空分設備可靠性和系統經濟性的管理

郭炳偉

（中金嶺南有色金屬股份有限公司丹霞冶煉廠，廣東深圳 512300）

0 引言

大型冶金單位在生產過程中，生產系統高爐大富氧與轉爐的使用頻次和運行節奏日益加快，提供穩定的能源介質供應是確保生產工作順利進行的前提和基礎[1-2]。在高爐、轉爐的生產和運行過程中，壓縮空氣與氧氣是重要的介質能源。空分設備主要損耗電能，相關企業為了保障空分設備運行的穩定與可靠[3-4]，促進設備運行更加經濟與環保，加強空分設備的管理具有一定的迫切性。結合以往的管理實踐，在某鋼鐵公司的多年空分設備管理實踐中，對原有的管理方法和管理模式進行創新和優化[5-6]，并總結出一些獨特的空分設備管理模式，通過分析設備運行的可靠性、經濟性對設備管理的影響，為企業持續性生產提供重要的保障，也為企業的未來發展打好基礎。

1 可靠性管理

充分了解空分設備的特點，以設備全壽命管理與精細化管理為工作目標，應用TPM（Total Productive Maintenance，全員生產維護）管理模式，構建一套規范和科學的空分設備管理體系，整個管理體系權責分明、結構與流程更加清晰與合理，屬于一種新型的改進管理模式，深入研究設備的特點，以主要設備為重點管理對象，注重基礎設備的科學管理。管理人員注重安全管理和提高設備的運行穩定性，提高設備的生產效率，開展定期的檢修與保養工作，重視設備的故障預防，將預防與檢修進行有效的結合，合理把控檢修與維修時間，制定經濟運行與維修模式共存的個性化設備維修策略，能夠滿足設備的維修與管理需求，為保障設備的穩定性與安全性提供運行指標參考。

加強設備管理的目的在于提高設備運行的穩定性和可靠性，所以設備可靠性管理應該滿足所有保障指標，從而實現設備長時間運行中更加可靠且無故障。設備運行可靠性具體是指設備在運行過程中時間層面的穩定程度，在一定的時間范圍內設備沒有發生故障且故障發生率很低，設備固有可靠性與使用可靠性構成設備的可靠性，設備固有可靠性是指在設備的設計和生產以及安裝到后期運行過程具備一定的可靠性，具有一定的先天特點。而設備使用可靠性是指在設備的具體運行中表現出來的可靠性，排除固有可靠性因素的影響，還要綜合考量設備維修與保障層面的影響因素。為了實現設備運行可靠性的管理目標，相關科研人員加強設備客觀規律與固有特性的研究，并總結出浴盆曲線理論與全壽命周期的管理。

（1）浴盆曲線理論分析。設備在使用生命周期內的故障發生率具有一定變化性特點，主要分故障發生初始期、偶然故障發生期、損耗故障發生期。整體結構曲線類似浴盆結構，所以被稱為“浴盆曲線”（圖1）。空分設備中的大型旋轉設備在使用5～8 年時會出現不同程度的磨損與劣化，維修周期確定在5～8 年，空分設備的整體故障曲線變化呈現浴盆狀，因此，在設備管理工作中，應該取消定期大修的程序，取而代之的是項修組合。

圖1 空分設備“浴盆曲線”

（2）全壽命周期管理模式。全壽命周期管理模式主要涵蓋3方面的內容：分別是全壽命周期內的費用管理、浴盆曲線不同周期的管理特色、三維空間全壽命周期管理（圖2）。在空分設備日常管理中，秉承不斷優化的積極主動管理與維修策略，出現可靠性維修策略和理論。

圖2 設備全壽命周期管理結構

（3）可靠性維修策略理論分析。實行可靠性維修的最終目標是促使維修人員掌握更多詳細的設備信息，并采取積極的措施避免設備發生故障。設備的管理工作應該嚴格按照相關的策略開展和進行，采用可靠性維修策略的優點是影響設備的可用率，減少維修費用，促進企業設備安全運行，提高生產與經濟效益。掌握全面的設備信息，制定科學合理的維修模式，促進空分設備維修管理向現代化方向轉變。主要工作層面包括預知維修，預防維修、計劃維修與事后維修等。以可靠性維修作為主要維修策略，能夠取得良好的綜合效果，所以在具體的策略實施階段應該保持策略平衡（圖3）。

圖3 維修策略的平衡示意

2 空分設備可靠性維修策略

以某鋼廠的實踐經驗為例，充分了解空分系統的設備重要性以及特點。空分設備按照大型關鍵設備的分類，可以劃分為高壓大電機、大型離心式壓縮機組、變壓器設備、儀表控制、公輔水系統等。對這些系統進行分級管理。如果設備整體運行狀態良好，可以滿足一線生產的用氣需求，將非計劃停機率控制在0.05%之內，在行業中處于較好水平。

（1）做好設備的潤滑管理。做好設備的潤滑，可以降低故障發生率70%以上，結合設備對潤滑油的需求，選擇合適的潤滑油，做好潤滑物質的成份檢測，并定期更換潤滑油，保障機械各部分潤滑效果優良。

（2）開展大型設備的點檢。要重視大型旋轉設備的精密點檢，形成檢測報告，收集相關頻譜分析數據，為后期的維修與預防維修工作的開展提供依據。并加強數據的分析，判斷故障隱患情況。

（3）制定設備維修計劃。目的是保障空分設備的運行性能良好，在一定的運行周期內，實現設備的穩定運行，以浴盆曲線的相關理論作為依據和參照，嚴格執行設備檢修操作規程，制定5～8 年的項修規劃，對深冷空分裝置以10 年為項修周期。

（4）落實全壽命管理策略。設備制造過程中，注重設備本身質量的提升，同時以后期的質量管理和維修為基本保障，促進空分設備運行的穩定性，實現全程的設備管控狀態。

（5）大型壓縮機禁止超負荷運行。以設備的功率為參照，保持其合理與科學的運行狀態。

（6）禁止取消設備原保護功能。禁止取消設備原保護功能是實現設備長時間穩定運行的前提和基礎，可以對設備的全程運行進行有效監控，包括設備的聯鎖報警、溫度測試等。工作人員禁止修改功能指令，同時，相關的儀器和儀表需要做好定期校驗和更換工作，保障測量儀器的準確度，避免發生檢測誤差造成設備故障。

（7）做好設備的階段性管理工作。掌握設備運行環境以及氣候因素，在不同的季節開展針對性管理工作，例如在梅雨季節和高溫季節，應該做好電氣設備與大型空壓機的疏水工作，提高設備的運行穩定性和安全性。

3 設備系統經濟性的管理分析

空分設備系統經濟性指在設備的運行過程中是否能達到應具備的經濟運行指標。隨著科學技術的進步與發展，推進設備經濟指標的進步，在鋼鐵企業發展與生產過程中，會配備與企業生產目標相符的生產設備，推行行業的主流技術，促進科學技術日益走向成熟，特別是近些年來一些高科技設備和產品的問世，對設備經濟性指標產生顛覆性影響和改變。促進裝置系統流程的優化與完善具有一定的必然性，總結技術經驗，緊跟時代科技發展的潮流，進一步提高設備的運行穩定性和安全性，作好原裝置的技術升級與改造，注重設備使用過程與使用管理的控制。

4 空分設備系統經濟性的管理實踐效果分析

在某鋼廠生產企業，加強空分設備管理，深度挖掘管理中的問題，結合自身設備的使用現狀的相關指標，加強系統經濟性的管理，作好老設備與系統的改造，使其功能得到優化，提升整體系統的運行指標。

（1）水循環系統的經濟性管理。研究發現，對冷卻水的溫度下調3 ℃，使空分空壓系統的能耗有所降低，一般在夏季，冷卻水的供給以及水溫影響設備運行的穩定性，應該加強技術創新與改造，使用高效節能的冷卻設備。

（2）對煉鐵高爐系統大富氧提升進行節能改造。結合高爐與轉爐的用氧情況分析，以及實際用氧量的需求，對企業的設備配置進行分析。

為了對供氧壓力進行分級供應，在極限情況下也能滿足設備與系統的用氧需求，技術人員應該制定高爐富氧系統的優化流程以及改造方案，選擇低壓與中壓氧氣組合供氧的模式，對原有的供氧系統進行優化和改造。通過實踐的成效分析，每年系統節能效益可達1780 萬元，提升氧氣設備的運行安全系數。

（3）優化空分設備系統的流程阻力。促進蒸汽能源得到有效的利用，提高能源的利用率，推行高效節能的蒸汽設備，利用高效的專利產品對原有加熱器進行改造與更換，經過改造，對其進行投用，每年的節能效益高達263 萬元，提升設備本質性能更加安全，延長設備的使用壽命，綜合節能效益為每年330 萬元。

5 結束語

科技創新是促進企業經濟效益提升的重要手段，企業加強設備的創新管理是提升設備運行穩定與可靠的重要途徑。對企業實現經濟性管理具有重要的現實意義。所以在設備管理工作中，應該注重設備的升級與創新，空分機的不同系統之間具有一定關聯性，具有很高的契合度，所以要求設備管理技術應該實現高度的融合，圍繞設備的使用需求和性能，不斷完善管理模式，探索出具有中國特色的設備管理模式。