FMEA分析在垃圾發(fā)電廠設備維修策略中的應用

王 奇

（北京北控環(huán)保工程技術(shù)有限公司，北京 100124）

0 前言

我國對垃圾發(fā)電設備維修管理的研究起步較晚，更多借鑒常規(guī)火力發(fā)電廠的管理模式，目前正逐步向預知性狀態(tài)維修體制過渡。雖然近幾年越來越多的先進維修管理理念得到應用及推廣，但限于從業(yè)人員經(jīng)驗水平、設備購置狀況等，以事后維修、預防性計劃維修為主的維修體制仍在一些垃圾焚燒發(fā)電廠執(zhí)行，主要包括大修、小修（大、小修又分為 A，B，C，D4個等級）。隨著行業(yè)整體發(fā)展以及垃圾發(fā)電設備技術(shù)的進步，該維修體制已不適應企業(yè)的發(fā)展。因此，在對每個特定垃圾焚燒發(fā)電廠進行設備維修管理時，應選擇針對性的維修策略，將事后維修、定期（計劃）維修、狀態(tài)（視情）維修、改進維修等有機的融為一體，在保證維修合理、設備可靠性得到充分保障前提下能充分降低維修成本。在其他行業(yè)研究成果的基礎上，將故障模式及影響分析（Failure Mode Effects Analysis，F(xiàn)MEA），應用于垃圾發(fā)電設備維修策略的科學選擇中，以探索一個更加科學的設備維修管理方法。

1 故障模式及影響分析

故障模式及影響分析（FMEA）是分析設備系統(tǒng)中所有可能的故障模式及其對設備系統(tǒng)所有可能的影響，并按每一個故障模式的危害程度及其發(fā)生概率予以分類的一種歸納分析的方法。在國際標準ISO 9004：2000“質(zhì)量管理體系要求”中，已經(jīng)把FMEA作為對“產(chǎn)品和過程的確認和更改”以及對“設計和開發(fā)”進行風險評估的工具。目前，F(xiàn)MEA已經(jīng)成為QS 9000的5大核心工具之一，ISO 9000，QS 9000和ISO/TS 6949都明確指出了FMEA作為一種質(zhì)量改進的方法必須強制實施。

FMEA的作用之一就是評估設備故障帶來的安全風險，以實現(xiàn)設備故障的相對危害性評定，進而根據(jù)設備的不同狀況制訂相應維修策略。FMEA分析提供了一系列的定性及定量危害性分析方法，現(xiàn)以“風險優(yōu)先數(shù)法”（Risk Priority Number，RPN法）為定量分析研究工具。RPN法的定義，見式（1）。

式中O（Occurrence）為故障發(fā)生概率，是故障可能發(fā)生程度的反映，為設備故障次數(shù)與總運行時間之比，即設備單位運行時間內(nèi)發(fā)生故障的次數(shù)；S（Severity）為故障影響嚴重度，是故障影響后果嚴重程度的反映，綜合考慮了故障對人員環(huán)境影響、故障對系統(tǒng)功能影響、維修時間及維修費用和停機損失費用等；D（Detection）為故障監(jiān)測程度，是故障監(jiān)測與控制的反映，主要依據(jù)故障的可監(jiān)測概率進行評價確定。

鑒于行業(yè)特殊性，結(jié)合較多垃圾發(fā)電項目實際運行、維修管理經(jīng)驗，將RPN法涉及到3個參數(shù)做出如下等級評分定義，以便進一步定量分析。

1.1 故障發(fā)生概率（O）

評價方法及等級評分如表1所示。

1.2 故障影響嚴重度（S）

評價方法及等級評分如表2所示。表2中的主設備是指焚燒余熱鍋爐或汽輪發(fā)電機組。

1.3 故障監(jiān)測程度（D）

評價方法及等級評分，如表3所示。

2 FMEA在垃圾焚燒發(fā)電廠設備維修管理中的應用

某垃圾發(fā)電廠鍋爐設備采用循環(huán)流化床技術(shù)，過熱器外置于返料器中，全廠主要由垃圾接收系統(tǒng)、焚燒余熱鍋爐系統(tǒng)（或鍋爐系統(tǒng)）、汽輪機系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)、化學水處理系統(tǒng)、滲濾液處理系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。按慣例將焚燒余熱鍋爐、煙氣凈化系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機組、主變壓器、垃圾吊車、分散控制系統(tǒng)（DCS）等能完成垃圾電廠基本功能的設備或系統(tǒng)及其附屬設備稱為主要設備。采用的是定期維修（大、小修）、小部分狀態(tài)維修結(jié)合事后維修，目前部分主要設備的定期維修間隔，見表4。

表2 影響嚴重度評價指標及等級評分

表3 故障監(jiān)測程度評價指標及等級評分

表4 部分主要設備定期維修間隔

雖然整體規(guī)定了部分主要設備維修間隔，并且在各專業(yè)維修規(guī)程里明確了相應設備的大修、小修項目，但在實際執(zhí)行中，檢修間隔常會變化，檢修項目也會根據(jù)設備的實際狀況做出調(diào)整，沒有清晰的維修策略。

為研究方便，現(xiàn)選用鍋爐系統(tǒng)作為對象，將鍋爐系統(tǒng)下的屬次一級子系統(tǒng)或重要設備作為分析目標。在分析故障影響時，結(jié)合RPN法的3個參數(shù)定義僅對最終影響，即對鍋爐系統(tǒng)的影響做出判斷。主要包括焚燒爐系統(tǒng)、余熱爐系統(tǒng)、垃圾給料系統(tǒng)、給煤系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)、引風機、一次風機、二次風機等。如圖1所示。

按照上述系統(tǒng)劃分及通過現(xiàn)場調(diào)研、故障信息收集整理、行業(yè)專家評判等手段，得到以下結(jié)論。

圖1 鍋爐系統(tǒng)下屬各子系統(tǒng)及設備

（1）按上文中的危害度（S）定義，在判斷某個設備故障模式帶來的危害時，需引入對主要設備即鍋爐故障時間或經(jīng)濟性的影響定量判斷，而按照大量行業(yè)經(jīng)驗，在對某些故障模式做出分析時，很多時候當危害度（S）提升一個擋級時，而發(fā)生概率（O）也會下降一個擋級，例如，由“垃圾給料系統(tǒng)”及“給煤系統(tǒng)”可知：不管是哪種故障中斷模式，它們的RPN數(shù)值總是相等或相近，此時可采取一致的維修策略，某些系統(tǒng)或設備，如一次風機、二次風機、引風機等均有此種情況，因此不再細分。

（2）對于“點火系統(tǒng)”等長期處于備用狀態(tài)（且RPN值＜100，否則應采取定期維修），或者故障模式影響非常小的系統(tǒng)或設備（RPN值＜10），可采用事后維修。

（3）對于RPN值＜100，但≥10的系統(tǒng)或設備，可采用狀態(tài)維修。

（4）對于RPN值≥100的系統(tǒng)或設備，可采用定期維修。

（5）對于RPN值相對偏高的某些故障模式，可著重考慮改進維修的可行性，否則采用定期維修，如該垃圾發(fā)電廠RPN值≥200的某些系統(tǒng)或設備的故障模式，經(jīng)過分析，對于“出渣系統(tǒng)”的“堵塞”故障模式，應采取加大落渣管口直徑、冷渣機進行技術(shù)改造等；對于“一次風空預器、二次風空預器”的“積灰”故障模式，采取增加管間節(jié)距、合理布置在線清灰設備等；對于水冷壁、省煤器、對流蒸發(fā)器的泄漏故障模式，因較難監(jiān)測并且擁有較高危害度，經(jīng)評估暫無改進空間，故采用定期維修；對于過熱器的泄漏，因該設備外置于返料器內(nèi)，其中返料灰濃度高并且沖刷劇烈，工況屬于易磨損工況，因此采用改進維修方式加以解決，主要包括過熱器管子表面噴涂耐磨材料、彎頭處增加防磨護瓦。按照RPN值分類的維修策略，可采取不同的維修策略，見圖2。

需要說明的是，在進行改進維修前后，都必須評估故障模式及其影響，并進行相應的危害分析，以此制定不間斷的維修策略。例如，對“一次風空預器、二次風空預器”進行改進維修后，經(jīng)評估故障發(fā)生概率（O）降到“分值3”級別，此時RPN值為90，即后續(xù)選擇狀態(tài)維修作為維修策略；對“過熱器”進行改進維修后，經(jīng)評估故障發(fā)生概率（O）下降到“分值3”級別，其他不變，此時RPN值為210，因此后續(xù)采用定期維修策略。

圖2 按RPN值分類的維修策略

3 結(jié)語

垃圾發(fā)電廠作為市政基礎設施之一，主要功能是處理生活垃圾，余熱發(fā)電為輔，具有較高的社會敏感性，一旦發(fā)生故障甚至停機將可能帶來較大的社會影響，因此對它的運行可靠性提出了更高要求，而作為一種可靠性分析技術(shù)，F(xiàn)MEA分析法在垃圾發(fā)電行業(yè)將擁有更大的發(fā)揮空間。如在對某垃圾發(fā)電廠整體采用“風險優(yōu)先數(shù)法”（RPN法）的FMEA分析后，不僅得到一個較為合理的設備維修策略組合，而且該組合極大促進了該廠設備年度、月度維修計劃的制定合理性，使設備可靠性明顯提升，維修費用得到控制。

［1］李杏花.故障模式及影響分析在石化行業(yè)中的應用［J］.廣東化工，2017，11（44）：156-159.

［2］雷啟龍，賈子文.基于FMEA風險評價和FTA定量分析的風電機組維修決策［J］.技術(shù)革新與維修，2017，3（44）：76-78.