石化機械設(shè)備風險評價方法研究綜述

邱澤陽 王 雪 張明敏 單 克

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司北京安全環(huán)保工程技術(shù)研究院；2.中國建材檢驗認證集團股份有限公司；3.中國海上衛(wèi)星測控部；4.深圳市燃氣集團股份有限公司）

石化機械設(shè)備隱含性、 突發(fā)性故障較多，設(shè)備一旦發(fā)生故障，就會造成機組停機乃至整條生產(chǎn)線停工。 目前，石化機械設(shè)備主要以監(jiān)測系統(tǒng)和定期巡檢的方式保障機組的正常運行，可實時監(jiān)測設(shè)備關(guān)鍵部件的振動、壓力、溫度及位移等參數(shù)的變化情況，一旦部件運行參數(shù)與正常狀態(tài)偏差較大，就會觸發(fā)報警，現(xiàn)場工程師可以根據(jù)情況適當檢查維修。 這種方式可以有效避免設(shè)備運行時出現(xiàn)較嚴重的事故，但是不能在機組或者關(guān)鍵部件出現(xiàn)早期故障時及時排查隱患、減少意外停機次數(shù)。 同時，復(fù)雜的石化機械設(shè)備包含著設(shè)備本體、密封系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、驅(qū)動機及閥門等多個組成部分，機組子系統(tǒng)或者關(guān)鍵部件一旦發(fā)生故障也會影響設(shè)備本體的正常運行［1］。因此，需要建立一套覆蓋動設(shè)備各子系統(tǒng)關(guān)鍵狀態(tài)參數(shù)的評估指標體系， 用于對石化機械設(shè)備進行全面、準確的風險評估。

1 設(shè)備風險評估發(fā)展過程和典型方法

風險分析研究經(jīng)歷了3 個階段（圖1）：技術(shù)因素階段、人為因素階段、組織機構(gòu)因素階段［2］。技術(shù)因素階段主要是尋找合適的方法防止系統(tǒng)發(fā)生故障并解決技術(shù)方面的難題， 用于識別和控制這一階段風險的方法有：事件樹分析［3］、事故樹分析（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）［4］、 危險與可操作性分析（Hazard and Operability Analysis，HAZOP）［5］及失效模式與影響分析 （Failure Mode and Effect Analysis，F(xiàn)MEA）［6］等。 隨著事故案例的進一步分析研究，人為失誤因素逐漸成為了人們關(guān)注的重點，學者們提出了包括技術(shù)因素和人為因素的風險評價模型，如認知可靠性和失誤分析方法［7］、人的認知可靠性模型［8］及人因可靠性分析方法［9］等。 然而，一些典型的事故案例，如挑戰(zhàn)者號爆炸、博帕爾毒氣泄漏和派珀·阿爾法平臺事故，其調(diào)查結(jié)果表明組織機構(gòu)也有責任。 因此，風險分析研究第3 階段側(cè)重于組織機構(gòu)因素分析［10］。

圖1 風險分析研究的發(fā)展過程

從風險分析方法的角度出發(fā)，可以分為定性風險分析和定量風險分析［11］。 在風險分析發(fā)展的初期，主要以定性風險評價方法為主。 隨著風險評價技術(shù)的發(fā)展，風險評價方法與數(shù)學理論方法結(jié)合產(chǎn)生了定量風險評價方法， 通過一定的標準，將語言變量進行量化處理，采用數(shù)學模型進行計算得到評價結(jié)果［12］。 常用的定性風險分析方法包括安全檢查表法、 危險與可操作性分析法、失效模式與影響分析及預(yù)先危險性分析等［13］。 定量風險分析方法包括事件樹分析法、事故樹分析法、 層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）［14］及模糊綜合評價法［15］等。

2 設(shè)備風險評估研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外學者在油氣輸送動設(shè)備風險評價領(lǐng)域做出了大量研究。 藺小慧開發(fā)了基于模糊數(shù)學和否定選擇算法的設(shè)備評估模型，完成了齒輪運行狀態(tài)的評估［16］。 羅通元基于模糊事故樹方法對往復(fù)泵進行風險分析，得到人為因素是影響其安全運行最主要的原因［17］。 崔凱燕等采用定量RBI技術(shù)對輸氣站場關(guān)鍵設(shè)備的風險等級進行計算，得到其風險等級［18］。趙雙基于AHP 和現(xiàn)場監(jiān)測參數(shù)， 確定了軸流式壓縮機的綜合健康指數(shù)［19］。Abd Majid M A 等基于風險矩陣方法得到了壓縮機關(guān)鍵部件運行過程中的風險等級［20］。 董良遇將動態(tài)RCM 與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)相結(jié)合， 實現(xiàn)了往復(fù)式壓縮機組實時運行狀態(tài)的風險評價［21］。Zhu X P等基于FMEA 方法對壓縮機進行故障識別，建立專家故障評估模型，然后利用模糊綜合評價方法對模型進行定量分析，最終確定了機組的風險等級［22］。董超群結(jié)合AHP 和專家評分確定了往復(fù)式壓縮機各部件權(quán)重， 建立了壓縮機評價體系［23］。梁政等結(jié)合經(jīng)濟性指標和安全性指標， 并基于AHP 得到了壓縮機各部件的權(quán)重系數(shù)［24］。 Hao Y和Gu B 采用模糊綜合評價方法對離心泵機械密封失效進行了分析， 得到了機械密封的風險等級，為離心泵安全穩(wěn)定運行提供重要參考［25］。 文永生利用RCM 方法完成了離心式壓縮機運行狀態(tài)評價，得到了其運行存在的故障模式［26］。 馬虎強等基于RCM 理論完成了離心壓縮機組安全評價和維修策略的制定［27］。 Wassan R K 和Abd Majid M A 建立了一個半定量的風險評估模型，該模型由初始風險篩選、風險評估、FMEA 和RCM 4 個主要部分組成， 成功得到了機組各子系統(tǒng)的維修周期［28］。 劉洋等結(jié)合模糊數(shù)學和突變理論，完成了離心泵的安全性評估，克服了指標間差距較小的問題［29］。 羅通元結(jié)合模糊綜合評價和優(yōu)序圖完成了往復(fù)泵在運行過程中的安全評價［30］。 陳蘭英等基于事故樹和模糊綜合評價法，完成了離心式壓縮機組安全運行定量風險分析［31］。 朱喜平結(jié)合FMEA 和FTA 的分析方法，確定了離心式壓縮機最重要的基本事件，并且采用模糊綜合評價法完成了各層指標風險的計算［32］。陳莉莉通過可變模糊集耦合評價法和集對分析，完成了輸油泵機組的安全等級評級［33］。 盧文青基于高斯模型和邏輯回歸模型建立了輸油泵機組的健康狀態(tài)綜合評價模型，降低了人為知識經(jīng)驗差異的影響［34］。 李威君建立了壓縮機故障診斷Petri 網(wǎng)， 運用分層模糊推理Petri 網(wǎng)算法完成了機組的風險評估［35］。 邱澤陽等運用現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)挖掘的方法建立設(shè)備風險評估計算模型，并將該模型成功應(yīng)用于現(xiàn)場壓縮機組的實時風險評估［36］。

3 展望與未來

通過開展石化機械設(shè)備風險評估研究，判斷機組實時運行狀態(tài)， 可有效保障設(shè)備穩(wěn)定運行。目前，針對石化機械設(shè)備的風險分析大多仍基于定性或者半定量的風險評價方法。 風險評估指標的建立不夠全面，忽略了工藝參數(shù)中蘊含的豐富信息。 同時，由于缺少對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的使用，導(dǎo)致人為知識經(jīng)驗差異對評估結(jié)果影響較大。 未來油氣輸送動設(shè)備風險評估趨勢為定性評價向定量評價的方向轉(zhuǎn)化，將現(xiàn)場多種工藝參數(shù)加以綜合考慮，同時結(jié)合一些基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計與挖掘的數(shù)學方法，從而不斷改進評價方法，得到更準確的評價結(jié)果。