閉鎖料斗程控球閥可靠性RCM分析

孔立新 劉莉

摘? 要：以某公司1#汽油脫硫裝置閉鎖料斗單元的31臺程控球閥為例，開展以可靠性為中心的維修（RCM）分析。通過故障模式與影響分析，識別程控球閥的主要失效模式，分析失效原因，確定故障的影響及其風險等級，并給出適宜的故障識別方法，提出合理的維修時間和維修類型，改善程控球閥運行狀況（該處的改善運行狀況指程控球閥），降低故障率。優(yōu)化后的策略可提升程控球閥的運行可靠性，減少閉鎖料斗系統(tǒng)非計劃停運。

關(guān)鍵詞：程控球閥；失效模式；影響分析；風險；策略

中圖分類號：TE96? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）19-0135-04

Abstract： Taking 31 programmable ball valves in the locking hopper unit of a certain company's No.1 gasoline desulfurization unit as an example， a reliability centered maintenance （RCM） analysis is conducted. Through fault mode and impact analysis， identify the main failure modes of programmable ball valves， analyze the causes of failure， determine the impact and risk level of faults， and provide appropriate fault identification methods. Propose reasonable maintenance time and types to improve the operation status of programmable ball valves （referred to as improved operation status here） and reduce the failure rate. The optimized strategy improves the operational reliability of the programmable ball valve and reduces unplanned shutdowns of the locking hopper system.

Keywords： programmable ball valves; failure mode; impact analysis; risk; strategy

裝置閉鎖料斗區(qū)所屬31臺程控球閥開展以可靠性為中心的維修（以下簡稱RCM）分析，對裝置現(xiàn)有設(shè)備維修策略進行優(yōu)化并達成以下工作目標。①通過故障模式與影響分析，識別閉鎖料斗程控球閥的主要失效模式，分析失效原因，確定故障的影響及其風險等級。②根據(jù)閉鎖料斗程控球閥失效模式與風險等級，制定以可靠性為中心的維修策略，給出適宜的故障識別方法，提出合理的維修類型和維修時間。③通過維修策略的實施，預(yù)警、發(fā)現(xiàn)并消除閉鎖料斗程控球閥缺陷，改善運行狀況，降低故障率。

1? 概況

2005年中國石化引進美國康菲公司S-Zorb工藝，在燕山石化煉油部建成S-Zorb裝置，并于2007年6月一次開車成功。S-Zorb工藝原理是將來自催化裂化裝置的汽油與少量的氫氣混臺后進行加熱，汽化后的汽油進入裝有吸附劑的硫化反應(yīng)床內(nèi)，除去原料中的硫，在反應(yīng)器頂部緩沖區(qū)除去氣相產(chǎn)物中的懸浮吸附劑。而抽出反應(yīng)器的氣相產(chǎn)物被冷卻分離，送后續(xù)穩(wěn)定系統(tǒng)處理。

閉鎖料斗借助程控球閥把吸附劑從反應(yīng)器接收器的高壓烴環(huán)境轉(zhuǎn)移到再生器進料器的低壓含氧環(huán)境中，再從再生器接收器的低壓含氧環(huán)境傳送到還原器的高壓烴環(huán)境里。在再生器內(nèi)，吸附劑上的硫被轉(zhuǎn)化為SO2送到硫回收裝置。因為在吸附劑傳輸過程中存在氫氧介質(zhì)交替的情況，所以閉鎖料斗程序需要通過控制程控球閥完成進卸劑、吹掃、加減壓過程，以便在正常的操作中維持一個安全的環(huán)境。

2? 實施過程

2.1? 確定分析范圍

閉鎖料斗程控球閥可靠性RCM分析的實施對象是裝置在役閉鎖料斗31臺程控球閥。

2.2? 范圍確定與可維修部件劃分

2.2.1? 范圍確定

確定需要分析的程控球閥邊界如圖1所示。

2.2.2? 可維修部件劃分

按照設(shè)備單元—子單元—可維修部件三級對程控球閥進行可維修部件劃分，見表1。

2.3? 程控球閥數(shù)據(jù)收集與統(tǒng)計分析

2.3.1? 程控球閥數(shù)據(jù)收集

FMEA（失效模式和效果分析）是一種用來確定潛在失效模式及其原因的分析方法，通過應(yīng)用FMEA可在產(chǎn)品設(shè)計或生產(chǎn)工藝真正實現(xiàn)之前發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的弱點。數(shù)據(jù)的準確性和詳細程度是FMEA分析的基礎(chǔ)。2019年5月，儀表項目組與儀表技術(shù)人員和儀表維護班組共同進行資料的收集工作，主要收集了以下資料：①裝置概況及工藝流程圖；②設(shè)備臺賬-技術(shù)參數(shù)；③設(shè)備運行臺帳及檢維修記錄；④設(shè)備故障記錄、事故分析報告；⑤管道和儀表圖（PID）；⑥設(shè)備現(xiàn)場照片及主要設(shè)備的裝配（簡）圖；⑦現(xiàn)有的維修策略指導(dǎo)文件。

按照FMEA分析規(guī)則，項目組成員通過對收集的數(shù)據(jù)進行整理、匯總、分析，根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)、信息整理裝置程控球閥基本信息和維護檢修記錄。

2.3.2? 程控球閥年度故障統(tǒng)計

2015年1月至2019年5月，裝置閉鎖料斗程控球閥共發(fā)生檢維修作業(yè)95臺次。具體情況如圖2所示。

2.4? 風險準則確定

根據(jù)北京燕山分公司裝置設(shè)備運行情況，管理現(xiàn)狀，執(zhí)行的安全、環(huán)境的相關(guān)法規(guī)/標準等，項目組共同制定出風險可接受準則，并與管理人員、儀表技術(shù)人員、維護人員共同討論和修正評價準則。

評價準則包括：故障頻率評價準則、安全后果評價準則、環(huán)境后果評價準則、生產(chǎn)損失后果評價準則、維修成本后果評價準則和相應(yīng)風險矩陣。

根據(jù)風險準則，依據(jù)事件發(fā)生的后果和事件發(fā)生的頻次的乘積將風險分為4個等級，分別為：①低風險（L），表示可忽略的風險；②中風險（M），表示可接受的風險；③中高風險（MH），表示不期望的風險；④高風險（H），表示不可接受的風險。

2.5? 關(guān)鍵性分析

分別對31臺程控球閥進行關(guān)鍵性分析，確定關(guān)鍵性設(shè)備。中、高關(guān)鍵性設(shè)備31臺，需進一步進行詳細的FMEA分析。

2.6? 設(shè)備FMEA分析

根據(jù)分析流程對關(guān)鍵性設(shè)備進行設(shè)備FMEA分析，得到設(shè)備主要失效模式、故障影響，并最終確定設(shè)備風險等級。

2.6.1? 程控球閥主要失效模式識別

從收集到的故障信息看，S-Zorb裝置程控球閥失效模式主要為動作延時（DOP）、關(guān)閉位置泄漏（LCP）、結(jié)構(gòu)性缺陷（STD）、工藝介質(zhì)外部泄漏（ELP）、輔助介質(zhì)泄漏（ELU）和要求時開失效（FTO）6種。

程控球閥失效模式統(tǒng)計見表2，分布情況如圖3所示。

2.6.2? 關(guān)鍵部件識別

根據(jù)表2，裝置開關(guān)閥的主要可維修部件為導(dǎo)致功能失效的關(guān)鍵部件，識別結(jié)果見表3。

2.6.3? 故障頻率計算

依據(jù)以上關(guān)鍵功能部件和故障模式識別結(jié)果，對每臺設(shè)備關(guān)鍵功能部件的主要故障模式的故障率進行計算，故障次數(shù)與運行時間的比值，如下式

2.6.4? 故障影響及后果分析

針對不同部件、不同失效模式及其后果進行分析，確定后果嚴重程度。得出每種失效模式影響后果（包括安全影響、環(huán)境影響、生產(chǎn)損失和維修成本）等級。

2.6.5? 失效模式危害性分析

從安全、環(huán)境、生產(chǎn)損失和維修成本影響4個方面進行失效模式危害性分析，根據(jù)風險評價準則，確定失效模式的風險等級。風險等級分為低風險、中風險、中高風險和高風險4類。

2.7? 設(shè)備風險等級確定

依據(jù)失效模式的風險評價結(jié)果確定設(shè)備風險等級，失效模式的最高風險決定了設(shè)備的風險等級。即只要存在高風險的失效模式，則該設(shè)備風險等級為高風險；當設(shè)備失效模式的最高風險等級為中高風險時，該設(shè)備風險等級為中高風險；當設(shè)備失效模式的最高風險等級為中風險時，該設(shè)備風險等級為中風險；只有當設(shè)備所有失效模式均為低風險時，該設(shè)備風險等級為低風險。

通過對該裝置的31臺程控球閥進行風險評價，S-Zorb裝置處于高風險狀態(tài)的有2臺；處于中高風險的有5臺；處于中風險的有8臺；低風險的有16臺。其風險分布和統(tǒng)計比例分別如圖4和表4所示。

3? 設(shè)備維修策略制定

設(shè)備維修策略包括維修方式的選擇，維修內(nèi)容、方法、周期和標準確定等。設(shè)備維修策略的制定依據(jù)設(shè)備風險等級選擇不同維修方式，并根據(jù)維修方式、失效模式、失效原因確定維護檢修項目、方法和周期。

3.1? 維修方式確定

設(shè)備維修方式一般包括預(yù)測維修、預(yù)防性維修、故障維修和改善性維修4種。

高風險和中高風險設(shè)備：高風險設(shè)備應(yīng)采取狀態(tài)監(jiān)測手段進行預(yù)測性維修；中高風險設(shè)備的維修方式推薦在具備足夠監(jiān)測手段和條件的情況下優(yōu)先選擇預(yù)測維修，同時結(jié)合預(yù)防維修來制訂維修計劃。

中風險設(shè)備：推薦采取以定時更換、修理和定期檢查并根據(jù)檢查結(jié)果來安排近期檢修計劃的預(yù)防性維修方式制訂維修計劃。

低風險設(shè)備：采用故障維修的維修方式，執(zhí)行日常維護策略。

達到使用壽命末期的程控球閥，建議采用改進維修或更新。

3.2? 維修部件、內(nèi)容、方法、周期及標準

程控球閥的預(yù)測維修重點是監(jiān)控其運行平穩(wěn)性、儀表線路完整性和儀表風露點，具體內(nèi)容見表5。

3.3? 程控球閥維修策略

程控球閥維修策略制定應(yīng)結(jié)合主要失效模式和可維修部件，同時考慮裝置檢修周期、在線故障處理的難易程度等因素。

日常維護方面：在執(zhí)行現(xiàn)有儀表設(shè)備巡檢制度的基礎(chǔ)上，應(yīng)每周檢查一次，包括盤根是否泄漏；防雨帽是否完好；注油器是否完好；儀表風系統(tǒng)是否正常；定位器與執(zhí)行機構(gòu)之間的連接是否牢固。

程控球閥維修方面：針對“動作延時、關(guān)閉位置泄漏、結(jié)構(gòu)性缺陷和要求開時失效”4種失效模式超過全部失效的64%情況，結(jié)合可維護部件失效情況，制定維護檢修策略。①每季度對執(zhí)行機構(gòu)閥桿注油一次，以改善盤根-閥桿潤滑效果；每月對儀表風過濾器進行一次排空。②無旁路、在線檢修空間受限的程控球閥，應(yīng)每半年手動檢驗測試一次，進行活動試驗，檢測執(zhí)行機構(gòu)是否完好。③檢修期間集中對定位器的恒節(jié)流孔和空氣過濾器進行清潔，檢查確認過濾器濾芯規(guī)格滿足程控球閥對儀表風品質(zhì)要求，避免儀表風不合格引起定位器故障；新上線的過濾減壓閥要根據(jù)不同的定位器選取響應(yīng)的過濾精度和材質(zhì)，以保證儀表風滿足定位器要求。④檢修結(jié)束后及時恢復(fù)程控球閥的保溫，同時關(guān)注程控球閥上下游管線保溫情況，防止高溫介質(zhì)因程控球閥保溫不合格在閥體處結(jié)焦，避免出現(xiàn)卡塞現(xiàn)象。

4? 結(jié)論

針對程控球閥故障率高、影響裝置長周期運行和產(chǎn)品質(zhì)量，公司聚焦主要矛盾，組織專業(yè)團隊對1#汽油脫硫裝置閉鎖料斗的31臺程控球閥開展以可靠性為中心的維修，有效改善運行狀況，降低了故障率。

參考文獻：

[1] 陳堯煥.汽油吸附脫硫裝置技術(shù)問答[M].北京：中國石化出版社，2015.

[2] 孫麗麗.汽油吸附脫硫工藝與工程[M].北京：中國石化出版社，2019.

[3] 何衍慶，邱宣振，楊潔，等.控制閥工程設(shè)計及應(yīng)用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005.

[4] 陳培文.調(diào)節(jié)閥實用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[5] 系統(tǒng)可靠性分析技術(shù) 失效模式和影響分析（FMEA）程序：GB/T 7826—2012[S].2012.

[6] 失效模式、影響及危害性分析指南：GJB/Z 1391—2006[S].2006.

[7] Petroleum，petrochemical and natural gas industries Collection and exchange of reliability and maintenance data for equipment：ISO 14224：2006[S].2006.

[8] 張永軍.生產(chǎn)過程控制管理[Z].亞寶藥業(yè)三分公司培訓資料，2012.

[9] 童秋階，李一樂，羅倩，等.分散型控制系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范：HG/T 20573—2012[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[10] 陳小淙.安全開放的過程控制解決方案——施耐德電氣Plant- StruxureTM協(xié)同自動化系統(tǒng)[J].自動化博覽，2013，30（1）：23.