煉化裝置大型機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行管理的探討

王 偉

(中國石化齊魯分公司，山東淄博 255400)

煉油化工裝置日益向大型化、智能化、長周期運(yùn)行方向發(fā)展，國家對于安全及環(huán)保的要求越來越嚴(yán)，大型機(jī)組的運(yùn)行狀況關(guān)系到整個裝置是否能夠安全環(huán)保穩(wěn)定運(yùn)行，煉化企業(yè)對大型機(jī)組的安全性、可靠性和穩(wěn)定性提出了越來越高的管理要求。企業(yè)在日常管理中，一方面繼續(xù)繼承和發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)的管理方法，將管理體系化、標(biāo)準(zhǔn)化，為裝置長周期平穩(wěn)運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；另一方面積極開發(fā)和使用先進(jìn)的管理監(jiān)測手段，為實(shí)現(xiàn)預(yù)知性維修、設(shè)備完整性管理和長周期運(yùn)行提供有力的支撐。本文以某大型煉化企業(yè)為例，初步探討了如何加強(qiáng)大型機(jī)組的日常管理，提升機(jī)組的安全平穩(wěn)運(yùn)行水平。

1 大型機(jī)組管理存在的問題

1.1 設(shè)備完整性管理體系未健全

目前，某大型煉化企業(yè)的設(shè)備完整性管理體系尚未健全，在大型機(jī)組及其設(shè)備管理中還存在的問題：①有統(tǒng)一的設(shè)備管理制度，但在基層執(zhí)行過程中差異性大，好的做法沒有得到傳承和共享；②設(shè)備管理職責(zé)分散于不同職能部門，阻礙了設(shè)備管理體系的優(yōu)化，還未形成體系化管理；③企業(yè)雖然注重技術(shù)改進(jìn)，但科學(xué)系統(tǒng)性不強(qiáng)，設(shè)備全壽命周期管理中風(fēng)險技術(shù)的應(yīng)用不深、不廣；④設(shè)備管理績效評價指標(biāo)過于陳舊，與目前安全環(huán)保長周期穩(wěn)定運(yùn)行的要求不相適應(yīng)；⑤設(shè)備全壽命周期管理中存在問題，設(shè)備管理的諸多要求不能完全貫徹落實(shí)到設(shè)備前期管理中，為日后設(shè)備運(yùn)行管理埋下隱患；⑥設(shè)備的檢維修策略僅維持在事務(wù)性、技術(shù)上局部或個體的研究，沒有完善的支持體系，也沒有成熟的系統(tǒng)研究和應(yīng)用。

1.2 企業(yè)執(zhí)行的大型機(jī)組檢維修策略尚需優(yōu)化

目前企業(yè)的大型機(jī)組的檢維修策略基本是企業(yè)內(nèi)部專業(yè)技術(shù)人員討論制定的，是本企業(yè)技術(shù)能力和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的集成，缺少科學(xué)的系統(tǒng)的決策方法的支撐，存在一定的局限性和片面性。另外，由于各個機(jī)組的類型、建設(shè)時間和質(zhì)量、運(yùn)行工況及基層設(shè)備人員自身能力等因素的不同，各個大型機(jī)組的檢維修策略是有差異的，需要有針對性對運(yùn)行周期、檢修深度、點(diǎn)巡檢的頻次、風(fēng)險控制方案、運(yùn)行成本控制等策略進(jìn)行優(yōu)化，有效利用寶貴的維修費(fèi)用，發(fā)揮更大的效益。

1.3 大型機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測與技術(shù)評估手段尚不完善

目前企業(yè)沒有全面增設(shè)大型機(jī)組在線振動監(jiān)測系統(tǒng)，缺乏有效的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的智能化的分析，無法及時掌握和分析機(jī)組運(yùn)行動態(tài)，精準(zhǔn)定位故障原因尚有困難。需要企業(yè)采取先進(jìn)的監(jiān)測和評估手段來收集分析數(shù)據(jù)，并且建立專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)開展深入的研究。

1.4 大型機(jī)組運(yùn)行管理上各專業(yè)的協(xié)調(diào)配合還需要進(jìn)一步加強(qiáng)

大型機(jī)組作為煉化裝置中的核心設(shè)備，串聯(lián)著復(fù)雜的不同工況的工藝系統(tǒng)，隨著裝置長周期運(yùn)行，工藝系統(tǒng)出現(xiàn)的各種變量直接或間接地改變了機(jī)組的運(yùn)行工況，使機(jī)組偏離正常的運(yùn)行環(huán)境，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)脫離安全運(yùn)行的狀況，必須做到管設(shè)備要管設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，需要工藝管理、運(yùn)行操作、運(yùn)行維護(hù)各個專業(yè)之間的協(xié)調(diào)和配合。另外，企業(yè)在分析和解決機(jī)組故障的過程中需要打破現(xiàn)有管理體制，創(chuàng)新性地打造全專業(yè)的團(tuán)隊(duì)合作開展深入的分析研究和改進(jìn)。

2 提升大型機(jī)組安全運(yùn)行管理的建議措施

2.1 建立設(shè)備完整性管理體系

設(shè)備完整性管理體系要求大型機(jī)組管理要做好以分級、過程質(zhì)量、缺陷、變更、檢驗(yàn)、監(jiān)測和預(yù)防性維修及定時事務(wù)為流程的運(yùn)行管理和以KPI指標(biāo)為考核的績效管理，提高大型機(jī)組的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行水平，保障生產(chǎn)裝置安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行?；陲L(fēng)險和基于運(yùn)行狀態(tài)的維修策略，用風(fēng)險管理的理念和方法管理設(shè)備全壽命周期活動，準(zhǔn)確識別和有效防控風(fēng)險；實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)規(guī)范設(shè)備管理；提升管理水平和效能、保障裝置安全、高效、長周期運(yùn)行。通過風(fēng)險與可靠性等技術(shù)方法的應(yīng)用、規(guī)范性工作機(jī)制的建立；采用風(fēng)險分析、可靠性分析等完整性管理相關(guān)技術(shù)方法，在大型機(jī)組設(shè)備全壽命周期進(jìn)行集成應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)方法與管理方法相結(jié)合的完整性管理實(shí)踐。突出設(shè)備管理重點(diǎn)，提高維護(hù)保障的有效性，減少設(shè)備故障率。提升技術(shù)人員的能力和認(rèn)知水平，為設(shè)備可靠性工程師等專業(yè)化隊(duì)伍的形成奠定基礎(chǔ)。

2.2 加強(qiáng)監(jiān)測與技術(shù)評估手段，及時掌握和分析機(jī)組運(yùn)行動態(tài)

振動診斷技術(shù)能夠做到故障判斷高效、準(zhǔn)確，歷史問題追溯分析數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，易于發(fā)掘問題根源、深入剖析主要矛盾、精準(zhǔn)定位故障、提升檢維修效率、節(jié)省人力、時間和成本。企業(yè)重視振動分析及狀態(tài)監(jiān)測工作，在企業(yè)內(nèi)部形成了以狀態(tài)監(jiān)測分析為指導(dǎo)的預(yù)知性維修理念，建立了30余人的狀態(tài)監(jiān)測分析工程師團(tuán)隊(duì)，46臺大型機(jī)組配備了實(shí)時在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。在大型機(jī)組的不平衡、不對中、松動、彎曲、碰磨等諸多故障的分析、判斷和處理過程中，得到了充分應(yīng)用和發(fā)揮。

2.2.1 準(zhǔn)確定位故障，科學(xué)安排檢修內(nèi)容

企業(yè)某裝置中一臺壓縮機(jī)的驅(qū)動汽輪機(jī)兩端軸承4個軸振動測點(diǎn)出現(xiàn)周期性的大幅波動，最大振動幅值趨近聯(lián)鎖值，停機(jī)風(fēng)險極高。經(jīng)過初步的振動頻譜分析發(fā)現(xiàn)主要振動頻率分量為工頻，初步認(rèn)為是轉(zhuǎn)子發(fā)生動靜碰磨，準(zhǔn)備更換汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子。但是通過在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對歷史數(shù)據(jù)的回溯及分析，發(fā)現(xiàn)振動具有以下特點(diǎn)：①振動波動幅度和周期與地域氣溫密切相關(guān)；②振動波動時兩端軸承振動變化趨勢從相悖至相同不斷轉(zhuǎn)化；③振動波動時軸心位置有明顯的大幅漂移。從振動機(jī)理上分析，轉(zhuǎn)子發(fā)生動靜碰磨或彎曲是不應(yīng)具備以上特征的。經(jīng)過全面分析，最終確認(rèn)是汽輪機(jī)軸封蒸汽凝結(jié)水疏水不暢，在汽封室內(nèi)聚集，激冷汽輪機(jī)軸而導(dǎo)致其臨時熱彎曲引發(fā)的周期性振動波動。在準(zhǔn)確定位故障、明確故障機(jī)理后，檢修方案調(diào)整為不需更換轉(zhuǎn)子，僅需對軸封蒸汽疏水管線進(jìn)行疏通，極大地縮短了檢修周期，機(jī)組恢復(fù)平穩(wěn)運(yùn)行。

為防止相同問題在其他機(jī)組上發(fā)生，企業(yè)加強(qiáng)了汽輪機(jī)軸封蒸汽運(yùn)行操作與維護(hù)檢修的管理，制定《大型機(jī)組運(yùn)行維護(hù)指導(dǎo)意見》、編制《設(shè)備故障歸零管理匯編》，并對企業(yè)內(nèi)部大型機(jī)組管理人員進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)和故障歸零專項(xiàng)培訓(xùn)。

2.2.2 精準(zhǔn)排除假信號的干擾，保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行

在機(jī)組檢修過程中，應(yīng)該對轉(zhuǎn)軸上測量軸振動的電渦流傳感器測量區(qū)域進(jìn)行檢查和修復(fù)，如果此區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)劃痕和局部磁化現(xiàn)象，將會導(dǎo)致機(jī)組在啟機(jī)后低轉(zhuǎn)速區(qū)間發(fā)生振動幅值偏高的問題，容易導(dǎo)致機(jī)組在較高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時振動高聯(lián)鎖停機(jī)(特別是在升速通過臨界轉(zhuǎn)速時)，在檢修過程中，應(yīng)對轉(zhuǎn)軸電跳區(qū)進(jìn)行輥壓和消磁處理，以消除干擾；在機(jī)組日常運(yùn)行管理過程中，可以排除此類假信號的干擾，適當(dāng)提高相應(yīng)測量位置的機(jī)組軸振動幅值報警值和聯(lián)鎖值，并做好變更管理，以避免不必要的停機(jī)風(fēng)險，保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

企業(yè)重視設(shè)備管理的智能化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了40多臺A級機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測和故障預(yù)警。企業(yè)總部建立了遠(yuǎn)程診斷中心和大數(shù)據(jù)診斷系統(tǒng)，形成數(shù)據(jù)共享、信息互通，定期開展大型機(jī)組的在線和離線狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，從專業(yè)技術(shù)角度對大型機(jī)組管理人員給出機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的合理建議。

2.3 以可靠性為中心的維護(hù)(RCM)應(yīng)用

以可靠性為中心的維護(hù)(RCM)理論起源于20世紀(jì)60年代，20世紀(jì)90年代開始廣泛應(yīng)用于其他各類企業(yè)的設(shè)備維修管理，成為優(yōu)化維修制度的一種系統(tǒng)方法。RCM的基本思路是：對系統(tǒng)進(jìn)行功能與故障分析，明確系統(tǒng)內(nèi)各故障的原因和后果，用規(guī)范的邏輯決斷方法，有針對性地確定出各故障后果的預(yù)防性對策。RCM提供了一套維修決策的框架系統(tǒng)，利用RCM可以迅速、持續(xù)和廣泛地改進(jìn)設(shè)備的可用度和可靠性、產(chǎn)品質(zhì)量、安全性和環(huán)境完整性，有效降低資產(chǎn)的維修成本。企業(yè)引用RCM的理念開展了大型機(jī)組風(fēng)險評估，目的是：①建立大型機(jī)組風(fēng)險評估的系統(tǒng)化的方法，并在實(shí)際應(yīng)用過程中不斷加以完善，用于指導(dǎo)大型機(jī)組風(fēng)險評估工作的有效實(shí)施；②通過開展大型機(jī)組風(fēng)險評估，掌握每臺大型機(jī)組潛在的失效特點(diǎn)，有針對性地完善設(shè)備維修策略，不斷提升大型機(jī)組運(yùn)行可靠度和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平；③通過開展大型機(jī)組風(fēng)險評估，使設(shè)備管理人員進(jìn)一步加深對設(shè)備結(jié)構(gòu)原理、系統(tǒng)配置、使用環(huán)境和失效規(guī)律的認(rèn)知，強(qiáng)化對RCM知識體系的理解和掌握，并通過實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練進(jìn)一步提高風(fēng)險評估技術(shù)應(yīng)用能力；④通過開展大型機(jī)組風(fēng)險評估，建立和完善企業(yè)的設(shè)備故障和維修數(shù)據(jù)庫，深化設(shè)備知識資產(chǎn)管理，促進(jìn)提升現(xiàn)場設(shè)備故障分析、維修決策水平和工作效率。

企業(yè)開展了大型機(jī)組干氣密封系統(tǒng)失效風(fēng)險評估工作，成立“大型機(jī)組風(fēng)險評估”專家工作組和“大型機(jī)組干氣密封系統(tǒng)失效風(fēng)險評估”項(xiàng)目工作組，制定風(fēng)險評估項(xiàng)目實(shí)施方案、選擇風(fēng)險評估適用方法、設(shè)計(jì)風(fēng)險評估所需模板、確定風(fēng)險評估項(xiàng)目可交付成果等各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。進(jìn)行在用干氣密封系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)研，對干氣密封系統(tǒng)配置、密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和相關(guān)工藝系統(tǒng)實(shí)施全面的風(fēng)險評估，對工藝、設(shè)備存在的薄弱點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)排查，編制、審核FMEA分析表和RCM決斷表。開展風(fēng)險評估專題培訓(xùn)，進(jìn)行干氣密封風(fēng)險評估，出具風(fēng)險評估報告和制定落實(shí)風(fēng)險應(yīng)對策略。梳理了25臺大型機(jī)組的56套干氣密封系統(tǒng)，分析評估出來10項(xiàng)干氣密封系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題帶來的潛在風(fēng)險，制定了合適的維修策略，并予以嚴(yán)格執(zhí)行。企業(yè)自2013年至2020年連續(xù)7年(2個裝置運(yùn)行周期)沒有出現(xiàn)因干氣密封系統(tǒng)故障導(dǎo)致的裝置非計(jì)劃停工的事故。

2.4 重視機(jī)組運(yùn)行管理，創(chuàng)造安全可控的運(yùn)行環(huán)境

以企業(yè)裂解裝置丙烯制冷壓縮機(jī)組為例，該機(jī)組自2017年6月大修后，汽輪機(jī)3個軸位移ZI501A/B/C呈現(xiàn)同步快速上漲的趨勢，2018年8月末，ZI5011A達(dá)到報警值-0.5 mm(軸位移報警值±0.50 mm,聯(lián)鎖值±0.75 mm，聯(lián)鎖邏輯三取二)；依照此趨勢增長，汽輪機(jī)軸位移將在2020年4月A點(diǎn)軸位移值達(dá)到聯(lián)鎖值-0.75 mm，機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)的風(fēng)險極高，無法實(shí)現(xiàn)乙烯裝置連續(xù)運(yùn)行4年的既定目標(biāo)和計(jì)劃。

經(jīng)過研究分析，軸位移增長的主要原因有：①機(jī)組持續(xù)處于超高負(fù)荷運(yùn)行；②汽輪機(jī)入口蒸汽品質(zhì)低于設(shè)計(jì)值，汽輪機(jī)進(jìn)汽量長期超設(shè)計(jì)值導(dǎo)致軸向力較大；③推力瓦支撐架存在變形，瓦塊在運(yùn)行期間油膜不穩(wěn)定，致使推力瓦出現(xiàn)磨損；④汽輪機(jī)電刷接地不良，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸電壓釋放不徹底，在推力瓦塊與止推盤之間產(chǎn)生電腐蝕，加速軸瓦巴氏合金的磨損。結(jié)合原因分析，為確保機(jī)組能按照既定的檢修計(jì)劃平穩(wěn)運(yùn)行至2021年8月份，采取嚴(yán)格控制機(jī)組運(yùn)行環(huán)境的措施：提高并保證汽輪機(jī)入口蒸汽品質(zhì)、優(yōu)化工藝參數(shù)嚴(yán)格控制機(jī)組負(fù)荷、合理調(diào)整機(jī)組潤滑參數(shù)、定期監(jiān)測與消除汽輪機(jī)軸電壓。通過機(jī)組運(yùn)行環(huán)境的精準(zhǔn)把控，該機(jī)組汽輪機(jī)軸位移得到有效控制。

以某催化裝置煙機(jī)為例，該煙機(jī)自2017年4月檢修后，間歇性出現(xiàn)振動波動現(xiàn)象，振動值從正常值(20～35 μm)緩慢上升至40 μm以上，大多數(shù)情況下振動值出現(xiàn)持續(xù)上升至報警值72 μm以上，呈現(xiàn)不可控現(xiàn)象。原因分析為：與再生器間歇性跑劑、三旋旋分效率偏低和輪盤冷卻蒸汽系統(tǒng)波動有關(guān)。催化再生器為流化床反應(yīng)器，催化劑再生產(chǎn)生的煙氣經(jīng)初級旋分、二級旋分、三級旋分靠重力分離出攜帶的催化劑顆粒后作為動力介質(zhì)進(jìn)入煙機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化，隨著裝置長周期運(yùn)行末期出現(xiàn)旋分翼閥磨損、旋分跑劑加劇，高速運(yùn)行的煙氣攜帶催化劑顆粒聚集在動葉頂與尾帶的縫隙形成垢樣，煙機(jī)動葉結(jié)垢加上輪盤冷卻蒸汽系統(tǒng)波動間歇性的破壞了煙機(jī)轉(zhuǎn)子動平衡、引發(fā)振動超標(biāo)。在確保機(jī)組安全的前提下實(shí)現(xiàn)裝置運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益最大化，企業(yè)在2017-2020年共計(jì)11次實(shí)施在線除垢作業(yè)以消除振動隱患。利用裝置大檢修機(jī)會，有針對性地進(jìn)行了煙氣旋分的改造和煙機(jī)轉(zhuǎn)子的節(jié)能改造，優(yōu)化煙機(jī)運(yùn)行環(huán)境，解決了煙機(jī)動葉結(jié)垢的問題。

3 結(jié)語

大型機(jī)組的安全平穩(wěn)運(yùn)行管理是一項(xiàng)長期工作，在為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時堅(jiān)守安全環(huán)保的紅線，按照設(shè)備完整性管理體系的要求，嚴(yán)格落實(shí)企業(yè)設(shè)備管理部門職責(zé)，嚴(yán)格執(zhí)行大型機(jī)組各項(xiàng)定時性事務(wù)工作，開展好特級維護(hù)管理，認(rèn)真開展五位一體與包機(jī)例會工作，做好機(jī)組潤滑管理、聯(lián)鎖管理、缺陷管理、變更管理、風(fēng)險管理和故障后的雙歸零管理工作；不斷修改、完善機(jī)組操作規(guī)程和管理細(xì)則，加大機(jī)組突發(fā)故障緊急操作演練，夯實(shí)機(jī)組日常操作管理；積極關(guān)注工藝運(yùn)行參數(shù)的變化，結(jié)合裝置運(yùn)行的實(shí)際工況，不斷優(yōu)化機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境；結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測手段和故障診斷分析工具，實(shí)時、動態(tài)的分析評估大型機(jī)組的運(yùn)行狀況；做好大型機(jī)組備品配件的儲備工作，依據(jù)裝置運(yùn)行現(xiàn)狀持續(xù)更新預(yù)知性維修策略、并執(zhí)行好預(yù)知性維修事務(wù)工作；按照大型機(jī)組的檢維修要求，做好檢修前方案審核、檢修中質(zhì)量驗(yàn)收、檢修后試車及資料歸檔工作；同時圍繞企業(yè)的安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，有計(jì)劃、有重點(diǎn)地開展大型機(jī)組的更新和改造工作。在大型機(jī)組全壽命周期內(nèi)，堅(jiān)持“運(yùn)行、維護(hù)與檢修相結(jié)合，修理、改造與更新相結(jié)合，專業(yè)管理與全員管理相結(jié)合，技術(shù)管理與經(jīng)濟(jì)管理相結(jié)合”的原則，持續(xù)做好大型機(jī)組的安全平穩(wěn)運(yùn)行工作，為煉化裝置的安全經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行做好本質(zhì)保障。