可靠性分析對(duì)油庫(kù)設(shè)計(jì)和管理的作用研究

摘 要：在國(guó)際市場(chǎng)石油產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力逐漸增大的前提下，我國(guó)關(guān)于存儲(chǔ)原油油庫(kù)的設(shè)計(jì)與管理也開始進(jìn)入新的發(fā)展階段?？煽啃岳碚撌茄芯肯到y(tǒng)運(yùn)行的評(píng)估和控制理論，能夠?qū)θ找鎻?fù)雜化的油庫(kù)設(shè)計(jì)進(jìn)行定性和定量評(píng)估，保證油庫(kù)在嚴(yán)酷環(huán)境下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。本文主要探討了可靠性分析對(duì)油庫(kù)設(shè)計(jì)和管理的作用，通過(guò)分析油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)，對(duì)油庫(kù)的使用性能、安全性與經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行設(shè)計(jì)，并提出相應(yīng)的油庫(kù)建設(shè)與管理方案。

關(guān)鍵詞：可靠性分析；油庫(kù)設(shè)計(jì)；石油產(chǎn)品

中圖分類號(hào)：TE972 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2018）08-0127-03

Abstract：Under the premise of increasing competitiveness of petroleum products in the international market，the design and management of crude oil depots in China has also entered a new stage of development. Reliability theory，as the evaluation and control theory of the research system operation，can make qualitative and quantitative assessment of the increasingly complex oil depot design，so as to ensure the normal operation of the oil depot in a severe environment. This article mainly discusses the role of reliability analysis in the design and management of oil depots. Through analyzing the quantitative loading system of oil depots，the use performance，safety and economy of oil depots are designed，and corresponding plans for oil depot construction and management are proposed.

Keywords：reliability analysis；oil depot design；petroleum products

0 引 言

隨著我國(guó)信息科技的快速發(fā)展，通信技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等被應(yīng)用到油庫(kù)領(lǐng)域，油庫(kù)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高。油庫(kù)自動(dòng)定量裝車系統(tǒng)是油品生產(chǎn)、定量裝車與安全控制系統(tǒng)，主要包括控制站、操作站、現(xiàn)場(chǎng)控制儀表及控制軟件等部分。通過(guò)使用可靠性理論對(duì)油品配比、裝車與安全管理進(jìn)行分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油庫(kù)自動(dòng)化裝車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與管理。

1 可靠性分析與油庫(kù)自動(dòng)定量裝車系統(tǒng)的理論概述

1.1 可靠性分析對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的評(píng)估、設(shè)計(jì)與控制

運(yùn)用可靠性理論對(duì)產(chǎn)品零部件或系統(tǒng)等進(jìn)行的分析，不僅要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性進(jìn)行檢測(cè)，還要綜合系統(tǒng)資金投入、資源消耗、故障問(wèn)題與維修費(fèi)用等內(nèi)容，制定符合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的評(píng)估規(guī)劃與建設(shè)目標(biāo)?？煽啃岳碚撘怨こ碳夹g(shù)作為理論依據(jù)，包括可靠性預(yù)計(jì)、可靠性試驗(yàn)、可靠性設(shè)計(jì)、可靠性評(píng)估、可靠性控制和可靠性維修等內(nèi)容。當(dāng)前在系統(tǒng)模型的可靠性分析過(guò)程中，主要利用概率論、馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)與統(tǒng)計(jì)學(xué)等數(shù)學(xué)計(jì)算工具進(jìn)行系統(tǒng)故障分析；而對(duì)系統(tǒng)故障的可靠性檢測(cè)、評(píng)估與控制以產(chǎn)品零部件或系統(tǒng)的物理、化學(xué)等方面的要素作為基礎(chǔ)，因此，對(duì)于某行業(yè)的產(chǎn)品日益復(fù)雜化、產(chǎn)品壽命周期縮短與維修困難的情況，需要通過(guò)構(gòu)建合理的產(chǎn)品包裝、運(yùn)輸與可靠性檢測(cè)方案，對(duì)研究產(chǎn)品或系統(tǒng)展開維修保養(yǎng)、可靠性分析等來(lái)應(yīng)對(duì)，這樣能夠有效提升企業(yè)的運(yùn)營(yíng)效率與經(jīng)濟(jì)效益。在某一產(chǎn)品系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性分析中，通常使用物理檢測(cè)和邏輯推理等方式，對(duì)產(chǎn)品各個(gè)部分進(jìn)行故障分析，找出系統(tǒng)的安全隱患與薄弱環(huán)節(jié)，提升某一產(chǎn)品系統(tǒng)的可靠性與安全性。

1.2 油庫(kù)自動(dòng)定量裝車系統(tǒng)的理論與應(yīng)用概述

油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)是自動(dòng)化的油品儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，它能夠借助于定量裝車控制儀、裝車控制鶴位、氣動(dòng)多段閥門、質(zhì)量流量計(jì)、靜電溢油保護(hù)器等儀器以及多種油庫(kù)工藝管線來(lái)完成整個(gè)油庫(kù)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在定量裝車系統(tǒng)的裝車發(fā)油區(qū)存在著進(jìn)出口配置IC卡系統(tǒng)、發(fā)油控制系統(tǒng)等，而且在每個(gè)分布式控制系統(tǒng)中又存在多個(gè)裝車控制鶴位，每個(gè)裝車鶴位可以進(jìn)行裝車溢油的靜電檢測(cè)，或者對(duì)裝車鶴位進(jìn)行就地操作或遠(yuǎn)程控制。

油庫(kù)自動(dòng)定量裝車系統(tǒng)主要有以下幾方面功能：（1）對(duì)油品定量裝車的系統(tǒng)控制；（2）對(duì)產(chǎn)品裝車全過(guò)程畫面控制流程的檢測(cè)；（3）能夠完成實(shí)際質(zhì)量、實(shí)際體積的計(jì)量裝車；（4）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)超速、超溫和靜電溢油等的安全保護(hù)及故障控制；（5）自動(dòng)存儲(chǔ)與整理日常的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)報(bào)表等，并對(duì)重要數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行打??；（6）能自動(dòng)添加相應(yīng)的功能模塊及擴(kuò)展模塊，并對(duì)存在的系統(tǒng)故障進(jìn)行自動(dòng)診斷與報(bào)警；（7）實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前裝車質(zhì)量、體積等信息，還可以緊急停止裝車控制。通過(guò)使用概率論、馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)和統(tǒng)計(jì)學(xué)等理論，對(duì)油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)展開可靠性分析，能夠?qū)ο到y(tǒng)中存在的裝車故障、質(zhì)量問(wèn)題與安全問(wèn)題等進(jìn)行油庫(kù)的模塊設(shè)計(jì)與規(guī)范管理。

2 油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的可靠性分析

當(dāng)前在油品自動(dòng)化儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)年運(yùn)油品質(zhì)量為1.3～1.4Mt（百萬(wàn)噸）左右，裝車外運(yùn)油品天數(shù)為300d（天）左右；每天油庫(kù)定量裝車外運(yùn)油品質(zhì)量為4000t（噸）左右，裝車批次為5q（次）左右。其中每個(gè)油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)存在多個(gè)裝車控制鶴位與鶴管，鶴管能在保證原油裝卸安全性的同時(shí)，提高單鶴管外運(yùn)油品的裝車質(zhì)量與靈活性。單鶴管每天裝車外運(yùn)油品的質(zhì)量為150t（噸），單鶴管油庫(kù)定量系統(tǒng)的裝車流程如圖1所示。

從上圖可以得出：?jiǎn)晰Q管油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)主要包括可編程邏輯控制器PLC、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、電液閥、質(zhì)量流量計(jì)、手動(dòng)球閥與防溢油探頭等部件。每個(gè)零部件都會(huì)影響系統(tǒng)的使用壽命，也會(huì)產(chǎn)生一系列的系統(tǒng)故障，從而對(duì)整個(gè)油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)造成影響。馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)理論是油庫(kù)自動(dòng)化定量裝車系統(tǒng)的修復(fù)理論，它能提升整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性。因此，運(yùn)用馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)理論對(duì)最近發(fā)生的系統(tǒng)部件故障進(jìn)行分析，能夠完成對(duì)故障系統(tǒng)的維修與恢復(fù)，并實(shí)現(xiàn)油庫(kù)自動(dòng)化系統(tǒng)的定量裝車以及油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的可靠性結(jié)構(gòu)如圖2所示。

假設(shè)在單鶴管油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的使用過(guò)程中，啟閉件閘板、啟閉球閥有著相同的故障損壞率，那么可以用油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)各個(gè)零部件的可靠率來(lái)進(jìn)行兩種閥體故障情況和修復(fù)程度等的表示。通過(guò)以上圖表可以得出，接地檢測(cè)、可編程邏輯控制器PLC、電液閥、流量計(jì)、手動(dòng)切斷球閥、防溢油探頭、閘閥等屬于串聯(lián)的邏輯組織結(jié)構(gòu)。其中啟閉件閘板和啟閉球閥的故障損壞率為1.4×10-5/h，啟閉件閘板、啟閉球閥修復(fù)率為6.5×10-4/h；遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、可編程邏輯控制系統(tǒng)的故障損壞率為6.5×10-7/h，修復(fù)率為1.9×10-6/h。當(dāng)前將電液閥、流量計(jì)、手動(dòng)切斷球閥、防溢油探頭、閘閥等的可靠性用A表示，將遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、可編程邏輯控制系統(tǒng)PLC的可靠性用B表示。因此，單鶴管油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的可靠性修復(fù)率框圖可如圖3所示。

使用馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)理論進(jìn)行單鶴管油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的可靠性分析，其主要分析流程如下：通過(guò)以上故障損壞率、修復(fù)率的數(shù)據(jù)分析得出A部分設(shè)備的故障損壞率為λA=1.4×10-5/h，修復(fù)率為μA=6.5×10-4/h；B部分設(shè)備的故障損壞率為λB=6.5×10-7/h，修復(fù)率為μB=1.9×10-6/h。因此，在t時(shí)刻單鶴管油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)主要有以下幾種設(shè)備狀態(tài)：（1）A部分、兩個(gè)B部分設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，整個(gè)油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)正常，設(shè)為X（t）=Y（0）；（2）B部分設(shè)備有一處故障，系統(tǒng)正常，X（t）=Y（1）；A部分、B部分設(shè)備分別有一處故障，系統(tǒng)出現(xiàn)故障，X（t）=Y（2）；B部分設(shè)備有兩處故障，系統(tǒng)出現(xiàn)故障，X（t）=Y（3）；A部分全部發(fā)生故障，整個(gè)系統(tǒng)全部故障，X（t）=Y（4），其中Y（1）+Y（2）+Y（3）+Y（4）=1。

從以上單鶴管油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的可靠性分析可以得出該系統(tǒng)在特定時(shí)間內(nèi)的瞬時(shí)可用度為：

當(dāng)前油庫(kù)定量裝車的每節(jié)油罐裝車50t（噸），因此，單鶴管油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的單日外運(yùn)油品質(zhì)量為q=0.95 ×5×50=237.5t/d，能夠滿足單鶴管每天裝車150t（噸）的質(zhì)量要求，而且在單鶴管油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)年故障維修率為0.95的情況下，對(duì)油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的維修不超過(guò)30天，因此，它能夠滿足可靠性預(yù)計(jì)、可靠性試驗(yàn)、可靠性設(shè)計(jì)、可靠性評(píng)估、可靠性控制和可靠性維修等的系統(tǒng)質(zhì)量要求。

3 可靠性分析對(duì)油庫(kù)設(shè)計(jì)和管理的作用研究

3.1 可靠性分析對(duì)油庫(kù)設(shè)計(jì)的作用

在油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，通過(guò)對(duì)油庫(kù)材料工藝、設(shè)備運(yùn)行流程與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行改革，推動(dòng)自動(dòng)化油庫(kù)系統(tǒng)的縱深發(fā)展?？煽啃岳碚撌怯蛶?kù)系統(tǒng)建設(shè)與評(píng)估的重要指標(biāo)，在建筑工程與結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域不斷完善的情況下，運(yùn)用可靠性理論進(jìn)行油庫(kù)設(shè)計(jì)具有較高的質(zhì)量保證以及較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)越性與安全性。當(dāng)前可靠性分析對(duì)油庫(kù)設(shè)計(jì)的作用主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）首先，需要在油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)設(shè)計(jì)中制定系統(tǒng)投資、產(chǎn)品設(shè)備和工藝流程等的評(píng)估內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)油庫(kù)系統(tǒng)的突破性設(shè)計(jì)，然后從可靠性預(yù)計(jì)、可靠性試驗(yàn)、可靠性設(shè)計(jì)和可靠性評(píng)估等方面進(jìn)行產(chǎn)品零部件與系統(tǒng)功能、使用壽命等的分析，選擇合適的方案進(jìn)行油庫(kù)工程的功能與可靠性設(shè)計(jì)；（2）在整個(gè)油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程中，增加從可靠性角度出發(fā)進(jìn)行系統(tǒng)與部件研究的邏輯框圖，以及用于系統(tǒng)故障檢測(cè)的故障樹分析框圖。多種可靠性分析框圖在油庫(kù)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用不僅能夠完成對(duì)系統(tǒng)各個(gè)部件的設(shè)計(jì)與組織，而且能最大限度地減少系統(tǒng)的故障狀況，以便于后續(xù)油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的有序管理。

3.2 可靠性分析對(duì)油庫(kù)管理的作用

在油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中，相關(guān)部門可根據(jù)馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)理論等可靠性內(nèi)容進(jìn)行工程建設(shè)進(jìn)度與潛在隱患的分析，并將其中的工程隱患及薄弱環(huán)節(jié)編制成冊(cè)，以此完成油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的管理。當(dāng)前油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的工程建設(shè)主要包括以下幾方面可靠性量化控制內(nèi)容：（1）針對(duì)油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的工程建設(shè)流程，添加相應(yīng)的油庫(kù)施工規(guī)范與使用標(biāo)準(zhǔn)以及不同方面可靠性的工序控制內(nèi)容，以保證油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)中可靠性數(shù)值的量化控制；（2）整個(gè)油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)中各個(gè)零部件的建設(shè)與驗(yàn)收，需要根據(jù)以往自動(dòng)化油庫(kù)系統(tǒng)的試驗(yàn)記錄進(jìn)行油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)設(shè)備的可靠性評(píng)估與控制，以降低油庫(kù)系統(tǒng)的建設(shè)難度與故障修復(fù)率。

當(dāng)前運(yùn)用可靠性分析理論開展的油庫(kù)管理主要涉及到油庫(kù)儲(chǔ)運(yùn)環(huán)境、管理人員與產(chǎn)品設(shè)備等管理內(nèi)容。鑒于油庫(kù)系統(tǒng)與不同行業(yè)之間的廣泛聯(lián)系，需要綜合多種油庫(kù)系統(tǒng)的建設(shè)方案來(lái)完成可靠性理論在油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)中的應(yīng)用與管理。因此，可靠性分析在油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)中主要發(fā)揮以下幾方面作用：首先，可靠性會(huì)對(duì)油庫(kù)系統(tǒng)中各個(gè)零部件設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并構(gòu)建完整的系統(tǒng)可靠性數(shù)據(jù)集合，為后續(xù)油庫(kù)系統(tǒng)的故障修復(fù)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容；其次，需要建構(gòu)不同數(shù)據(jù)的交換共享平臺(tái)，通過(guò)油庫(kù)管理數(shù)據(jù)與技術(shù)的應(yīng)用分析來(lái)代替原有的傳統(tǒng)油庫(kù)管理模式。因此，借助于可靠性理論進(jìn)行油庫(kù)儲(chǔ)運(yùn)流程和質(zhì)量目標(biāo)的定性、定量分析，能夠?qū)崿F(xiàn)油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的故障維修和系統(tǒng)優(yōu)化。

4 結(jié) 語(yǔ)

可靠性理論主要是研究系統(tǒng)可靠性的定量規(guī)律，它通過(guò)對(duì)產(chǎn)品零部件、元器件或系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)流程等的分析來(lái)判斷某一產(chǎn)品的使用年限、故障問(wèn)題及設(shè)計(jì)可靠性等。因此，可靠性理論在油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)中的運(yùn)用能夠在保證油庫(kù)成品原油儲(chǔ)運(yùn)的經(jīng)濟(jì)、安全及自動(dòng)化的同時(shí)，完成自動(dòng)化油庫(kù)定量裝車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與管理。

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作者簡(jiǎn)介：劉禮豪（1997-），男，漢族，四川營(yíng)山人，油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)2015級(jí)本科學(xué)生。研究方向：油氣儲(chǔ)運(yùn)。