閉鎖料斗程控球閥可靠性RCM分析

孔立新 劉莉

摘? 要：以某公司1#汽油脫硫裝置閉鎖料斗單元的31臺程控球閥為例，開展以可靠性為中心的維修（RCM）分析。通過故障模式與影響分析，識別程控球閥的主要失效模式，分析失效原因，確定故障的影響及其風險等級，并給出適宜的故障識別方法，提出合理的維修時間和維修類型，改善程控球閥運行狀況（該處的改善運行狀況指程控球閥），降低故障率。優化后的策略可提升程控球閥的運行可靠性，減少閉鎖料斗系統非計劃停運。

關鍵詞：程控球閥；失效模式；影響分析；風險；策略

中圖分類號：TE96? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）19-0135-04

Abstract： Taking 31 programmable ball valves in the locking hopper unit of a certain company's No.1 gasoline desulfurization unit as an example， a reliability centered maintenance （RCM） analysis is conducted. Through fault mode and impact analysis， identify the main failure modes of programmable ball valves， analyze the causes of failure， determine the impact and risk level of faults， and provide appropriate fault identification methods. Propose reasonable maintenance time and types to improve the operation status of programmable ball valves （referred to as improved operation status here） and reduce the failure rate. The optimized strategy improves the operational reliability of the programmable ball valve and reduces unplanned shutdowns of the locking hopper system.

Keywords： programmable ball valves; failure mode; impact analysis; risk; strategy

裝置閉鎖料斗區所屬31臺程控球閥開展以可靠性為中心的維修（以下簡稱RCM）分析，對裝置現有設備維修策略進行優化并達成以下工作目標。①通過故障模式與影響分析，識別閉鎖料斗程控球閥的主要失效模式，分析失效原因，確定故障的影響及其風險等級。②根據閉鎖料斗程控球閥失效模式與風險等級，制定以可靠性為中心的維修策略，給出適宜的故障識別方法，提出合理的維修類型和維修時間。③通過維修策略的實施，預警、發現并消除閉鎖料斗程控球閥缺陷，改善運行狀況，降低故障率。

1? 概況

2005年中國石化引進美國康菲公司S-Zorb工藝，在燕山石化煉油部建成S-Zorb裝置，并于2007年6月一次開車成功。S-Zorb工藝原理是將來自催化裂化裝置的汽油與少量的氫氣混臺后進行加熱，汽化后的汽油進入裝有吸附劑的硫化反應床內，除去原料中的硫，在反應器頂部緩沖區除去氣相產物中的懸浮吸附劑。而抽出反應器的氣相產物被冷卻分離，送后續穩定系統處理。

閉鎖料斗借助程控球閥把吸附劑從反應器接收器的高壓烴環境轉移到再生器進料器的低壓含氧環境中，再從再生器接收器的低壓含氧環境傳送到還原器的高壓烴環境里。在再生器內，吸附劑上的硫被轉化為SO2送到硫回收裝置。因為在吸附劑傳輸過程中存在氫氧介質交替的情況，所以閉鎖料斗程序需要通過控制程控球閥完成進卸劑、吹掃、加減壓過程，以便在正常的操作中維持一個安全的環境。

2? 實施過程

2.1? 確定分析范圍

閉鎖料斗程控球閥可靠性RCM分析的實施對象是裝置在役閉鎖料斗31臺程控球閥。

2.2? 范圍確定與可維修部件劃分

2.2.1? 范圍確定

確定需要分析的程控球閥邊界如圖1所示。

2.2.2? 可維修部件劃分

按照設備單元—子單元—可維修部件三級對程控球閥進行可維修部件劃分，見表1。

2.3? 程控球閥數據收集與統計分析

2.3.1? 程控球閥數據收集

FMEA（失效模式和效果分析）是一種用來確定潛在失效模式及其原因的分析方法，通過應用FMEA可在產品設計或生產工藝真正實現之前發現產品的弱點。數據的準確性和詳細程度是FMEA分析的基礎。2019年5月，儀表項目組與儀表技術人員和儀表維護班組共同進行資料的收集工作，主要收集了以下資料：①裝置概況及工藝流程圖；②設備臺賬-技術參數；③設備運行臺帳及檢維修記錄；④設備故障記錄、事故分析報告；⑤管道和儀表圖（PID）；⑥設備現場照片及主要設備的裝配（簡）圖；⑦現有的維修策略指導文件。

按照FMEA分析規則，項目組成員通過對收集的數據進行整理、匯總、分析，根據收集到的數據、信息整理裝置程控球閥基本信息和維護檢修記錄。

2.3.2? 程控球閥年度故障統計

2015年1月至2019年5月，裝置閉鎖料斗程控球閥共發生檢維修作業95臺次。具體情況如圖2所示。

2.4? 風險準則確定

根據北京燕山分公司裝置設備運行情況，管理現狀，執行的安全、環境的相關法規/標準等，項目組共同制定出風險可接受準則，并與管理人員、儀表技術人員、維護人員共同討論和修正評價準則。

評價準則包括：故障頻率評價準則、安全后果評價準則、環境后果評價準則、生產損失后果評價準則、維修成本后果評價準則和相應風險矩陣。

根據風險準則，依據事件發生的后果和事件發生的頻次的乘積將風險分為4個等級，分別為：①低風險（L），表示可忽略的風險；②中風險（M），表示可接受的風險；③中高風險（MH），表示不期望的風險；④高風險（H），表示不可接受的風險。

2.5? 關鍵性分析

分別對31臺程控球閥進行關鍵性分析，確定關鍵性設備。中、高關鍵性設備31臺，需進一步進行詳細的FMEA分析。

2.6? 設備FMEA分析

根據分析流程對關鍵性設備進行設備FMEA分析，得到設備主要失效模式、故障影響，并最終確定設備風險等級。

2.6.1? 程控球閥主要失效模式識別

從收集到的故障信息看，S-Zorb裝置程控球閥失效模式主要為動作延時（DOP）、關閉位置泄漏（LCP）、結構性缺陷（STD）、工藝介質外部泄漏（ELP）、輔助介質泄漏（ELU）和要求時開失效（FTO）6種。

程控球閥失效模式統計見表2，分布情況如圖3所示。

2.6.2? 關鍵部件識別

根據表2，裝置開關閥的主要可維修部件為導致功能失效的關鍵部件，識別結果見表3。

2.6.3? 故障頻率計算

依據以上關鍵功能部件和故障模式識別結果，對每臺設備關鍵功能部件的主要故障模式的故障率進行計算，故障次數與運行時間的比值，如下式

2.6.4? 故障影響及后果分析

針對不同部件、不同失效模式及其后果進行分析，確定后果嚴重程度。得出每種失效模式影響后果（包括安全影響、環境影響、生產損失和維修成本）等級。

2.6.5? 失效模式危害性分析

從安全、環境、生產損失和維修成本影響4個方面進行失效模式危害性分析，根據風險評價準則，確定失效模式的風險等級。風險等級分為低風險、中風險、中高風險和高風險4類。

2.7? 設備風險等級確定

依據失效模式的風險評價結果確定設備風險等級，失效模式的最高風險決定了設備的風險等級。即只要存在高風險的失效模式，則該設備風險等級為高風險；當設備失效模式的最高風險等級為中高風險時，該設備風險等級為中高風險；當設備失效模式的最高風險等級為中風險時，該設備風險等級為中風險；只有當設備所有失效模式均為低風險時，該設備風險等級為低風險。

通過對該裝置的31臺程控球閥進行風險評價，S-Zorb裝置處于高風險狀態的有2臺；處于中高風險的有5臺；處于中風險的有8臺；低風險的有16臺。其風險分布和統計比例分別如圖4和表4所示。

3? 設備維修策略制定

設備維修策略包括維修方式的選擇，維修內容、方法、周期和標準確定等。設備維修策略的制定依據設備風險等級選擇不同維修方式，并根據維修方式、失效模式、失效原因確定維護檢修項目、方法和周期。

3.1? 維修方式確定

設備維修方式一般包括預測維修、預防性維修、故障維修和改善性維修4種。

高風險和中高風險設備：高風險設備應采取狀態監測手段進行預測性維修；中高風險設備的維修方式推薦在具備足夠監測手段和條件的情況下優先選擇預測維修，同時結合預防維修來制訂維修計劃。

中風險設備：推薦采取以定時更換、修理和定期檢查并根據檢查結果來安排近期檢修計劃的預防性維修方式制訂維修計劃。

低風險設備：采用故障維修的維修方式，執行日常維護策略。

達到使用壽命末期的程控球閥，建議采用改進維修或更新。

3.2? 維修部件、內容、方法、周期及標準

程控球閥的預測維修重點是監控其運行平穩性、儀表線路完整性和儀表風露點，具體內容見表5。

3.3? 程控球閥維修策略

程控球閥維修策略制定應結合主要失效模式和可維修部件，同時考慮裝置檢修周期、在線故障處理的難易程度等因素。

日常維護方面：在執行現有儀表設備巡檢制度的基礎上，應每周檢查一次，包括盤根是否泄漏；防雨帽是否完好；注油器是否完好；儀表風系統是否正常；定位器與執行機構之間的連接是否牢固。

程控球閥維修方面：針對“動作延時、關閉位置泄漏、結構性缺陷和要求開時失效”4種失效模式超過全部失效的64%情況，結合可維護部件失效情況，制定維護檢修策略。①每季度對執行機構閥桿注油一次，以改善盤根-閥桿潤滑效果；每月對儀表風過濾器進行一次排空。②無旁路、在線檢修空間受限的程控球閥，應每半年手動檢驗測試一次，進行活動試驗，檢測執行機構是否完好。③檢修期間集中對定位器的恒節流孔和空氣過濾器進行清潔，檢查確認過濾器濾芯規格滿足程控球閥對儀表風品質要求，避免儀表風不合格引起定位器故障；新上線的過濾減壓閥要根據不同的定位器選取響應的過濾精度和材質，以保證儀表風滿足定位器要求。④檢修結束后及時恢復程控球閥的保溫，同時關注程控球閥上下游管線保溫情況，防止高溫介質因程控球閥保溫不合格在閥體處結焦，避免出現卡塞現象。

4? 結論

針對程控球閥故障率高、影響裝置長周期運行和產品質量，公司聚焦主要矛盾，組織專業團隊對1#汽油脫硫裝置閉鎖料斗的31臺程控球閥開展以可靠性為中心的維修，有效改善運行狀況，降低了故障率。

參考文獻：

[1] 陳堯煥.汽油吸附脫硫裝置技術問答[M].北京：中國石化出版社，2015.

[2] 孫麗麗.汽油吸附脫硫工藝與工程[M].北京：中國石化出版社，2019.

[3] 何衍慶，邱宣振，楊潔，等.控制閥工程設計及應用[M].北京：化學工業出版社，2005.

[4] 陳培文.調節閥實用技術[M].北京：機械工業出版社，2006.

[5] 系統可靠性分析技術 失效模式和影響分析（FMEA）程序：GB/T 7826—2012[S].2012.

[6] 失效模式、影響及危害性分析指南：GJB/Z 1391—2006[S].2006.

[7] Petroleum，petrochemical and natural gas industries Collection and exchange of reliability and maintenance data for equipment：ISO 14224：2006[S].2006.

[8] 張永軍.生產過程控制管理[Z].亞寶藥業三分公司培訓資料，2012.

[9] 童秋階，李一樂，羅倩，等.分散型控制系統工程設計規范：HG/T 20573—2012[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[10] 陳小淙.安全開放的過程控制解決方案——施耐德電氣Plant- StruxureTM協同自動化系統[J].自動化博覽，2013，30（1）：23.