基于風險的維修在化工機械設備管理中的應用

安海靜 孟憲龍 李富貴

（必維（天津）安全技術有限公司，天津 300061）

0 引言

設備管理是化工企業(yè)保障安全生產(chǎn)的關鍵因素之一。企業(yè)如果疏忽設備管理，就很可能造成設備帶病運轉(zhuǎn)，發(fā)生泄漏、振動異常等故障。此時不但不能發(fā)揮設備的應有效能，還有可能成為安全隱患，造成更大的人員財產(chǎn)損失[1]。對于海洋石油鉆采平臺而言，其開采設備、工藝處理設備和易燃易爆物質(zhì)集中在海上有限的空間[2]，受交通運輸限制，很難在第一時間進行修復或替換，因此更要重視平時對設備的管理。

目前國內(nèi)很多學者都對設備管理有所研究，比如，吳春燕[3]對化工機械設備的管理和保養(yǎng)進行了分析，并提出一些管理和保養(yǎng)的策略。李英堂[4]從機械設備的安裝角度，探討了機械設備管理對生產(chǎn)運行的重要性。王旭[5]在探究化工設備管理技術中，重點研究了設備的潤滑和防腐。

本文基于這些研究成果，以某石油公司運營的海上鉆井平臺為背景，通過對其上部的石化設備和輔助設備的維護管理進行評估，辨識出基于重大風險的關鍵設備，并從中選擇對正常生產(chǎn)和應急搶險都非常重要的泥漿泵為例進行系統(tǒng)的RCM分析，探討了海洋油氣平臺設備維護管理方面存在的不足，并總結(jié)了海洋油氣平臺石化設備管理分析流程，希望能夠為以后的設備管理工作提供參考。

1 平臺狀況

本研究涉及的海上鉆井平臺屬于自升式圓柱型三樁腿、鋼質(zhì)非自航、懸臂梁自升式鉆井平臺。平臺主體為箱形結(jié)構(gòu)，平面形狀接近三角形，樁腿采用圓柱形樁腿，“艉二艏一”，樁腿下端設有樁靴。平臺具備鉆井、固井及輔助試油等能力。該平臺作業(yè)范圍為渤海灣地區(qū)水深5～40 m（含天文潮和風暴潮）內(nèi)泥砂質(zhì)或淤泥質(zhì)海域或相似條件的其他海域。

根據(jù)主要設備臺賬顯示，該平臺目前有鉆井設備9臺、鉆井輔助設備及儀表工具21臺、固井設備6臺、固控設備34臺、甲板設備3臺、電氣設備38臺、動力設備47臺、通訊導航設備39臺，此外，該平臺還按規(guī)定配備了消防設備、通風設備、固定式探測器、救生設備等。

該平臺的主要作業(yè)活動為海洋石油鉆井作業(yè)，其作業(yè)類型主要涉及鉆井、井下作業(yè)等，作業(yè)過程受海上自然環(huán)境、危險物質(zhì)、作業(yè)過程本身等各方面的影響。

根據(jù)相關規(guī)范標準[6-7]，該平臺參照同類型作業(yè)的事故案例教訓，從危險物質(zhì)和危險作業(yè)兩個方面進行危險有害因素辨識。其中，危險有害物質(zhì)包括原油、天然氣、硫化氫、潤滑油及燃料油、油漆及稀釋劑、放射源、氧氣、乙炔等。生產(chǎn)過程中的危險有害因素包括井噴風險、火災爆炸風險、油氣泄漏風險等22大類。

圖1 RCM分析基本流程

2 RCM分析

RCM（基于風險的維修）分析流程如圖1所示。其中，故障模式、影響及危害性分析（FMECA）和科學制定檢維修策略為RCM分析的兩個主要組成部分。

2.1 設備篩選

本研究基于風險確定安全設備的邏輯決斷圖[8]，根據(jù)該平臺主要設備臺賬和操作手冊中對設備的功能、用途和操作流程的描述，篩選出了該平臺管理方關心的重大風險相關的關鍵設備30臺（套），涉及井控、消防、關閉、探測、通風、應急、救生設備，以及部分結(jié)構(gòu)設施。具體包含泥漿泵、防噴器遠程控制臺、吊機、消防泵、CO2滅火設備、燃油柜速關閥、可燃氣體探測系統(tǒng)/火災報警裝置、通風設備、應急發(fā)電機、救生筏（艇）、燃油艙、鉆井污水艙、壓載泵等。

由于泥漿泵既是基于風險的關鍵設備，同時在平時正常作業(yè)中也是必不可少的設備，因此本文選擇以泥漿泵為例，進行系統(tǒng)的RCM分析。此次平臺配備的泥漿泵主要作用是通過循環(huán)系統(tǒng)中的高壓管匯向井底輸送鉆井液，用以冷卻鉆頭、清潔井底、破碎巖石、攜帶巖屑和平衡地層壓力等。

2.2 系統(tǒng)劃分

系統(tǒng)劃分主要分為3個步驟：第一步需要將設備劃分為若干系統(tǒng)，第二步需要根據(jù)設備組成及功能特性將系統(tǒng)劃分為若干子系統(tǒng)，第三步則是在進行子系統(tǒng)劃分后，確定子系統(tǒng)中所包含的部件（如圖2所示）。

根據(jù)以上原則，該平臺的泥漿泵作為一臺設備，其構(gòu)成系統(tǒng)主要包括液力端總成、動力端潤滑總成、動力端密封、鏈條傳動系統(tǒng)、曲軸總成、齒輪軸總成、十字頭總成、噴淋泵總成、排出濾網(wǎng)總成、空氣包和剪切安全閥。由于子系統(tǒng)及相關部件過于繁雜，故本文在此不贅述。

圖2 系統(tǒng)劃分

2.3 FMECA分析

FMECA分 析（Failure Mode Effects and Criticality Analysis）是故障模式、影響及危害性分析簡稱。根據(jù)行業(yè)慣例，本研究中涉及的常用設備故障模式類型主要以代碼表示，具體如表1所示。本研究對于該泥漿泵的FMECA分析主要包括以下步驟：

表1 故障模式類型

1）對泥漿泵的各個系統(tǒng)，分別進行故障模式分析。例如，根據(jù)分析，“液力端總成”系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障模式包括：LOO、PDE、ERO、NOI、VIB、ELP。“動力端潤滑總成”系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障模式包括：PLU、OHE、PDE、ELU、BRD。

2）找出每個故障模式產(chǎn)生的原因。一方面，從導致產(chǎn)品發(fā)生功能故障模式或潛在故障模式的那些物理、化學或生物變化過程等方面找故障模式發(fā)生的直接原因；另一方面，從外部因素（如其他產(chǎn)品的故障、使用、環(huán)境和人為因素等）方面找產(chǎn)品發(fā)生故障模式的間接原因。例如，根據(jù)分析，導致“液力端總成”系統(tǒng)出現(xiàn)LOO故障模式可能的原因是：上水管線密封不嚴密，使空氣進入泵內(nèi)；吸入濾網(wǎng)堵死；凡爾體、凡爾座損壞；活塞或缸套磨損。導致“動力端潤滑總成”系統(tǒng)出現(xiàn)PDE故障模式可能的原因是：油溫異常；油泵葉輪等損壞；管路堵塞。

3）評估每一個故障所造成的影響（分為局部影響和最終影響）。其中，局部影響是故障模式對該零部件自身及所在約定層次的使用、功能或狀態(tài)的影響。最終影響是故障模式對初始約定層次設備的使用、功能或狀態(tài)的影響。例如，根據(jù)分析，“液力端總成”系統(tǒng)出現(xiàn)LOO故障模式，其可能產(chǎn)生的局部影響是液力端工作異常，最終影響是可能導致泥漿泵停機?！皠恿Χ藵櫥偝伞毕到y(tǒng)出現(xiàn)PDE故障模式，其可能產(chǎn)生的局部影響是潤滑油系統(tǒng)故障，最終影響是可能導致泥漿泵停機。

4）對每一種功能性失效模式，進行風險分析，以確定其風險大小。本研究將風險定義為“風險=失效概率×失效后果”，主要從安全風險、環(huán)境風險、生產(chǎn)損失和維修成本4個方面對每一種失效事件進行評估。同時，根據(jù)風險值將風險分為四級（I級：可接受風險，II級：中度風險，III級：高度風險，IV級：嚴重風險）。另外，在分析過程中，本研究還借鑒了中石油公司內(nèi)部使用的風險評估矩陣及風險分級劃分準則[9]，完成對泥漿泵設備的FMECA分析。從結(jié)果看，該泥漿泵可能出現(xiàn)故障的最高風險等級為II級，屬于中度風險，需要依據(jù)具體情況采取措施，重視平時的日常維護工作。

2.4 維修策略制定

在完成FMECA工作后，本研究針對每一種故障根本原因，采用任務策略決策邏輯的方法確定了其對應的維護任務，以盡可能降低這個根本原因的發(fā)生，使風險進一步降低或維持在最低水平。其中，3處屬于定期維修，33處屬于視情維修。例如，為避免液力端總成的LOO故障，對應的維修策略應該是視情維修；為避免噴淋泵總成的FTS故障，對應的維修策略應該是定期維修。

表2 更新后的泥漿泵維護保養(yǎng)檢查表（節(jié)選）

最終，根據(jù)RCM分析結(jié)果及設備的現(xiàn)狀，本研究在該泥漿泵原有檢查表的基礎上更新了維護保養(yǎng)檢查表。更新后的檢查項數(shù)量是原來的3倍，不但涵蓋了原有檢查內(nèi)容，還提出了新的檢查項目，并明確指出每一項任務的執(zhí)行周期。

3 結(jié)論與建議

本文通過對該平臺上高風險設備的篩選，共篩選出30臺（套）關鍵設備，涉及井控、消防、關閉、探測、通風、應急、救生設備，以及部分結(jié)構(gòu)設施。然后，從中選取對日常生產(chǎn)和應急搶險都至關重要的泥漿泵為例，進行了深入的FMECA分析，并根據(jù)該結(jié)果制定了相應的維護維修策略，更新了維護保養(yǎng)檢查表。

這種對設備管理的分析方式，與傳統(tǒng)的針對某幾種維修類型或者設備的方式不同，更加放眼于企業(yè)內(nèi)部所有關心的設備，可以讓使用方更加深入、系統(tǒng)地了解自己設備的工作條件，幫助他們針對不同設備不同特點，制定詳細具體的設備管理策略。筆者建議設備管理方可在各類重要設備上應用此方法，以提高設備的運行效率、降低安全風險。