劉哲 王俊強(qiáng) 王福運(yùn) 張貴元

中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院

摘要：借鑒設(shè)備資產(chǎn)完整性管理理念，梳理了油田聯(lián)合站關(guān)鍵設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息管理、基于風(fēng)險(xiǎn)和可靠性優(yōu)化檢驗(yàn)維修策略，實(shí)施了站場(chǎng)內(nèi)靜設(shè)備和動(dòng)設(shè)備的失效故障分析、風(fēng)險(xiǎn)與可靠性評(píng)價(jià)、檢測(cè)監(jiān)測(cè)、維修維護(hù)，通過(guò)安全儀表系統(tǒng)功能測(cè)試和完整性等級(jí)評(píng)價(jià)，分析了站場(chǎng)安全儀表系統(tǒng)有效性和可靠性。

關(guān)鍵詞：油田聯(lián)合站；設(shè)備完整性管理；靜設(shè)備；動(dòng)設(shè)備；安全儀表

資產(chǎn)完整性管理（Asset Integrity Management）技術(shù)是根據(jù)設(shè)備的類型、重要性、失效機(jī)理、故障模式等特征，制定優(yōu)化測(cè)試和檢維修策略，權(quán)衡管理投入與風(fēng)險(xiǎn)可接受性基礎(chǔ)上的綜合管理方式。站場(chǎng)設(shè)備完整性管理借鑒資產(chǎn)完整性管理理念，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與分析、檢測(cè)監(jiān)測(cè)，評(píng)價(jià)設(shè)備適用性和可靠性狀態(tài)，實(shí)施優(yōu)化的維修維護(hù)措施，達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理改進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)管理水平的目的。

1  管理體系組成

通常由管理平臺(tái)（含數(shù)據(jù)庫(kù)）、體系文件、技術(shù)方法等部分構(gòu)成。管理平臺(tái)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、檢測(cè)維護(hù)、效能評(píng)價(jià)等信息化和自動(dòng)化管理。體系文件分為總則（質(zhì)量手冊(cè)）、程序文件、操作規(guī)程和記錄文檔等4個(gè)層級(jí)。技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)站場(chǎng)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、設(shè)備安全質(zhì)量狀況的檢驗(yàn)檢測(cè)、安全儀表系統(tǒng)的可靠性等級(jí)評(píng)估等。

2  流程與應(yīng)用

2.1  管理流程

可劃分為5個(gè)主要環(huán)節(jié)并循環(huán)執(zhí)行，如圖 1所示。針對(duì)靜設(shè)備RBI、動(dòng)設(shè)備RCM、安全儀表系統(tǒng)SIL等均有相應(yīng)工作流程，如圖 2所示。

圖 1 站場(chǎng)設(shè)備完整性管理循環(huán)示意圖

圖 2 站場(chǎng)設(shè)備完整性管理工作流程示意圖

2.2  應(yīng)用實(shí)踐

2.2.1  基于風(fēng)險(xiǎn)的靜設(shè)備檢驗(yàn)

某油田站場(chǎng)靜設(shè)備主要包括承壓管道、承壓容器及常壓儲(chǔ)罐等，以管道腐蝕檢驗(yàn)為例，其方法有效性如表 1所示。

根據(jù)需求采用定性或定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法確定設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)值，參考GB/T 26610―2014《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則》中失效可能性定量分析方法和失效后果定量分析方法評(píng)估設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)可接受性。全部設(shè)備單元的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行等級(jí)劃分后以風(fēng)險(xiǎn)矩陣展示，如圖 3所示。

圖 3 風(fēng)險(xiǎn)矩陣示意圖

結(jié)合設(shè)備損傷機(jī)理、失效模式和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分結(jié)果，可制定詳細(xì)的靜設(shè)備RBI檢測(cè)方案，包括其主要損傷機(jī)理、高風(fēng)險(xiǎn)部位及有效檢測(cè)手段等信息。

2.2.2  以可靠性為中心的動(dòng)設(shè)備維修

以某雙列雙級(jí)對(duì)置平衡式往復(fù)壓縮機(jī)為例，工作排量15.2 m3/h，二級(jí)出口壓力0.55 MPa，其典型故障包括氣閥、彈簧、活塞環(huán)故障，機(jī)組振動(dòng)，活塞桿發(fā)熱、磨損、斷裂，氣缸磨損等故障模式。由表 2可以看出，對(duì)壓縮機(jī)部件進(jìn)行重要性評(píng)價(jià)，重要性級(jí)別相對(duì)低的部件通常采用事后維修；重要性級(jí)別高的部件是維護(hù)重點(diǎn)，需通過(guò)分析確定維修策略。該壓縮機(jī)17個(gè)元部件參與分析，約含47個(gè)故障模式，其中活塞桿、連桿、氣缸和軸承等是壓縮機(jī)系統(tǒng)中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)相對(duì)較高的元部件。可依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的高低來(lái)確定響應(yīng)的維修方式。

采集振動(dòng)信號(hào)是動(dòng)設(shè)備故障診斷的首要環(huán)節(jié)。通過(guò)各類傳感器采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，再經(jīng)故障特征提取，判斷設(shè)備運(yùn)行是否處于正常狀態(tài)。

本次振動(dòng)測(cè)量最大峰值為3.63 mm/s，階次約2.01x（x為轉(zhuǎn)速），位于測(cè)點(diǎn)1切向方向的高頻范圍內(nèi)。其診斷結(jié)果和維修維護(hù)建議如表 3所示。

低風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備維修方式取決于預(yù)防措施投入是否較事后維修更經(jīng)濟(jì)、有效。中風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備應(yīng)進(jìn)行合理的“成本－收益”分析以確定維修方式。高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備通過(guò)調(diào)整設(shè)備維修方式或縮短停機(jī)時(shí)間來(lái)降低故障頻率，維修方式的決策樹(shù)如圖 4所示。

圖 3 風(fēng)險(xiǎn)矩陣示意圖

2.2.3  安全儀表系統(tǒng)SIL評(píng)價(jià)

安全儀表主要用于DCS控制失效時(shí)通過(guò)安全聯(lián)鎖確保系統(tǒng)安全性，可能由于保護(hù)功能不足或過(guò)度導(dǎo)致安全隱患。安全儀表系統(tǒng)及所需安全完整性等級(jí)（Safety Integrity Level，即SIL），采用國(guó)際電工組織IEC標(biāo)準(zhǔn)所推薦的保護(hù)層分析方法，并參考GB/T 20438《電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全》和GB/T 21109《過(guò)程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全》等標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)可靠性將安全儀表分成4個(gè)等級(jí)，即SIL1、SIL2、SIL3和SIL4。

根據(jù)PFD圖、PID圖、聯(lián)鎖系統(tǒng)邏輯圖和SIS設(shè)置要求，分析確認(rèn)SIF和硬件冗余設(shè)置，采用Markov模型計(jì)算可靠性指標(biāo)，根據(jù)分析結(jié)果確定符合性并形成結(jié)論和改進(jìn)建議。某站場(chǎng)設(shè)置4項(xiàng)安全聯(lián)鎖功能的目標(biāo)需求等級(jí)和計(jì)算等級(jí)匯總?cè)绫?#8197;4所示。

3  結(jié)論與展望

（1）基于風(fēng)險(xiǎn)的靜設(shè)備檢驗(yàn)、以可靠性為中心的動(dòng)設(shè)備分析和安全儀表系統(tǒng)等級(jí)評(píng)價(jià)等資產(chǎn)完整性管理的有效實(shí)施，可以為油田聯(lián)合站關(guān)鍵設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)管理提出科學(xué)有效的解決方案，以助管理單位在風(fēng)險(xiǎn)管控的成本投入與效果之間尋求策略的最優(yōu)化。以指導(dǎo)同類站場(chǎng)設(shè)備管理工作，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升設(shè)備管理水平并形成行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范站場(chǎng)設(shè)備的完整性管理行為。

（2）以設(shè)備完整性管理平臺(tái)為支撐，配合體系文件和有效技術(shù)手段，構(gòu)建站場(chǎng)設(shè)備完整性管理體系。但體系框架仍有大量技術(shù)和管理問(wèn)題亟待解決，包括在時(shí)間維度上擴(kuò)展至站場(chǎng)設(shè)備的全生命周期，對(duì)象維度上擴(kuò)展至更多的站場(chǎng)設(shè)備設(shè)施類型，技術(shù)維度上擴(kuò)展至智能化數(shù)據(jù)采集、風(fēng)險(xiǎn)精準(zhǔn)識(shí)別與動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)、高精度完整性檢測(cè)評(píng)價(jià)等諸多方面。

作者簡(jiǎn)介：劉哲，1981年生，碩士研究生，從事壓力管道和場(chǎng)站設(shè)施完整性管理技術(shù)和體系研究工作。聯(lián)系方式：18522952700，liuzhe1981@foxmail.com。