天然氣凈化裝置設(shè)備全生命周期智能化管理系統(tǒng)及實(shí)踐

王得勝，趙柳鑒，林國(guó)軍，陳立軍，張 強(qiáng)

（中國(guó)石油西南油氣田分公司天然氣凈化總廠，重慶 404300）

1 建設(shè)背景

中國(guó)石油西南油氣田分公司忠縣天然氣凈化廠（以下簡(jiǎn)稱“忠縣凈化廠”）設(shè)計(jì)天然氣處理量為600×104m3/d，從2005 年投產(chǎn)運(yùn)行至今已運(yùn)行十多年，生產(chǎn)裝置設(shè)備種類多、數(shù)量大，日常設(shè)備管理勞動(dòng)強(qiáng)度較高。基于天然氣凈化廠制度管理和人員培訓(xùn)的優(yōu)勢(shì)，忠縣凈化廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施完整性管理水平較高，但設(shè)備信息化、智能化管理薄弱。

2018 年，忠縣凈化廠在門戶網(wǎng)站上完成設(shè)備全生命周期網(wǎng)頁(yè)版檔案建設(shè)（以下簡(jiǎn)稱網(wǎng)頁(yè)版檔案），逐臺(tái)建立關(guān)鍵設(shè)備檔案，涵蓋了設(shè)備前期設(shè)計(jì)、隨機(jī)資料和后期設(shè)備管理的運(yùn)維資料等。但是由于網(wǎng)頁(yè)版檔案自身的數(shù)字化程度低，數(shù)據(jù)提取、存儲(chǔ)程序相對(duì)繁瑣，典型情況如下：

（1）設(shè)備網(wǎng)頁(yè)版檔案查詢不方便。門戶網(wǎng)站不具備操作系統(tǒng)中關(guān)鍵詞查詢功能，查詢?cè)O(shè)備檔案時(shí)需按檔案文件夾逐層級(jí)打開(kāi)，方可實(shí)現(xiàn)文本查詢。

（2）設(shè)備運(yùn)維資料更新效率低。網(wǎng)頁(yè)版檔案需定期逐臺(tái)逐項(xiàng)手動(dòng)錄入動(dòng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)記錄，不可在線更改，設(shè)備檢修過(guò)程資料、特種設(shè)備年度自查報(bào)告為紙質(zhì)版記錄，需掃描后上傳。

（3）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能欠缺。網(wǎng)頁(yè)版檔案主要用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，無(wú)法進(jìn)行在線統(tǒng)計(jì)分析，不利于設(shè)備預(yù)防性檢修管理。

因此，網(wǎng)頁(yè)版檔案的性能亟待完善。另外，忠縣凈化廠的日常設(shè)備管理紙質(zhì)化辦公比重高，存在數(shù)據(jù)收集效率低、設(shè)備檢維修動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)法建立、設(shè)備數(shù)據(jù)檔案利用率不高等問(wèn)題。依托2019 年設(shè)備管理提升契機(jī)，在進(jìn)一步提升現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施管理水平的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建了以設(shè)備全生命周期管理理念為基礎(chǔ)的忠縣凈化廠設(shè)備綜合管理系統(tǒng)，著力提升設(shè)備信息化管理水平。

2 頂層設(shè)計(jì)及思路

天然氣凈化裝置設(shè)備全生命周期智能化管理系統(tǒng)的建設(shè)，不是另起爐灶、另搞一套設(shè)備管理模式，而是基于天然氣凈化裝置設(shè)備管理的實(shí)際，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備管理體系的完善、補(bǔ)充，是對(duì)設(shè)備管理系統(tǒng)化、信息化和標(biāo)準(zhǔn)化的提升過(guò)程。該系統(tǒng)以解決設(shè)備故障為導(dǎo)向，以設(shè)備維護(hù)及維修管理為核心，以降低設(shè)備故障率為目標(biāo)，強(qiáng)化設(shè)備檢維修大數(shù)據(jù)的收集，為設(shè)備預(yù)防性檢修提供依據(jù)。

該系統(tǒng)以設(shè)備全生命周期管理的7 個(gè)要素為作為基本模塊，分別為規(guī)劃設(shè)計(jì)及選型、購(gòu)置及制造、安裝及調(diào)試、使用、維護(hù)及維修、改造及更新、報(bào)廢。另外，考慮到凈化裝置設(shè)備完整性管理的要求，增加了裝置設(shè)備完整性管理模塊。設(shè)備綜合管理系統(tǒng)的首頁(yè)如圖1 所示，模塊及功能設(shè)置如圖2 所示。

圖1 設(shè)備綜合管理系統(tǒng)首頁(yè)

圖2 忠縣凈化廠設(shè)備綜合管理系統(tǒng)模塊設(shè)置

為解決設(shè)備后期運(yùn)維數(shù)據(jù)效率低的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了輔助APP（命名為TPM，取全員生產(chǎn)維護(hù)之意），其主要基于現(xiàn)場(chǎng)檢維修過(guò)程管控和數(shù)據(jù)采集需要，將有效提升數(shù)據(jù)集成效率。設(shè)備綜合管理系統(tǒng)輔助APP 共有8 個(gè)功能，用于接收系統(tǒng)端下發(fā)的各項(xiàng)指令，同時(shí)將指令執(zhí)行記錄上傳至系統(tǒng)端，是設(shè)備管理過(guò)程信息數(shù)據(jù)的“采集器”（圖3）。

圖3 設(shè)備綜合管理系統(tǒng)輔助APP 操作界面

2.1 搭建設(shè)備全生命周期基礎(chǔ)信息的功能模塊

功能模塊的搭建是系統(tǒng)成功運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)，首先是對(duì)天然氣凈化裝置設(shè)備檢維修全過(guò)程工作進(jìn)行梳理，形成清單，并對(duì)清單內(nèi)容形成分類，依次劃分到設(shè)備全生命周期的七大模塊（圖2）。設(shè)備全生命周期管理的核心要素是維護(hù)及維修，下面重點(diǎn)介紹凈化裝置維護(hù)及維修管理功能模塊的設(shè)置。

2.1.1 設(shè)備維修全過(guò)程數(shù)字化掌控

（1）設(shè)備綜合管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢修全過(guò)程的數(shù)字化管理，全部過(guò)程資料直接上傳至系統(tǒng)端，解決了需要掃描紙質(zhì)維修記錄的問(wèn)題（圖4）。

圖4 設(shè)備故障檢修流程

（2）系統(tǒng)中的維護(hù)及維修模塊建立了設(shè)備故障數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中故障種類齊全且可以動(dòng)態(tài)更新，豐富的故障數(shù)據(jù)庫(kù)有助于設(shè)備故障分析，進(jìn)行精確的故障診斷（圖5）。

圖5 故障數(shù)據(jù)庫(kù)

（3）設(shè)備維修記錄可通過(guò)APP 現(xiàn)場(chǎng)上傳，包括設(shè)備故障點(diǎn)圖片、零部件配合間隙調(diào)整記錄、備品配件消耗數(shù)量。備品配件消耗信息與備品配件管理模塊相連，系統(tǒng)自動(dòng)減少庫(kù)存量，出現(xiàn)庫(kù)存緊張可提示預(yù)警。以溶液循環(huán)泵P-1201ⅡB 故障檢修為例，其故障檢修流程如圖6 所示，動(dòng)設(shè)備試運(yùn)行8 h 合格即為最終驗(yàn)收合格。

圖6 動(dòng)設(shè)備檢修全流程

2.1.2 設(shè)備和管道測(cè)厚管理更加科學(xué)

天然氣凈化裝置設(shè)備和管道的測(cè)厚管理是設(shè)備全生命周期管理的關(guān)鍵組成部分，因其數(shù)量和種類較多，腐蝕性介質(zhì)包含天然氣原料氣、含硫酸水、酸氣、硫酸等，腐蝕機(jī)理以及設(shè)備管道的腐蝕速率也不盡相同。為科學(xué)系統(tǒng)性的管理設(shè)備和管道的測(cè)厚，在系統(tǒng)維護(hù)及維修模塊中加入了設(shè)備和管道測(cè)厚管理，該系統(tǒng)創(chuàng)新性地設(shè)置了設(shè)備和管道測(cè)厚管理功能，包含測(cè)厚臺(tái)賬、測(cè)厚計(jì)劃、腐蝕預(yù)警和測(cè)厚記錄4 個(gè)子模塊（圖7）。

圖7 設(shè)備和管道測(cè)厚管理功能架構(gòu)

在4 個(gè)子模塊之間，設(shè)備和管道測(cè)厚數(shù)據(jù)是互通的，下面以重力分離器D-1101Ⅰ測(cè)厚管理全流程為例進(jìn)行介紹。

（1）圖8 標(biāo)示了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)厚點(diǎn)位，并設(shè)定測(cè)點(diǎn)原始厚度和腐蝕裕量，作為腐蝕預(yù)警的計(jì)算原始數(shù)據(jù)。

圖8 重力分離器D-1101Ⅰ測(cè)厚簡(jiǎn)圖

（2）圖9 為設(shè)備管道的測(cè)厚計(jì)劃。

圖9 設(shè)備管道測(cè)厚計(jì)劃

（3）圖10 為測(cè)厚人員在APP 中填寫重力分離器D-1101Ⅰ實(shí)測(cè)厚度值的界面，并將數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)端，作為腐蝕預(yù)警子模塊的計(jì)算實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

圖10 輔助APP 測(cè)厚數(shù)據(jù)填寫界面

（4）圖11 所示為D-1101Ⅰ單個(gè)點(diǎn)位的腐蝕預(yù)警趨勢(shì)圖，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的實(shí)測(cè)厚度值繪制而成。如果實(shí)測(cè)值超出規(guī)定的腐蝕裕量，將進(jìn)行預(yù)警提示。

圖11 重力分離器單個(gè)測(cè)厚點(diǎn)位的腐蝕趨勢(shì)圖

在不同設(shè)備、不同腐蝕機(jī)理的介質(zhì)環(huán)境下，設(shè)定的腐蝕裕量不相同，因此該項(xiàng)參數(shù)具有很強(qiáng)的針對(duì)性。這也說(shuō)明，設(shè)備綜合管理系統(tǒng)對(duì)凈化廠的設(shè)備和管道測(cè)厚起到科學(xué)指導(dǎo)作用。

2.1.3 設(shè)備潤(rùn)滑維護(hù)更加智能

設(shè)備全生命周期管理的重點(diǎn)是對(duì)設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)，做好設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)有助于延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，天然氣凈化裝置設(shè)備綜合管理系統(tǒng)中維護(hù)及維修模塊中設(shè)置有設(shè)備潤(rùn)滑管理功能。

在設(shè)備潤(rùn)滑管理中配置有設(shè)備潤(rùn)滑一覽表，表中規(guī)定有換油周期和潤(rùn)滑部位，嚴(yán)格按照設(shè)備潤(rùn)滑“六定”（定點(diǎn)、定質(zhì)、定量、定時(shí)、定法、定崗）進(jìn)行程序化管理。設(shè)備管理人員可通過(guò)潤(rùn)滑計(jì)劃下達(dá)設(shè)備潤(rùn)滑保養(yǎng)工單至輔助APP，維保人員在輔助APP 中記錄現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備潤(rùn)滑保養(yǎng)情況并上傳至系統(tǒng)端（圖12）。系統(tǒng)端收集到APP 上傳的數(shù)據(jù)后，在系統(tǒng)端形成潤(rùn)滑記錄，系統(tǒng)后臺(tái)根據(jù)潤(rùn)滑一覽表自動(dòng)生成下一次設(shè)備潤(rùn)滑維護(hù)時(shí)間。

圖12 現(xiàn)場(chǎng)填寫設(shè)備潤(rùn)滑記錄

當(dāng)所有設(shè)備完成一次潤(rùn)滑周期的維護(hù)保養(yǎng)后，系統(tǒng)將自動(dòng)生成當(dāng)月設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，并自動(dòng)下達(dá)潤(rùn)滑工單（圖13）。

圖13 設(shè)備潤(rùn)滑管理功能流程

2.2 構(gòu)建設(shè)備全生命周期維護(hù)數(shù)字化記錄系統(tǒng)

天然氣凈化裝置設(shè)備全生命周期管理的基礎(chǔ)功能就是設(shè)備全生命周期資料的記錄功能，但是僅有單一的數(shù)據(jù)記錄功能，對(duì)設(shè)備優(yōu)質(zhì)高效的管理的提升作用不大，因此設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)，除了設(shè)置規(guī)劃設(shè)計(jì)及選型、購(gòu)置及制造、安裝及調(diào)試環(huán)節(jié)的前期資料收集統(tǒng)計(jì)功能模塊以外，在其他設(shè)備管理模塊中均設(shè)置了一定的數(shù)據(jù)記錄模塊，包括檢維修工單統(tǒng)計(jì)、設(shè)備管道測(cè)厚管理記錄、設(shè)備潤(rùn)滑管理記錄等。另外，在特種設(shè)備管理以及日常其他常態(tài)化操作方面的記錄，均實(shí)現(xiàn)電子化的記錄。

2.2.1 特種設(shè)備檢查記錄信息化管理

天然氣凈化裝置主要特種設(shè)備為壓力容器、壓力管道、鍋爐、叉車等，根據(jù)TSG 08—2017《特種設(shè)備使用管理規(guī)則》要求，使用單位應(yīng)每年開(kāi)展特種設(shè)備安全狀況自查。忠縣凈化廠的管理實(shí)際為設(shè)備管理人員組織專業(yè)技術(shù)管理人員進(jìn)行檢查后填寫檢查記錄表，同時(shí)還需將記錄掃描后傳至網(wǎng)頁(yè)上，由于生產(chǎn)裝置中特種設(shè)備數(shù)量較大，設(shè)備管理人員的工作量非常大，工作負(fù)擔(dān)非常重，工作效率也低。

為解決上述問(wèn)題，設(shè)備綜合管理系統(tǒng)增加了特種設(shè)備年度自查模塊（圖14）。通過(guò)電子化檢查表格，提高了設(shè)備管理人員工作效率，工作負(fù)擔(dān)明顯降低，同時(shí)節(jié)約大量紙張及辦公室儲(chǔ)存空間。另外，電子化表格的查詢也更加方便。

圖14 特種設(shè)備年度自查功能

2.2.2 設(shè)備日常操作記錄電子化

天然氣凈化裝置動(dòng)設(shè)備執(zhí)行每周盤車、每月切換操作，此類操作的紙質(zhì)記錄同樣需要多崗位人員進(jìn)行逐臺(tái)簽字確認(rèn)。動(dòng)設(shè)備數(shù)量多導(dǎo)致人員簽字繁瑣，還存在周盤車弄虛作假的情況，為解決此類問(wèn)題，將月切換和每周盤車設(shè)計(jì)成電子表格，從系統(tǒng)端下發(fā)至生產(chǎn)班組，在APP 逐臺(tái)記錄操作照片后上傳至系統(tǒng)端，既確保每周盤車的真實(shí)性，也是對(duì)長(zhǎng)軸動(dòng)設(shè)備的重要保護(hù)（圖15、圖16）。

圖15 系統(tǒng)端動(dòng)設(shè)備盤車記錄

圖16 動(dòng)設(shè)備月切換記錄

2.2.3 凈化裝置現(xiàn)場(chǎng)完整性管理更全面

單獨(dú)設(shè)置的裝置現(xiàn)場(chǎng)完整性管理模塊旨在將無(wú)設(shè)備位號(hào)的設(shè)備設(shè)施納入到設(shè)備全生命周期管理范圍，如一般用途閥門、安全閥、洗眼器等。對(duì)這一類設(shè)備設(shè)施加強(qiáng)全生命周期管理是提高現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施完整性管理的重要一環(huán)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施問(wèn)題的閉環(huán)管理的數(shù)字化記錄有助于提升設(shè)備設(shè)施完整性管理的全面性。

以安全閥鉛封檢查為例，設(shè)備管理人員可以在系統(tǒng)中配置安全閥檢查內(nèi)容，然后下達(dá)檢查工單至輔助APP（圖17）。檢查人員逐個(gè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安全閥檢查，最后將檢查結(jié)果上傳系統(tǒng)端（圖18）。維修人員根據(jù)檢查結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)整改，形成安全閥鉛封的閉環(huán)管理，保證現(xiàn)場(chǎng)安全閥的完整性管理。

圖17 輔助APP 安全閥鉛封檢查工單

圖18 系統(tǒng)端安全閥鉛封檢查記錄

2.3 構(gòu)建設(shè)備全生命周期預(yù)防性維護(hù)支撐系統(tǒng)

突破數(shù)據(jù)孤島，提供預(yù)防性檢修支撐。原網(wǎng)頁(yè)設(shè)備運(yùn)維檔案管理要素間沒(méi)有數(shù)據(jù)溝通，形成了一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)孤島，無(wú)法為設(shè)備預(yù)防性檢修提供數(shù)據(jù)參考，更提不出來(lái)設(shè)備的預(yù)防性檢修計(jì)劃，導(dǎo)致出現(xiàn)過(guò)度維修和事后維修，都會(huì)縮短設(shè)備正常使用壽命。設(shè)備綜合管理系統(tǒng)從突破數(shù)據(jù)孤島著手，讓設(shè)備全生命周期管理7 個(gè)要素之間形成閉環(huán)管理。

（1）單臺(tái)設(shè)備設(shè)置固定的廠內(nèi)編號(hào)，所有檢修和運(yùn)維數(shù)據(jù)以廠內(nèi)編號(hào)為唯一身份ID，在主數(shù)據(jù)界面即可查詢所有檢維修數(shù)據(jù)。板式換熱器E-1201ⅡB 的維修記錄界面如圖19 所示，設(shè)備的重要信息都可以直接根據(jù)廠內(nèi)編號(hào)進(jìn)行查詢。詳細(xì)可查的維修記錄為板式換熱器下次維修時(shí)間提供了周期性參考，可以起到合理采購(gòu)和控制備品配件數(shù)量的作用。

圖19 板式換熱器E-1201ⅡB 維修記錄

（2）該系統(tǒng)同樣可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)設(shè)備的預(yù)防性檢修功能，系統(tǒng)內(nèi)有故障統(tǒng)計(jì)功能，對(duì)每臺(tái)設(shè)備的故障率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同時(shí)對(duì)受損零件部分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（圖20）。

圖20 設(shè)備故障率統(tǒng)計(jì)情況

（3）系統(tǒng)將統(tǒng)計(jì)兩次故障維修的間隔時(shí)間，作為下次設(shè)備維修計(jì)劃時(shí)間的參考，主要應(yīng)用為機(jī)泵類設(shè)備的軸承、機(jī)械密封等易損件的更換，起到動(dòng)設(shè)備預(yù)防性檢修的作用。

3 設(shè)備綜合管理系統(tǒng)的集成與運(yùn)用

忠縣凈化廠設(shè)備綜合管理系統(tǒng)與分廠現(xiàn)用的機(jī)泵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和數(shù)字化巡檢系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間融合，系統(tǒng)間的融合有助于進(jìn)一步提升設(shè)備的信息化管理水平。

機(jī)泵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備故障報(bào)警和故障診斷功能，其頻譜分析功能同時(shí)具備設(shè)備潛在故障分析功能，在設(shè)備預(yù)防性檢修中作用重要。數(shù)字化巡檢系統(tǒng)與設(shè)備綜合管理系統(tǒng)的融合是基于裝置生產(chǎn)運(yùn)行信息，在設(shè)備故障診斷、維修、保養(yǎng)過(guò)程中的作用重要。

通過(guò)3 個(gè)系統(tǒng)融合，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通和綜合分析應(yīng)用，將是該廠設(shè)備全生命周期管理的重點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

信息技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)是當(dāng)今發(fā)展的趨勢(shì)，忠縣凈化廠按照設(shè)備全生命周期管理原則，以設(shè)備全生命周期管理要素為內(nèi)核，以點(diǎn)檢和預(yù)防性檢修為中心，以TPM（全員生產(chǎn)維護(hù)）為規(guī)范化管理基礎(chǔ)，打造設(shè)備綜合管理系統(tǒng)，充分展現(xiàn)天然氣凈化廠在設(shè)備管理方面的突出優(yōu)勢(shì)和亮點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化管理和系統(tǒng)化管理。伴隨著與機(jī)泵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)字化巡檢系統(tǒng)的成功融合，它將進(jìn)一步提升凈化廠大數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用水平，大幅提高安全生產(chǎn)管理水平。