基于完整性的法蘭密封零泄漏管理信息化研究與應用

艾 輝

（中科（廣東）煉化有限公司，廣東 湛江 524076）

0 引言

法蘭連接是指由法蘭、墊片及螺栓三者相互連接作為一組組合密封結構的可拆連接，在石油化工設備、管道和閥門連接中廣泛應用。法蘭密封結構失效（泄漏）是公認導致企業安全事故最主要的原因之一，據統計在石化行業中泄漏事故占總事故的60%以上，如火災爆炸、中毒等等都是因為法蘭連接處出現了泄漏情況[1]。法蘭泄漏事故不僅會造成資源浪費，而且還污染環境甚至造成人員傷亡及財產損失[2-4]，如何解決法蘭連接泄漏問題就成了安全生產的一項重要課題。

1 管理現狀及研究方向

目前在一般企業對于法蘭密封（泄漏）管理，仍采用傳統的事后管理，沒有體系化思維開展預防性、技術型和信息化管理，管理效率低下、方法落后、技術陳舊，無法避免泄漏的發生和重復性。具體比如：資料、記錄采用手工臺賬（即使是電子文檔也是手工建立、獨自存盤和轉發），存在更新不同步、易丟失，難以自動調取、共享大數據分析等；安裝（緊固、拆卸）方式采用蠻力大錘，導致緊固件材料受力過載或者塑性變形、即時失效或者無法重復使用；人員更替或者時間長久后的數據調用、過程監測、現場檢修等難于準確獲取、識別、定位，為后續進一步開展工作帶來誤判的隱患；檢修服務往往側重點放在檢修部分，檢修中的過程數據保存比較少和可追溯性差，且檢修過程中存在備品配件的實際使用數量不準確等。

針對以上弊端和落后的管理方式，在設備完整性管理體系的構架下，我們提出了建設法蘭密封零泄漏完整性管理信息系統的課題。通過利用現有LDAR監測系統產生的源數據，推送觸發完整性信息系統缺陷管理流程，開發自動生成密封漏點臺賬模塊、動態自動跟蹤閉環，同時處理環節通過聯合開發的基于定力矩緊固技術管理信息系統（PC端和移動端APP），完成現場施工過程的標準化、科學化、規范化管理，涵蓋了設備從前期策劃、選型、安裝到生產中的使用維護、以及后期處理全壽命周期管理。

2 研發內容及實現

2.1 研發策劃

針對傳統設備法蘭的管理方式，聯合研究了基于設備完整性管理體系的設備法蘭信息管理方案，開發了數字化、可視化的裝置法蘭靜密封零泄漏管理信息平臺，創建了零錯誤、零遺漏、零泄漏的靜密封點管理實施方案，從設備本質和管理過程中預防泄漏產生的可能性。

同時，融合了設備完整性管理信息系統，與設備完整性信息系統的缺陷流程等實現互聯互通，實時數據共享，成為設備完整性管理體系的有機組成部分，既可獨立運作，又融入設備完整性管理（納入“管設備要管設備運行”模塊）。通過研發可視化和數字化的法蘭（靜密封點）管理平臺，既有每一對法蘭（靜密封點）的基礎信息，也有檢修過程的詳細記錄數據，保障法蘭數據來源和維護過程的數據準確、正確，同時形成法蘭檢修歷史紀錄和數據，為設備全生命周期管理的提供依據，讓設備管理人員可以充分分析之前檢修的情況，了解泄漏工況演變的歷史，為以后避免泄漏提供了珍貴的數據支持。

2.2 研發內容

在充分理解設備完整性管理信息系統基礎上，整合開發了零泄漏管理信息系統。開發的主要功能模塊有：首頁視圖、法蘭裝置視圖、零泄漏策略管理、零泄漏過程管理、泄漏臺賬、預緊力計算、基礎數據管理和系統管理等（如圖1所示）。

圖1 零泄漏信息系統頁面

首頁：開發了根據用戶角色的不同配置不同的查詢視角，主要由檢修過程統計、泄漏統計兩部分統計視圖組成，分別通過餅狀圖、柱狀圖等多種展現形式直觀顯示各維度統計信息。

法蘭裝置視圖：裝置法蘭視圖模塊可直觀的在法蘭圖上查看不同分單元下的法蘭和裝置多維度信息，提供檢修期視圖展示法蘭在檢修期的檢修進度狀態，同時可根據法蘭等級進行篩選，可查看法蘭詳情數據。

零泄漏策略管理：策略管理包含檢修計劃管理、備品配件策略、檢修臺賬。檢修計劃針對單個或多個裝置創建檢修計劃， 設置檢修類型、作業時間等，通過可視化的方式勾選檢修的法蘭范圍；備品配件策略針對大修、換劑、臨時停車（搶修）、消缺等不同的檢維修類型，設置螺栓、墊片的用量估算模型，為檢修計劃提供備品配件指導；在檢修臺賬功能中對已完成的檢修計劃，可分裝置篩選法蘭查詢檢修臺賬詳情，提供臺賬打印功能。

零泄漏檢修過程管理：檢修過程管理分PC端的過程任務管理和移動端的過程任務執行功能。PC端過程任務管理可根據檢修計劃、檢修計劃引用的過程模板、以及檢修計劃設置的法蘭范圍，自動或手動生成過程任務，在任務列表中對任務進行下派，可根據過程任務狀態進行檢索和詳情查看；移動端的過程執行入口可檢索被下派的檢修過程任務，通過 移動端進行數據填報、上報、審批，針對過程任務數據填報崗、審批崗提供過程任務處理列表，支持無網絡離線環境下填報、在線數據同步。

泄漏臺賬：泄漏臺賬區分法蘭泄漏和密封點泄漏，實現泄漏異常信息的自動觸發與處理信息維護，記錄的法蘭泄漏異常將在法蘭裝置視圖中對應的法蘭。

預緊力計算：根據法蘭信息科學計算法蘭預緊力，主要是對重要部分的法蘭采用定力矩緊固技術緊固前提供施工數據，通過直接選取法蘭自帶或錄入基本參數自動計算出需要的結果，實現自動化。

基礎數據管理：主要實現對系統組織架構、設備基礎信息、法蘭基礎信息等平臺所需內容的基本設置功能。

2.3 管理過程實現

結合對現場的巡檢作業和裝置內設備定期的LDAR檢測服務，發現泄漏或異常情況，觸發完整性系統中的“缺陷流程”，生成檢維修的作業工單，檢修人員通過移動終端“零泄漏檢修過程管理”流程，在現場進行檢修操作并完成檢修數據的上報，最后處理的結果在法蘭靜密封零泄漏管理信息系統上完成記錄，根據法蘭泄漏的頻次建立定力矩檢維修的預警計劃，最終形成現場檢測和檢修的處理閉環。

2.3.1 LDAR系統檢測泄漏數據的提取

每10分鐘設備完整性缺陷系統讀取-環境保護信息系統中泄漏歷史報告中泄漏的數據（已經抓取的不重新抓取），提取泄漏部分的數據，按照缺陷提報的數據抓取需要的內容，觸發至相應的車間所有班長和設備備員進行缺陷第一環節處理，并默認一類缺陷、6級故障強度，缺陷描述自動描述為“生產單位+分區+組件位置/工藝描述+密封點類型+凈檢測值”，之后執行設備完整性缺陷流程。

2.3.2 泄漏登記自動生成

泄漏管理實時讀取完整性中“缺陷現象描述為‘泄漏’”的數據（來源其它系統觸發和人工提報），完整性系統中每增加1條，對應的零泄漏模塊中也隨之增加1條，處理狀態以及其他內容根據完整性缺陷處理的環節實時讀取，并在零泄漏模塊中按照規劃好的內容形成臺賬。如圖2所示。

圖2 泄漏數據跟蹤臺賬頁面

2.3.3 過程實時閉環

通過完整性信息系統缺陷流程跟蹤漏點處理的全過程，過程中產生的實時數據（處理環節、處理措施、處理結果等），在零泄漏系統跟蹤臺賬中同步更新的同時錄入反寫至環境保護信息系統中，實現不同系統中的實時共享，互聯互通。

2.3.4 零泄漏處理過程管理（定力矩技術信息化應用）

法蘭類泄漏處理（施工）過程通過密封零泄漏過程管理系統（PC端/APP端）采用定力矩緊固技術完成。定力矩法是有預緊力要求的螺紋連接常用的固定方法，使用力矩扳手，預先將扳手調整到設計要求的螺紋扭矩值，然后旋緊螺絲，直至扳手離合為止。它可以實現在緊固法蘭過程中，使螺栓均勻受力、避免過載，在保證密封效果的同時避免使用過程中的螺栓失效。

法蘭定力矩緊固過程信息化管理內容有：檢修計劃管理、備品配件管理、定力矩基礎設定（預緊力計算，工具選型，標準施工流程（SOP））、施工全過程管理（包含掛牌、拆卸管理、法蘭面、墊片、螺栓工況檢查、預安裝質量檢查、緊固SOP（機具、流程和力矩）確認、緊固結果檢驗、氣密過程管理等)、檢修臺賬等。為了將現場實施的檢修作業情況及時反饋，通過移動端APP（如圖3首頁）掃描現場法蘭二維碼提取基礎數據、接受任務，及時將施工的各個工序任務數據上傳系統，從而實現對整個法蘭檢修作業的全業務過程管理，確保實現裝置法蘭零泄漏的任務目標。

圖3 移動端APP首頁

定力矩基礎設定包括了三部分：預緊力計算、施工工具選型和現場作業標準流程（SOP），該模塊利用定力矩技術服務人員采集的現場裝置的法蘭數據，依據國家標準、行業標準和現場法蘭螺栓墊片工況數據，計算出合理的預緊力（如表1所示），再根據機具選型給出標準的施工作業流程。

表1 定力矩緊固預緊力數據表

表2 零泄漏信息系統投入運行后漏點數據統計

實施過程：①數據復核→②檢查法蘭密封面→③檢查螺栓螺母→④確認具備回裝條件→⑤SOP數據確認→⑥預裝確認→⑦緊固結果確認→⑧抽檢→⑨壓力測試。

3 實施效果

該信息系統在2021年1月投入企業試運行以來，漏點發生率顯著降低，從投用初期的30%以上穩定下降至10%左右（如圖4所示），成效顯著，不僅降低了維修成本，提高了設備運行的可靠性，檢修氣密合格率100%，保障裝置一次開車成功，更重要的是降低了直接作業環節風險和生產風險，經濟效益和社會效益雙豐收。

圖4 漏點發生率占比趨勢圖

4 結語

基于法蘭密封完整性管理及泄漏監控監測的研究與信息化開發，在實踐生產中給企業帶來實實在在的好處，提升了管理水平、工作效率以及經濟效益。

4.1 提升管理成效

通過數字化系統的應用，防止人員更替或記憶偏差帶來的數據缺失，使設備管理更精確更規范，直接避免檢修備品備件錯購率30%；通過實時的泄漏監控，提前發現并解決法蘭（靜密封點）泄漏問題，真正實現了法蘭泄漏的預防性管理，消除了90%不可控泄漏，確保裝置長周期運轉，實現了讓管理更加準確與高效的工作目標。

4.2 提高檢修質量、縮短時間

采用定力矩技術服務，確保裝置氣密一次性通過、 開車一次性成功，減少30%～60%的檢修保運時間。

4.3 提高持續盈利能力

通過泄漏管理過程信息化，構建良好的零泄漏生態，提高處理的及時性和預見性，減少泄漏爆炸等安全事故發生，提高企業持續盈利能力。

4.4 實現企業社會價值

降低裝置泄漏率，避免因泄漏帶來的火災、爆炸等事故發生，使企業生產更安全、更環保，更加符合人民至上、生命至上、安全發展的理念。