天然氣凈化裝置設備全生命周期智能化管理系統及實踐

王得勝，趙柳鑒，林國軍，陳立軍，張 強

（中國石油西南油氣田分公司天然氣凈化總廠，重慶 404300）

1 建設背景

中國石油西南油氣田分公司忠縣天然氣凈化廠（以下簡稱“忠縣凈化廠”）設計天然氣處理量為600×104m3/d，從2005 年投產運行至今已運行十多年，生產裝置設備種類多、數量大，日常設備管理勞動強度較高。基于天然氣凈化廠制度管理和人員培訓的優勢，忠縣凈化廠現場設備設施完整性管理水平較高，但設備信息化、智能化管理薄弱。

2018 年，忠縣凈化廠在門戶網站上完成設備全生命周期網頁版檔案建設（以下簡稱網頁版檔案），逐臺建立關鍵設備檔案，涵蓋了設備前期設計、隨機資料和后期設備管理的運維資料等。但是由于網頁版檔案自身的數字化程度低，數據提取、存儲程序相對繁瑣，典型情況如下：

（1）設備網頁版檔案查詢不方便。門戶網站不具備操作系統中關鍵詞查詢功能，查詢設備檔案時需按檔案文件夾逐層級打開，方可實現文本查詢。

（2）設備運維資料更新效率低。網頁版檔案需定期逐臺逐項手動錄入動設備運行時間、設備維護保養記錄，不可在線更改，設備檢修過程資料、特種設備年度自查報告為紙質版記錄，需掃描后上傳。

（3）數據統計分析功能欠缺。網頁版檔案主要用于數據存儲，無法進行在線統計分析，不利于設備預防性檢修管理。

因此，網頁版檔案的性能亟待完善。另外，忠縣凈化廠的日常設備管理紙質化辦公比重高，存在數據收集效率低、設備檢維修動態數據庫無法建立、設備數據檔案利用率不高等問題。依托2019 年設備管理提升契機，在進一步提升現場設備設施管理水平的基礎上，創建了以設備全生命周期管理理念為基礎的忠縣凈化廠設備綜合管理系統，著力提升設備信息化管理水平。

2 頂層設計及思路

天然氣凈化裝置設備全生命周期智能化管理系統的建設，不是另起爐灶、另搞一套設備管理模式，而是基于天然氣凈化裝置設備管理的實際，對現有設備管理體系的完善、補充，是對設備管理系統化、信息化和標準化的提升過程。該系統以解決設備故障為導向，以設備維護及維修管理為核心，以降低設備故障率為目標，強化設備檢維修大數據的收集，為設備預防性檢修提供依據。

該系統以設備全生命周期管理的7 個要素為作為基本模塊，分別為規劃設計及選型、購置及制造、安裝及調試、使用、維護及維修、改造及更新、報廢。另外，考慮到凈化裝置設備完整性管理的要求，增加了裝置設備完整性管理模塊。設備綜合管理系統的首頁如圖1 所示，模塊及功能設置如圖2 所示。

圖1 設備綜合管理系統首頁

圖2 忠縣凈化廠設備綜合管理系統模塊設置

為解決設備后期運維數據效率低的問題，開發了輔助APP（命名為TPM，取全員生產維護之意），其主要基于現場檢維修過程管控和數據采集需要，將有效提升數據集成效率。設備綜合管理系統輔助APP 共有8 個功能，用于接收系統端下發的各項指令，同時將指令執行記錄上傳至系統端，是設備管理過程信息數據的“采集器”（圖3）。

圖3 設備綜合管理系統輔助APP 操作界面

2.1 搭建設備全生命周期基礎信息的功能模塊

功能模塊的搭建是系統成功運行的前提和基礎，首先是對天然氣凈化裝置設備檢維修全過程工作進行梳理，形成清單，并對清單內容形成分類，依次劃分到設備全生命周期的七大模塊（圖2）。設備全生命周期管理的核心要素是維護及維修，下面重點介紹凈化裝置維護及維修管理功能模塊的設置。

2.1.1 設備維修全過程數字化掌控

（1）設備綜合管理系統可以實現設備檢修全過程的數字化管理，全部過程資料直接上傳至系統端，解決了需要掃描紙質維修記錄的問題（圖4）。

圖4 設備故障檢修流程

（2）系統中的維護及維修模塊建立了設備故障數據庫，數據庫中故障種類齊全且可以動態更新，豐富的故障數據庫有助于設備故障分析，進行精確的故障診斷（圖5）。

圖5 故障數據庫

（3）設備維修記錄可通過APP 現場上傳，包括設備故障點圖片、零部件配合間隙調整記錄、備品配件消耗數量。備品配件消耗信息與備品配件管理模塊相連，系統自動減少庫存量，出現庫存緊張可提示預警。以溶液循環泵P-1201ⅡB 故障檢修為例，其故障檢修流程如圖6 所示，動設備試運行8 h 合格即為最終驗收合格。

圖6 動設備檢修全流程

2.1.2 設備和管道測厚管理更加科學

天然氣凈化裝置設備和管道的測厚管理是設備全生命周期管理的關鍵組成部分，因其數量和種類較多，腐蝕性介質包含天然氣原料氣、含硫酸水、酸氣、硫酸等，腐蝕機理以及設備管道的腐蝕速率也不盡相同。為科學系統性的管理設備和管道的測厚，在系統維護及維修模塊中加入了設備和管道測厚管理，該系統創新性地設置了設備和管道測厚管理功能，包含測厚臺賬、測厚計劃、腐蝕預警和測厚記錄4 個子模塊（圖7）。

圖7 設備和管道測厚管理功能架構

在4 個子模塊之間，設備和管道測厚數據是互通的，下面以重力分離器D-1101Ⅰ測厚管理全流程為例進行介紹。

（1）圖8 標示了現場實際測厚點位，并設定測點原始厚度和腐蝕裕量，作為腐蝕預警的計算原始數據。

圖8 重力分離器D-1101Ⅰ測厚簡圖

（2）圖9 為設備管道的測厚計劃。

圖9 設備管道測厚計劃

（3）圖10 為測厚人員在APP 中填寫重力分離器D-1101Ⅰ實測厚度值的界面，并將數據上傳至系統端，作為腐蝕預警子模塊的計算實測數據。

圖10 輔助APP 測厚數據填寫界面

（4）圖11 所示為D-1101Ⅰ單個點位的腐蝕預警趨勢圖，根據現場測量的實測厚度值繪制而成。如果實測值超出規定的腐蝕裕量，將進行預警提示。

圖11 重力分離器單個測厚點位的腐蝕趨勢圖

在不同設備、不同腐蝕機理的介質環境下，設定的腐蝕裕量不相同，因此該項參數具有很強的針對性。這也說明，設備綜合管理系統對凈化廠的設備和管道測厚起到科學指導作用。

2.1.3 設備潤滑維護更加智能

設備全生命周期管理的重點是對設備的預防性維護保養，做好設備的維護保養有助于延長設備的使用壽命，天然氣凈化裝置設備綜合管理系統中維護及維修模塊中設置有設備潤滑管理功能。

在設備潤滑管理中配置有設備潤滑一覽表，表中規定有換油周期和潤滑部位，嚴格按照設備潤滑“六定”（定點、定質、定量、定時、定法、定崗）進行程序化管理。設備管理人員可通過潤滑計劃下達設備潤滑保養工單至輔助APP，維保人員在輔助APP 中記錄現場設備潤滑保養情況并上傳至系統端（圖12）。系統端收集到APP 上傳的數據后，在系統端形成潤滑記錄，系統后臺根據潤滑一覽表自動生成下一次設備潤滑維護時間。

圖12 現場填寫設備潤滑記錄

當所有設備完成一次潤滑周期的維護保養后，系統將自動生成當月設備維護保養計劃，并自動下達潤滑工單（圖13）。

圖13 設備潤滑管理功能流程

2.2 構建設備全生命周期維護數字化記錄系統

天然氣凈化裝置設備全生命周期管理的基礎功能就是設備全生命周期資料的記錄功能，但是僅有單一的數據記錄功能，對設備優質高效的管理的提升作用不大，因此設備全生命周期管理系統，除了設置規劃設計及選型、購置及制造、安裝及調試環節的前期資料收集統計功能模塊以外，在其他設備管理模塊中均設置了一定的數據記錄模塊，包括檢維修工單統計、設備管道測厚管理記錄、設備潤滑管理記錄等。另外，在特種設備管理以及日常其他常態化操作方面的記錄，均實現電子化的記錄。

2.2.1 特種設備檢查記錄信息化管理

天然氣凈化裝置主要特種設備為壓力容器、壓力管道、鍋爐、叉車等，根據TSG 08—2017《特種設備使用管理規則》要求，使用單位應每年開展特種設備安全狀況自查。忠縣凈化廠的管理實際為設備管理人員組織專業技術管理人員進行檢查后填寫檢查記錄表，同時還需將記錄掃描后傳至網頁上，由于生產裝置中特種設備數量較大，設備管理人員的工作量非常大，工作負擔非常重，工作效率也低。

為解決上述問題，設備綜合管理系統增加了特種設備年度自查模塊（圖14）。通過電子化檢查表格，提高了設備管理人員工作效率，工作負擔明顯降低，同時節約大量紙張及辦公室儲存空間。另外，電子化表格的查詢也更加方便。

圖14 特種設備年度自查功能

2.2.2 設備日常操作記錄電子化

天然氣凈化裝置動設備執行每周盤車、每月切換操作，此類操作的紙質記錄同樣需要多崗位人員進行逐臺簽字確認。動設備數量多導致人員簽字繁瑣，還存在周盤車弄虛作假的情況，為解決此類問題，將月切換和每周盤車設計成電子表格，從系統端下發至生產班組，在APP 逐臺記錄操作照片后上傳至系統端，既確保每周盤車的真實性，也是對長軸動設備的重要保護（圖15、圖16）。

圖15 系統端動設備盤車記錄

圖16 動設備月切換記錄

2.2.3 凈化裝置現場完整性管理更全面

單獨設置的裝置現場完整性管理模塊旨在將無設備位號的設備設施納入到設備全生命周期管理范圍，如一般用途閥門、安全閥、洗眼器等。對這一類設備設施加強全生命周期管理是提高現場設備設施完整性管理的重要一環，現場設備設施問題的閉環管理的數字化記錄有助于提升設備設施完整性管理的全面性。

以安全閥鉛封檢查為例，設備管理人員可以在系統中配置安全閥檢查內容，然后下達檢查工單至輔助APP（圖17）。檢查人員逐個現場進行安全閥檢查，最后將檢查結果上傳系統端（圖18）。維修人員根據檢查結果進行現場整改，形成安全閥鉛封的閉環管理，保證現場安全閥的完整性管理。

圖17 輔助APP 安全閥鉛封檢查工單

圖18 系統端安全閥鉛封檢查記錄

2.3 構建設備全生命周期預防性維護支撐系統

突破數據孤島，提供預防性檢修支撐。原網頁設備運維檔案管理要素間沒有數據溝通，形成了一個個數據孤島，無法為設備預防性檢修提供數據參考，更提不出來設備的預防性檢修計劃，導致出現過度維修和事后維修，都會縮短設備正常使用壽命。設備綜合管理系統從突破數據孤島著手，讓設備全生命周期管理7 個要素之間形成閉環管理。

（1）單臺設備設置固定的廠內編號，所有檢修和運維數據以廠內編號為唯一身份ID，在主數據界面即可查詢所有檢維修數據。板式換熱器E-1201ⅡB 的維修記錄界面如圖19 所示，設備的重要信息都可以直接根據廠內編號進行查詢。詳細可查的維修記錄為板式換熱器下次維修時間提供了周期性參考，可以起到合理采購和控制備品配件數量的作用。

圖19 板式換熱器E-1201ⅡB 維修記錄

（2）該系統同樣可以實現動設備的預防性檢修功能，系統內有故障統計功能，對每臺設備的故障率進行統計，同時對受損零件部分進行統計（圖20）。

圖20 設備故障率統計情況

（3）系統將統計兩次故障維修的間隔時間，作為下次設備維修計劃時間的參考，主要應用為機泵類設備的軸承、機械密封等易損件的更換，起到動設備預防性檢修的作用。

3 設備綜合管理系統的集成與運用

忠縣凈化廠設備綜合管理系統與分廠現用的機泵在線監測系統和數字化巡檢系統可以實現系統間融合，系統間的融合有助于進一步提升設備的信息化管理水平。

機泵在線監測系統具備故障報警和故障診斷功能，其頻譜分析功能同時具備設備潛在故障分析功能，在設備預防性檢修中作用重要。數字化巡檢系統與設備綜合管理系統的融合是基于裝置生產運行信息，在設備故障診斷、維修、保養過程中的作用重要。

通過3 個系統融合，實現了系統數據的互聯互通和綜合分析應用，將是該廠設備全生命周期管理的重點。

4 結束語

信息技術應用于工業化生產是當今發展的趨勢，忠縣凈化廠按照設備全生命周期管理原則，以設備全生命周期管理要素為內核，以點檢和預防性檢修為中心，以TPM（全員生產維護）為規范化管理基礎，打造設備綜合管理系統，充分展現天然氣凈化廠在設備管理方面的突出優勢和亮點，實現設備標準化管理和系統化管理。伴隨著與機泵在線監測系統、數字化巡檢系統的成功融合，它將進一步提升凈化廠大數據綜合應用水平，大幅提高安全生產管理水平。