維修策略本地化

為了使維修策略和維修任務更符合現場實際，實現維修策略本地化，對通過RCM 分析制定的維修策略和維修任務，與現場設備使用和管理人員進行討論。在討論的過程中，現場設備使用和管理人員根據現場的實際情況，對維修策略、維修任務和維修間隔期等提出意見，進行適當調整。

討論修改完善后的維修策略和維修任務，能得到現場人員的支持和配合，提高了維修工單的可執行性和執行率，保證RCM 分析結果在現場的有效實施。

2 往復壓縮機維護建議

為使壓縮機處于良好的運行狀態，減少故障，提高壓縮機的可靠性和可利用率，本RCM 項目在壓縮機設備結構、故障數據、維修策略等方面進行了深入優化，為切實確保安全生產，必須根據項目結果強化對壓縮機的維護保養工作。下面根據項目結果，對煉化公司的壓縮機提出以下維護建議。

2.1 以項目成果優化維修任務

維修任務的優化是此次項目的一個重要收益，此次項目中以決策樹的科學方法，根據故障特征、故障后果對煉化公司2臺壓縮機的維修策略進行選擇判斷和優化，用以指導壓縮機的維修工作，基于RCM 維修策略優化結果進行設備維修維護，可降低設備故障風險，提升設備可靠性?，F基于《新氫壓縮機維修策略前后的對比》《循環氫壓縮機維修策略前后的對比》，列舉項目維修策略分析結果對維修任務優化的指導，以及所能產生的效果。

以新氫壓縮機為例?；赗CM 項目前的維修任務，新氫壓縮機的潤滑油系統共存在10 個重要風險（II 級），在本次項目中對其維修策略進行優化，實施優化后的維修任務后，設備風險可降低至輕微風險/中度風險。

基于RCM 項目前的維修任務，新氫壓縮機的壓縮機本體共存在34 個重要風險（II 級），在本次項目中對其維修策略進行優化，實施優化后的維修任務后，設備風險可降低至輕微風險/中度風險。

新氫壓縮機和循環氫壓縮機都是煉化公司特級維護設備，設備管理中心動設備工程師、電氣、儀表專業、運行部和維護單位應派相關專業工程師參加特護小組，特護巡檢內容：①檢查機組運行情況（振動、溫度、壓力、位移等）；②檢查機組潤滑油系統運行情況；③檢查機組工藝系統及輔助系統（密封系統、冷卻系統等）。

巡檢的結果記錄在《單元特護設備巡檢記錄》《往復式壓縮機監測記錄》《往復式壓縮機專項檢查表》中，故障的征兆并不能及時反饋到設備中心動設備工程師。

2.2 建議將特護巡檢加入電子點檢管理

電子點檢管理是煉化公司預防維修的重要組成部分。通過電子點檢可及時掌握設備的狀態，及時了解設備劣化發展的趨勢，為管理人員制定維修策略和維修計劃提供第一手資料，如任務自動下發提醒點檢人員及時進行點檢作業、到位點檢保證點檢人員點檢質量、自動上傳到中心數據庫保證數據的時效性、自動報警功能等。

不同于紙質記錄，智能點檢對點檢的條目設定了報警線，當點檢的結果觸發了報警線，系統會輸出紅色報警提醒，提示點檢人員設備存在缺陷或隱患，需要引起足夠的重視。

3 結束語

RCM 分析成果是基于國際標準的將設備管理流程標準化，通過培訓加考核的方式，讓操作人員對所使用的設備要做到“四懂”（懂原理、懂結構、懂用途、懂性能）、“三會”（會正確使用、會維護保養、會排除故障），將有效提升設備管理操作人員整體素質。

RCM 分析中對設備結構的分解，結合設備結構庫和現場人員經驗，將壓縮機設備結構優化至零部件層級，讓操作人員對設備結構達成統一共識，提高操作人員對設備的了解程度和內部溝通效率。此外，故障分析結果也能夠幫助人員熟悉設備發生于未發生的故障，提高故障判斷和處理能力；維修策略結果幫助人員掌握維修策略，形成閉環，提升基層設備管理水平。對煉化公司壓縮機進行的設備結構分解結果、故障分析結果、風險評估結果、維修策略結果，對設備管理和操作人員進行培訓，加強設備維修管理人員對壓縮機的了解程度和維護保養能力（表1）。

表1 循環氫壓縮機實施RCM 前后風險點數量