石化機械設備風險評價方法研究綜述

邱澤陽 王 雪 張明敏 單 克

（1.中海油能源發展股份有限公司北京安全環保工程技術研究院；2.中國建材檢驗認證集團股份有限公司；3.中國海上衛星測控部；4.深圳市燃氣集團股份有限公司）

石化機械設備隱含性、 突發性故障較多，設備一旦發生故障，就會造成機組停機乃至整條生產線停工。 目前，石化機械設備主要以監測系統和定期巡檢的方式保障機組的正常運行，可實時監測設備關鍵部件的振動、壓力、溫度及位移等參數的變化情況，一旦部件運行參數與正常狀態偏差較大，就會觸發報警，現場工程師可以根據情況適當檢查維修。 這種方式可以有效避免設備運行時出現較嚴重的事故，但是不能在機組或者關鍵部件出現早期故障時及時排查隱患、減少意外停機次數。 同時，復雜的石化機械設備包含著設備本體、密封系統、潤滑系統、驅動機及閥門等多個組成部分，機組子系統或者關鍵部件一旦發生故障也會影響設備本體的正常運行［1］。因此，需要建立一套覆蓋動設備各子系統關鍵狀態參數的評估指標體系， 用于對石化機械設備進行全面、準確的風險評估。

1 設備風險評估發展過程和典型方法

風險分析研究經歷了3 個階段（圖1）：技術因素階段、人為因素階段、組織機構因素階段［2］。技術因素階段主要是尋找合適的方法防止系統發生故障并解決技術方面的難題， 用于識別和控制這一階段風險的方法有：事件樹分析［3］、事故樹分析（Fault Tree Analysis，FTA）［4］、 危險與可操作性分析（Hazard and Operability Analysis，HAZOP）［5］及失效模式與影響分析 （Failure Mode and Effect Analysis，FMEA）［6］等。 隨著事故案例的進一步分析研究，人為失誤因素逐漸成為了人們關注的重點，學者們提出了包括技術因素和人為因素的風險評價模型，如認知可靠性和失誤分析方法［7］、人的認知可靠性模型［8］及人因可靠性分析方法［9］等。 然而，一些典型的事故案例，如挑戰者號爆炸、博帕爾毒氣泄漏和派珀·阿爾法平臺事故，其調查結果表明組織機構也有責任。 因此，風險分析研究第3 階段側重于組織機構因素分析［10］。

圖1 風險分析研究的發展過程

從風險分析方法的角度出發，可以分為定性風險分析和定量風險分析［11］。 在風險分析發展的初期，主要以定性風險評價方法為主。 隨著風險評價技術的發展，風險評價方法與數學理論方法結合產生了定量風險評價方法， 通過一定的標準，將語言變量進行量化處理，采用數學模型進行計算得到評價結果［12］。 常用的定性風險分析方法包括安全檢查表法、 危險與可操作性分析法、失效模式與影響分析及預先危險性分析等［13］。 定量風險分析方法包括事件樹分析法、事故樹分析法、 層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）［14］及模糊綜合評價法［15］等。

2 設備風險評估研究現狀

國內外學者在油氣輸送動設備風險評價領域做出了大量研究。 藺小慧開發了基于模糊數學和否定選擇算法的設備評估模型，完成了齒輪運行狀態的評估［16］。 羅通元基于模糊事故樹方法對往復泵進行風險分析，得到人為因素是影響其安全運行最主要的原因［17］。 崔凱燕等采用定量RBI技術對輸氣站場關鍵設備的風險等級進行計算，得到其風險等級［18］。趙雙基于AHP 和現場監測參數， 確定了軸流式壓縮機的綜合健康指數［19］。Abd Majid M A 等基于風險矩陣方法得到了壓縮機關鍵部件運行過程中的風險等級［20］。 董良遇將動態RCM 與現場監測數據相結合， 實現了往復式壓縮機組實時運行狀態的風險評價［21］。Zhu X P等基于FMEA 方法對壓縮機進行故障識別，建立專家故障評估模型，然后利用模糊綜合評價方法對模型進行定量分析，最終確定了機組的風險等級［22］。董超群結合AHP 和專家評分確定了往復式壓縮機各部件權重， 建立了壓縮機評價體系［23］。梁政等結合經濟性指標和安全性指標， 并基于AHP 得到了壓縮機各部件的權重系數［24］。 Hao Y和Gu B 采用模糊綜合評價方法對離心泵機械密封失效進行了分析， 得到了機械密封的風險等級，為離心泵安全穩定運行提供重要參考［25］。 文永生利用RCM 方法完成了離心式壓縮機運行狀態評價，得到了其運行存在的故障模式［26］。 馬虎強等基于RCM 理論完成了離心壓縮機組安全評價和維修策略的制定［27］。 Wassan R K 和Abd Majid M A 建立了一個半定量的風險評估模型，該模型由初始風險篩選、風險評估、FMEA 和RCM 4 個主要部分組成， 成功得到了機組各子系統的維修周期［28］。 劉洋等結合模糊數學和突變理論，完成了離心泵的安全性評估，克服了指標間差距較小的問題［29］。 羅通元結合模糊綜合評價和優序圖完成了往復泵在運行過程中的安全評價［30］。 陳蘭英等基于事故樹和模糊綜合評價法，完成了離心式壓縮機組安全運行定量風險分析［31］。 朱喜平結合FMEA 和FTA 的分析方法，確定了離心式壓縮機最重要的基本事件，并且采用模糊綜合評價法完成了各層指標風險的計算［32］。陳莉莉通過可變模糊集耦合評價法和集對分析，完成了輸油泵機組的安全等級評級［33］。 盧文青基于高斯模型和邏輯回歸模型建立了輸油泵機組的健康狀態綜合評價模型，降低了人為知識經驗差異的影響［34］。 李威君建立了壓縮機故障診斷Petri 網， 運用分層模糊推理Petri 網算法完成了機組的風險評估［35］。 邱澤陽等運用現場監測數據挖掘的方法建立設備風險評估計算模型，并將該模型成功應用于現場壓縮機組的實時風險評估［36］。

3 展望與未來

通過開展石化機械設備風險評估研究，判斷機組實時運行狀態， 可有效保障設備穩定運行。目前，針對石化機械設備的風險分析大多仍基于定性或者半定量的風險評價方法。 風險評估指標的建立不夠全面，忽略了工藝參數中蘊含的豐富信息。 同時，由于缺少對現場監測數據的使用，導致人為知識經驗差異對評估結果影響較大。 未來油氣輸送動設備風險評估趨勢為定性評價向定量評價的方向轉化，將現場多種工藝參數加以綜合考慮，同時結合一些基于數據統計與挖掘的數學方法，從而不斷改進評價方法，得到更準確的評價結果。