機(jī)械完整性在化工企業(yè)設(shè)備管理的應(yīng)用

李軍紅

（杜邦中國集團(tuán)有限公司上海分公司，上海201203）

機(jī)械完整性是指對涉及到危險(xiǎn)化學(xué)品或有毒化學(xué)品的工藝、儲存設(shè)備，得到必要的、充分的、安全的維護(hù)和維修，從而將釋放這些化學(xué)物質(zhì)可能造成的危險(xiǎn)后果的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

為了確保設(shè)備安全操作和設(shè)備可靠運(yùn)行符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)工廠必須有有效的系統(tǒng)在設(shè)備生命周期管理其機(jī)械完整性，從設(shè)計(jì)、建設(shè)、安裝，貫穿整個(gè)服役周期（操作、維護(hù)、修理、改造和完整性評估等）直到報(bào)廢[1]。切實(shí)可行的機(jī)械完整性管理系統(tǒng)可以利用檢查（完整性評估）和其他優(yōu)化資源，采取技術(shù)改進(jìn)措施和規(guī)范設(shè)備管理相結(jié)合的方式保證整個(gè)化工裝置關(guān)鍵安全設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的完好性，達(dá)到減少工廠生產(chǎn)的停車，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝置的安全平穩(wěn)和長周期運(yùn)行。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集與優(yōu)化策略

機(jī)械完整性是源自美國勞工部職業(yè)安全與健康管理局的法規(guī)，按照要求適用于以下設(shè)備：壓力容器和儲罐，管道系統(tǒng)（包括管道附件如閥門），泄放和排放裝置，緊急切斷系統(tǒng)，控制系統(tǒng)（包括監(jiān)測裝置和傳感器、報(bào)警和聯(lián)鎖），轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備（泵、壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)），消防設(shè)備和通風(fēng)系統(tǒng)。

在實(shí)施機(jī)械完整性項(xiàng)目初期，最重要的是識別出來生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵安全設(shè)備，這些關(guān)鍵安全設(shè)備是進(jìn)行儲藏和處理危險(xiǎn)化學(xué)物料，對于工藝安全管理、環(huán)境保護(hù)或?qū)ιa(chǎn)成本起著至關(guān)重要的設(shè)備。在決定哪些設(shè)備是否應(yīng)該包含在關(guān)鍵設(shè)備清單時(shí)，通?？紤]4個(gè)方面：

1)儲藏危險(xiǎn)化學(xué)品的設(shè)備；

2)防止危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏的設(shè)備；

3)減輕危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏程度的設(shè)備；

4)對儲存、防止或者減輕危險(xiǎn)化學(xué)品起輔助作用的設(shè)備。

以上4點(diǎn)最核心的判定標(biāo)準(zhǔn)也是基于化工生產(chǎn)安全管理、員工職業(yè)安全與健康管理和環(huán)境保護(hù)的政策要求上提出的優(yōu)化策略。除此之外，參與機(jī)械完整性項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)成員組成也至關(guān)重要，需要有專業(yè)的機(jī)械完整性工程師、工藝工程師、安全工程師、可靠性工程師、工藝安全管理工程師以及質(zhì)量工程師等，跨專業(yè)的工程師團(tuán)隊(duì)對于初期關(guān)鍵安全設(shè)備的篩選以及后期制定經(jīng)驗(yàn)測試預(yù)防性維護(hù)程序的制定提供更為全面的支持，而來自于工廠經(jīng)理或者裝置經(jīng)理的支持同樣對機(jī)械完整性項(xiàng)目的成功會(huì)提供更為持續(xù)的保障。

在完成工廠的關(guān)鍵安全設(shè)備后，需要將列入其中的設(shè)備分類進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集?；A(chǔ)數(shù)據(jù)包含設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力、溫度、材料、壁厚和容積等。這些參數(shù)可以從供應(yīng)商或制造商提供的圖紙上查閱。從工藝流程圖和設(shè)計(jì)文件中調(diào)取工藝數(shù)據(jù)，如物料組分、操作溫度和操作壓力等數(shù)據(jù)。由于機(jī)械完整性涉及保護(hù)裝置，可以查閱安全保護(hù)裝置的設(shè)置及維護(hù)等安全信息，以及從工廠的數(shù)據(jù)庫查閱有關(guān)壓力容器和壓力管道的歷次檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。此外，收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)必須查閱識別的關(guān)鍵安全設(shè)備的工藝安全管理和裝置工藝改造的歷史數(shù)據(jù)，避免僅根據(jù)原始資料的信息而未能從裝置改造數(shù)據(jù)得到最新的設(shè)備信息。機(jī)械完整性工程師將匯總的設(shè)備信息按照數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范進(jìn)行整理后導(dǎo)入Maximo或SAP系統(tǒng)中。

2 設(shè)備檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)

一旦機(jī)械完整性覆蓋的范圍確定，將主要集中在完善和執(zhí)行檢查、測試和預(yù)防性維護(hù)項(xiàng)目。預(yù)防性維護(hù)包括所有主動(dòng)性維修任務(wù)預(yù)防或預(yù)測機(jī)械完整性項(xiàng)目覆蓋的設(shè)備的失效，檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)，目的是識別和執(zhí)行維修活動(dòng)確保設(shè)備的完整性。這樣做有機(jī)會(huì)減免故障維修而轉(zhuǎn)向更主動(dòng)地維護(hù)設(shè)備的完整性。為此，檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)的完善和實(shí)施包括計(jì)劃、執(zhí)行和監(jiān)控2個(gè)階段。

1)檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)任務(wù)計(jì)劃。這個(gè)階段的活動(dòng)包括識別和歸檔所需檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)任務(wù)確定執(zhí)行這些任務(wù)的頻率。接下來這些任務(wù)轉(zhuǎn)化為計(jì)劃。此時(shí)的計(jì)劃應(yīng)該是以保證設(shè)備的可靠性和安全性以及工廠運(yùn)營成本的經(jīng)濟(jì)性為基礎(chǔ)。充分考慮到4個(gè)方面制定計(jì)劃：

①為什么要檢驗(yàn)該設(shè)備？需要檢查和測試哪一種類型的缺陷？

②從設(shè)備的哪些部件檢查設(shè)備缺陷？已有的檢驗(yàn)手段是否可以查找到缺陷位置？

③怎樣能發(fā)現(xiàn)缺陷的最佳技術(shù)？怎么測量破壞形式如壁厚減薄、裂紋等？

④什么時(shí)候是最佳的檢驗(yàn)時(shí)間？

2)檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)任務(wù)執(zhí)行和監(jiān)控。讓有資質(zhì)的人員根據(jù)計(jì)劃表執(zhí)行這些任務(wù)的計(jì)劃。為了達(dá)到此目的，檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)項(xiàng)目需要監(jiān)測進(jìn)度表，任務(wù)結(jié)果及整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施的效果。

為了實(shí)施檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)項(xiàng)目，所有相關(guān)部門人員要檢查識別和歸檔檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)任務(wù)并為重復(fù)發(fā)生的任務(wù)制定計(jì)劃表。參考重復(fù)任務(wù)的一覽表和檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)項(xiàng)目相應(yīng)的計(jì)劃表，計(jì)劃的主要因素包括：

①包含機(jī)械完整性覆蓋范圍內(nèi)所有設(shè)備重復(fù)的檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)任務(wù)；

②定義每個(gè)檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)任務(wù)的基礎(chǔ)和相應(yīng)的時(shí)間間隔；

③提供相應(yīng)的程序和其他必要的參考（如原始設(shè)備制造商的手冊）；

④為每個(gè)檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)項(xiàng)目定義各自的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

工廠決定最合適的格式來搜集和歸類結(jié)果。根據(jù)工廠的檔案保管要求，每個(gè)在機(jī)械完整性程序過程中的檢查和測試應(yīng)形成書面紀(jì)錄，并保持至少3年。關(guān)于管道系統(tǒng)，壓力容器，儲罐和其他管道系統(tǒng)部件的檢查記錄應(yīng)以持續(xù)進(jìn)行，在整個(gè)設(shè)備生命周期過程中予以保管。

在識別機(jī)械完整性項(xiàng)目過程中，工廠對檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)注重落實(shí)。機(jī)泵P3005入口過濾器的缺失造成金屬異物進(jìn)入泵體，在隨著葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，進(jìn)而引起軸頭斷裂和葉輪葉片損壞（見圖1），對工藝生產(chǎn)造成停工。為此，團(tuán)隊(duì)識別其設(shè)備和工藝的重要性，將該泵作為生產(chǎn)關(guān)鍵安全設(shè)備，在進(jìn)口管線增加進(jìn)口過濾器，并在維護(hù)項(xiàng)目中增加每半年拆卸過濾器，檢查過濾器是否有堵塞或破損，維修工單完成后由機(jī)械完整性工程師全部檢查。

檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)是動(dòng)態(tài)持續(xù)改進(jìn)的過程。按照普遍認(rèn)可的良好的工程實(shí)踐編制的檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)程序既需要符合制造商的建議和良好的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，必要時(shí)也需要根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)增加檢驗(yàn)和測試的頻率。

某公司制定了新的涂料生產(chǎn)車間的粉塵防爆的標(biāo)準(zhǔn)，并且在中國等地區(qū)大力推行粉塵爆炸知識的宣講。機(jī)械完整性團(tuán)隊(duì)理論聯(lián)系實(shí)際，開始關(guān)注涂料生產(chǎn)車間的粉塵安全隱患，除塵區(qū)域內(nèi)的關(guān)鍵安全設(shè)備的識別和實(shí)施預(yù)防措施。首先要求車間嚴(yán)格控制潛在點(diǎn)火能量，包括日常的生產(chǎn)工藝操作和維修作業(yè)，降低一次爆炸的可能性。其次加強(qiáng)車間粉塵堆積的管理，盡可能避免粉塵二次爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)機(jī)械完整性團(tuán)隊(duì)對于涂料生產(chǎn)車間的安全評估，測量到車間的粉塵累計(jì)厚度已達(dá)8mm（見圖2），車間需要停工后先進(jìn)行切斷電源再人工清掃和吸塵，徹底清除各設(shè)備上和車間桁架的粉塵。整個(gè)高空清掃工作完成后，收集的可爆炸性粉塵重量累計(jì)710 kg。

圖1 葉輪葉片斷裂Fig 1 Fracture of impeller and blade

為了防止靜電積聚引起火花，機(jī)械完整性團(tuán)隊(duì)考慮到潛在的粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)，在所有輸送爆炸性粉塵的設(shè)備和管道間增加跨接線，并在檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)增加了檢查跨接線是否完好、萬用表檢查跨接線的電阻須小于10Ω的內(nèi)容（見圖3）。檢查和測試周期在Maximo設(shè)定為季度工單。

在進(jìn)行溶劑系統(tǒng)設(shè)備的檢驗(yàn)、測試和預(yù)防性維護(hù)審核時(shí)，發(fā)現(xiàn)由于工廠溶劑輸送管道系統(tǒng)墊片選用錯(cuò)誤，所有的墊片均為乙丙橡膠墊片，而按照規(guī)范正己烷溶劑屬于易燃化學(xué)品，管道墊片應(yīng)該采用金屬石墨纏繞墊片（見圖4）。某公司機(jī)械完整性團(tuán)隊(duì)立即將這一情況與工廠經(jīng)理進(jìn)行反映，并制定施工作業(yè)安全評估，對該系統(tǒng)墊片進(jìn)行升級更換。

3 員工培訓(xùn)和質(zhì)量保證

員工培訓(xùn)是一個(gè)有效機(jī)械完整性的重要因素。合適的培訓(xùn)確保實(shí)施機(jī)械完整性任務(wù)的員工有能力完成自己在整個(gè)體系中的職責(zé)，正確始終如一的執(zhí)行機(jī)械完整性任務(wù)如減少人為失誤的機(jī)會(huì)。減少人為失誤可以極大減少整個(gè)設(shè)備失效率[2]。

要評估當(dāng)前人員和新員工與需工作要求的知識結(jié)構(gòu)，知道差距在哪里以便工廠提供培訓(xùn)或借助于外部幫助使員工得到更進(jìn)一步的培訓(xùn)和資質(zhì)要求。除了工廠提供的培訓(xùn)，還應(yīng)該參加政府部門安排的培訓(xùn)和考試，取得法規(guī)要求的資質(zhì)培訓(xùn)。

質(zhì)量保證涵蓋了設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝和維修等各個(gè)階段，是機(jī)械完整性項(xiàng)目的重要保障。

在設(shè)備制造過程中，工廠需要確認(rèn)制造商有適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量保證體系，并且派人參與監(jiān)督設(shè)備的關(guān)鍵制造步驟和環(huán)節(jié)。任何對于設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)的改變，需要經(jīng)過機(jī)械完整性項(xiàng)目相關(guān)的工程師審查，并且需要遵照變更管理程序。

建設(shè)和安裝必須安排合格的有資質(zhì)的人員如焊接作業(yè)人員。安裝說明書對安裝人員有很重要的指導(dǎo)作用?？⒐ぐ惭b的檢查和測試必須進(jìn)行的特別測試包括壓力設(shè)備的水壓試驗(yàn)、儀表的聯(lián)鎖調(diào)試。規(guī)范的作業(yè)程序或檢查表有助于執(zhí)行的一致性和質(zhì)量檢測。設(shè)備試車運(yùn)行安全檢查是識別質(zhì)保的最終機(jī)會(huì)，在此期間，可以比較安裝的設(shè)備和設(shè)計(jì)文件，確認(rèn)項(xiàng)目具體的安裝要求。工廠應(yīng)該記錄設(shè)計(jì)與安裝的差異，評估差異是否可以允許，在設(shè)備投用前進(jìn)行必要的改進(jìn)措施，歸檔記錄并關(guān)閉所有識別的項(xiàng)目。

備品備件管理必須建立機(jī)械完整性設(shè)備中影響工藝安全的關(guān)鍵零備件的清單，并列出其技術(shù)參數(shù)等信息。嚴(yán)格控制備品備件的采購、驗(yàn)收、保管和使用，防止錯(cuò)誤使用。使用不同于原始部件的替代需要按照進(jìn)行變更管理程序[3]。

4 結(jié)論

開展機(jī)械完整性項(xiàng)目可改變化工企業(yè)原設(shè)備管理的盲目、保守、過修、失修和浪費(fèi)，增強(qiáng)設(shè)備檢修治理的科學(xué)性，設(shè)備管理體系的規(guī)劃與作業(yè)執(zhí)行考慮其風(fēng)險(xiǎn)等級，將檢驗(yàn)測試和預(yù)防性維護(hù)資源從低風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備注意到高風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備上，提高對設(shè)備的監(jiān)測技術(shù)水平。有針對性地實(shí)施檢查測試和預(yù)測性維護(hù)的設(shè)備管理策略，節(jié)約大量的人力、物力和財(cái)力，降低維修成本，增加工廠運(yùn)行效益，并將提高化工廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和現(xiàn)代化管理水平。

圖2 桁架工字梁粉塵清理前后對比Fig 2 Contrastof truss h-beam before and after dust cleaning

圖3 防止靜電-跨接線Fig 3 Static electricity prevention-jumperwire

圖4 改造前的乙丙橡膠墊片和改造后的金屬石墨纏繞墊片F(xiàn)ig 4 Ethylene propylene rubber gasketbeforemodification andmetal graphite spiralwound gaskets aftermodification

[1]王剛強(qiáng),陳江.石油化工企業(yè)靜設(shè)備完整性管理技術(shù)研究[J].現(xiàn)代化工,2014,34(6):10-12.

[2]袁樹平.淺析機(jī)械設(shè)備完整性管理是企業(yè)安全的重要保障[J].科技資訊,2013(23):157-158.

[3]李軍紅.新技術(shù)在設(shè)備維護(hù)管理中的應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程,2013(2):40-41.