往復(fù)式壓縮機的完整性管理

田 祺 楊劍鋒 劉文彬

（北京化工大學(xué)化工安全教育部工程研究中心，北京 100029）

往復(fù)式壓縮機的完整性管理

田 祺 楊劍鋒 劉文彬

（北京化工大學(xué)化工安全教育部工程研究中心，北京 100029）

往復(fù)壓縮機是石油石化行業(yè)中重要的動力設(shè)備，其安全性與穩(wěn)定性很重要。但實際中其故障率高居不下。為此提出往復(fù)式壓縮機完整性管理，有助于實現(xiàn)往復(fù)壓縮機在其生命全周期功能完整與狀態(tài)可控。

往復(fù)式壓縮機；完整性管理；故障模式分析；以可靠性為中心的維修

一、往復(fù)式壓縮機完整性管理技術(shù)簡介

煉化資產(chǎn)完整性管理(AIM)是指通過先進的管理理念與技術(shù)使煉化設(shè)備始終處于安全可靠、受控的工作狀態(tài)。完整性管理是對所有影響設(shè)備完整性的因素進行綜合的、一體化的管理，即在設(shè)備的科研、設(shè)計、施工、運行的各個階段，不斷識別和評估面臨的各種風(fēng)險因素，采取相應(yīng)的措施削減風(fēng)險，將設(shè)備風(fēng)險水平控制在合理的可接受范圍之內(nèi)。與傳統(tǒng)的設(shè)備管理方法相比，完整性管理更加強調(diào)整體性、動態(tài)和持續(xù)改進，其理念是“缺陷是無處不在的，只有不斷識別，跟蹤缺陷的發(fā)展，并不斷消除缺陷才能保證本質(zhì)安全”。

具體來講，往復(fù)壓縮機完整性管理是指通過對技術(shù)持續(xù)改進與往復(fù)壓縮機管理不斷完善的方式，使往復(fù)壓縮機始終處于安全、可靠、受控的狀態(tài)。其含義包括以下幾個方面：往復(fù)壓縮機在運行全周期始終處于功能完整、狀態(tài)受控；管理者仍將不斷采取行動，改進技術(shù)與管理模式以實現(xiàn)往復(fù)壓縮機生命全周期動態(tài)完整性監(jiān)控與管理；往復(fù)壓縮機完整性管理貫穿于設(shè)備設(shè)計、制造、安裝、使用、維護直至報廢全過程。建立往復(fù)壓縮機完整性管理體系需要的工作內(nèi)容包括：制定完整性管理目標、工作計劃、工作流程與工作程序文件；掌握可能導(dǎo)致往復(fù)壓縮機非正常停車的故障模式及其機理，并制定與之對應(yīng)的應(yīng)急處理措施；識別往復(fù)壓縮機關(guān)鍵或易損部件，并編制設(shè)備KPI績效指標定期考核；運用先進的檢測與監(jiān)測手段對往復(fù)壓縮機關(guān)鍵部件進行檢驗與評價，并將信息及時反饋給技術(shù)人員，制定檢維修策略；結(jié)合檢維修情況，及時調(diào)整完整性管理目標以實現(xiàn)閉環(huán)動態(tài)管理。

完整性管理貫穿于往復(fù)壓縮機運行全周期，是一項集制定目標、識別風(fēng)險、狀態(tài)監(jiān)測、制定維修策略于一體的綜合管理方法，因此對管理人員的素質(zhì)也有一定的要求。此外，往復(fù)壓縮機的完整性管理所實施的每一環(huán)節(jié)還應(yīng)參考相關(guān)技術(shù)標準的規(guī)定和建議。

二、往復(fù)式壓縮機完整性管理的實施內(nèi)容

1.往復(fù)壓縮機完整性管理的文件構(gòu)成

往復(fù)壓縮機完整性管理體系的建立與實施，需要制定能夠描述管理體系策略和程序的文件，這些文件應(yīng)能反映體現(xiàn)完整性管理的具體要求并指導(dǎo)現(xiàn)場實踐。文件構(gòu)成主要包括：完整性管理總則及管理、組織信息；往復(fù)壓縮機組主要單元配置信息；完整性管理風(fēng)險評價技術(shù)指南；完整性管理檢測、監(jiān)測技術(shù)文件；往復(fù)壓縮機故障模式分析與檢維修策略；檢維修時間、頻次和范圍的記錄等。

2.故障模式與故障分析

往復(fù)式壓縮機的故障模式大致可分為熱力性能故障和機械動力性能故障。熱力性能故障具體表現(xiàn)為排氣量不足、排氣溫度異常升高，產(chǎn)生的主要原因包括過濾器堵塞、氣閥漏氣、余隙容積過大、中間冷卻器故障等；動力性能故障具體表現(xiàn)為機組超常的振動和響聲、汽缸溫度過高等，產(chǎn)生的主要原因包括活塞擊缸、活塞桿下沉、活塞環(huán)磨損嚴重、曲軸斷裂、氣閥故障等。從故障統(tǒng)計來看，往復(fù)壓縮機非正常停機主要與氣閥、汽缸、活塞桿、十字頭、連桿、曲軸、填料密封這些機組關(guān)鍵部件產(chǎn)生故障有關(guān)。因此，加強往復(fù)式壓縮機關(guān)鍵部件的監(jiān)測與日常維護對往復(fù)壓縮機完整性管理具有重要意義。

表1 往復(fù)壓縮機常見故障分析及維修策略

3.狀態(tài)監(jiān)測與故障識別

往復(fù)壓縮機的在、離線監(jiān)測、關(guān)鍵零部件的故障識別是往復(fù)壓縮機完整性管理的重要組成部分。當前往復(fù)壓縮機常采用的監(jiān)測手段包括示功圖分析法、振動信號監(jiān)測、油樣發(fā)射光譜分析技術(shù)、紅外線檢測技術(shù)、沖擊振動分析法等。各監(jiān)測技術(shù)有其各自的優(yōu)勢，如示功圖非常適用于熱力性能故障的監(jiān)測；油樣發(fā)射光譜技術(shù)是監(jiān)測機組潤滑油系統(tǒng)的重要手段；紅外線檢測技術(shù)能夠發(fā)現(xiàn)機組早起故障并預(yù)測故障發(fā)展趨勢。從實際應(yīng)用效果上看，由于往復(fù)壓縮機的故障非常復(fù)雜，單一的監(jiān)測方法無法滿足機組狀態(tài)的實時監(jiān)測。因此綜合利用不同的監(jiān)測手段對往復(fù)壓縮機進行監(jiān)控，綜合各特征提取技術(shù)對狀態(tài)信號的識別，也許可以滿足往復(fù)壓縮機狀態(tài)監(jiān)測完整性的要求。

近年來，隨著振動與噪聲理論、測試技術(shù)、信號分析與數(shù)據(jù)處理技術(shù)、計算機及其他相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為壓縮機的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)提供了良好的基礎(chǔ)。目前，以賀爾碧格、本特利、Prognost、Dynalco為代表的國外企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的往復(fù)壓縮機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，可對往復(fù)壓縮機的關(guān)鍵部件進行在、離線監(jiān)控。而以北京化工大學(xué)、合肥通用機械研究院、西安交通大學(xué)為代表的國內(nèi)研究機構(gòu)也已開發(fā)出了一些在線監(jiān)測與分析系統(tǒng)，并已經(jīng)應(yīng)用于部分石油化工企業(yè)。這些先進的智能化狀態(tài)監(jiān)測與故障識別手段為往復(fù)壓縮機的完整性管理提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

4.保養(yǎng)與檢維修策略

以可靠性為中心的維修(RCM)作為完整性管理的重要技術(shù)支撐，對往復(fù)壓縮機的日常保養(yǎng)與維修策略具有重要指導(dǎo)作用。目前石油石化用往復(fù)壓縮機的日常維護與保養(yǎng)通常采用“三級保養(yǎng)”策略，這種維護與檢修策略往往會造成機組維修過剩。而通過RCM分析所得到的維修策略具有很強的針對性，其理念是通過風(fēng)險評價技術(shù)為機組的失效模式進行風(fēng)險度排序，根據(jù)風(fēng)險排序制定具有針對性的檢維修策略，并將檢維修資源從低風(fēng)險的部件向高風(fēng)險的部件轉(zhuǎn)移。因此，根據(jù)RCM分析結(jié)果制定的完整性管理檢維修策略可以避免“多檢測、多維修、多保養(yǎng)、多多益善”和“故障后再維修”的傳統(tǒng)維修思想的影響，使維修工作更具 科學(xué)性，有效減少甚至消除了過剩維修。

三、結(jié)語

往復(fù)壓縮機完整性管理的目標就是運用先進的技術(shù)與管理方法，保證設(shè)備可靠、可控并努力實現(xiàn)本質(zhì)安全化，同時制定科學(xué)的檢維修策略，延長機組使用周期、降低人工和設(shè)備維修費用，使往復(fù)壓縮機生命周期成本達到最優(yōu)。在往復(fù)壓縮機完整性管理的實施過程中，運用先進的檢測、監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)和RCM等風(fēng)險評價方法能使完整性管理達到更好的效果。但是與管道、儲罐等靜設(shè)備相比，煉化動設(shè)備的完整性管理還沒有與之對應(yīng)的成套行業(yè)管理標準。因此，石油石化動設(shè)備完整性的管理標準及相關(guān)法律法規(guī)還需要進一步制定與完善，為動設(shè)備完整性管理體系的建立與實施提供保證。

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1671-0711（2015）02-0053-03

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