田 祺 楊劍鋒 劉文彬

（北京化工大學(xué)化工安全教育部工程研究中心，北京 100029）

往復(fù)式壓縮機(jī)的完整性管理

田 祺 楊劍鋒 劉文彬

（北京化工大學(xué)化工安全教育部工程研究中心，北京 100029）

往復(fù)壓縮機(jī)是石油石化行業(yè)中重要的動(dòng)力設(shè)備，其安全性與穩(wěn)定性很重要。但實(shí)際中其故障率高居不下。為此提出往復(fù)式壓縮機(jī)完整性管理，有助于實(shí)現(xiàn)往復(fù)壓縮機(jī)在其生命全周期功能完整與狀態(tài)可控。

往復(fù)式壓縮機(jī)；完整性管理；故障模式分析；以可靠性為中心的維修

一、往復(fù)式壓縮機(jī)完整性管理技術(shù)簡(jiǎn)介

煉化資產(chǎn)完整性管理(AIM)是指通過(guò)先進(jìn)的管理理念與技術(shù)使煉化設(shè)備始終處于安全可靠、受控的工作狀態(tài)。完整性管理是對(duì)所有影響設(shè)備完整性的因素進(jìn)行綜合的、一體化的管理，即在設(shè)備的科研、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行的各個(gè)階段，不斷識(shí)別和評(píng)估面臨的各種風(fēng)險(xiǎn)因素，采取相應(yīng)的措施削減風(fēng)險(xiǎn)，將設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)水平控制在合理的可接受范圍之內(nèi)。與傳統(tǒng)的設(shè)備管理方法相比，完整性管理更加強(qiáng)調(diào)整體性、動(dòng)態(tài)和持續(xù)改進(jìn)，其理念是“缺陷是無(wú)處不在的，只有不斷識(shí)別，跟蹤缺陷的發(fā)展，并不斷消除缺陷才能保證本質(zhì)安全”。

具體來(lái)講，往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理是指通過(guò)對(duì)技術(shù)持續(xù)改進(jìn)與往復(fù)壓縮機(jī)管理不斷完善的方式，使往復(fù)壓縮機(jī)始終處于安全、可靠、受控的狀態(tài)。其含義包括以下幾個(gè)方面：往復(fù)壓縮機(jī)在運(yùn)行全周期始終處于功能完整、狀態(tài)受控；管理者仍將不斷采取行動(dòng)，改進(jìn)技術(shù)與管理模式以實(shí)現(xiàn)往復(fù)壓縮機(jī)生命全周期動(dòng)態(tài)完整性監(jiān)控與管理；往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理貫穿于設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、維護(hù)直至報(bào)廢全過(guò)程。建立往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理體系需要的工作內(nèi)容包括：制定完整性管理目標(biāo)、工作計(jì)劃、工作流程與工作程序文件；掌握可能導(dǎo)致往復(fù)壓縮機(jī)非正常停車(chē)的故障模式及其機(jī)理，并制定與之對(duì)應(yīng)的應(yīng)急處理措施；識(shí)別往復(fù)壓縮機(jī)關(guān)鍵或易損部件，并編制設(shè)備KPI績(jī)效指標(biāo)定期考核；運(yùn)用先進(jìn)的檢測(cè)與監(jiān)測(cè)手段對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)關(guān)鍵部件進(jìn)行檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)，并將信息及時(shí)反饋給技術(shù)人員，制定檢維修策略；結(jié)合檢維修情況，及時(shí)調(diào)整完整性管理目標(biāo)以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)動(dòng)態(tài)管理。

完整性管理貫穿于往復(fù)壓縮機(jī)運(yùn)行全周期，是一項(xiàng)集制定目標(biāo)、識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、制定維修策略于一體的綜合管理方法，因此對(duì)管理人員的素質(zhì)也有一定的要求。此外，往復(fù)壓縮機(jī)的完整性管理所實(shí)施的每一環(huán)節(jié)還應(yīng)參考相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和建議。

二、往復(fù)式壓縮機(jī)完整性管理的實(shí)施內(nèi)容

1.往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理的文件構(gòu)成

往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理體系的建立與實(shí)施，需要制定能夠描述管理體系策略和程序的文件，這些文件應(yīng)能反映體現(xiàn)完整性管理的具體要求并指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐。文件構(gòu)成主要包括：完整性管理總則及管理、組織信息；往復(fù)壓縮機(jī)組主要單元配置信息；完整性管理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)指南；完整性管理檢測(cè)、監(jiān)測(cè)技術(shù)文件；往復(fù)壓縮機(jī)故障模式分析與檢維修策略；檢維修時(shí)間、頻次和范圍的記錄等。

2.故障模式與故障分析

往復(fù)式壓縮機(jī)的故障模式大致可分為熱力性能故障和機(jī)械動(dòng)力性能故障。熱力性能故障具體表現(xiàn)為排氣量不足、排氣溫度異常升高，產(chǎn)生的主要原因包括過(guò)濾器堵塞、氣閥漏氣、余隙容積過(guò)大、中間冷卻器故障等；動(dòng)力性能故障具體表現(xiàn)為機(jī)組超常的振動(dòng)和響聲、汽缸溫度過(guò)高等，產(chǎn)生的主要原因包括活塞擊缸、活塞桿下沉、活塞環(huán)磨損嚴(yán)重、曲軸斷裂、氣閥故障等。從故障統(tǒng)計(jì)來(lái)看，往復(fù)壓縮機(jī)非正常停機(jī)主要與氣閥、汽缸、活塞桿、十字頭、連桿、曲軸、填料密封這些機(jī)組關(guān)鍵部件產(chǎn)生故障有關(guān)。因此，加強(qiáng)往復(fù)式壓縮機(jī)關(guān)鍵部件的監(jiān)測(cè)與日常維護(hù)對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理具有重要意義。

表1 往復(fù)壓縮機(jī)常見(jiàn)故障分析及維修策略

3.狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障識(shí)別

往復(fù)壓縮機(jī)的在、離線監(jiān)測(cè)、關(guān)鍵零部件的故障識(shí)別是往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理的重要組成部分。當(dāng)前往復(fù)壓縮機(jī)常采用的監(jiān)測(cè)手段包括示功圖分析法、振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)、油樣發(fā)射光譜分析技術(shù)、紅外線檢測(cè)技術(shù)、沖擊振動(dòng)分析法等。各監(jiān)測(cè)技術(shù)有其各自的優(yōu)勢(shì)，如示功圖非常適用于熱力性能故障的監(jiān)測(cè)；油樣發(fā)射光譜技術(shù)是監(jiān)測(cè)機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)的重要手段；紅外線檢測(cè)技術(shù)能夠發(fā)現(xiàn)機(jī)組早起故障并預(yù)測(cè)故障發(fā)展趨勢(shì)。從實(shí)際應(yīng)用效果上看，由于往復(fù)壓縮機(jī)的故障非常復(fù)雜，單一的監(jiān)測(cè)方法無(wú)法滿(mǎn)足機(jī)組狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此綜合利用不同的監(jiān)測(cè)手段對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，綜合各特征提取技術(shù)對(duì)狀態(tài)信號(hào)的識(shí)別，也許可以滿(mǎn)足往復(fù)壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)完整性的要求。

近年來(lái)，隨著振動(dòng)與噪聲理論、測(cè)試技術(shù)、信號(hào)分析與數(shù)據(jù)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)及其他相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為壓縮機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)提供了良好的基礎(chǔ)。目前，以賀爾碧格、本特利、Prognost、Dynalco為代表的國(guó)外企業(yè)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的往復(fù)壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件進(jìn)行在、離線監(jiān)控。而以北京化工大學(xué)、合肥通用機(jī)械研究院、西安交通大學(xué)為代表的國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)也已開(kāi)發(fā)出了一些在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)，并已經(jīng)應(yīng)用于部分石油化工企業(yè)。這些先進(jìn)的智能化狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障識(shí)別手段為往復(fù)壓縮機(jī)的完整性管理提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

4.保養(yǎng)與檢維修策略

以可靠性為中心的維修(RCM)作為完整性管理的重要技術(shù)支撐，對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)的日常保養(yǎng)與維修策略具有重要指導(dǎo)作用。目前石油石化用往復(fù)壓縮機(jī)的日常維護(hù)與保養(yǎng)通常采用“三級(jí)保養(yǎng)”策略，這種維護(hù)與檢修策略往往會(huì)造成機(jī)組維修過(guò)剩。而通過(guò)RCM分析所得到的維修策略具有很強(qiáng)的針對(duì)性，其理念是通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)為機(jī)組的失效模式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)度排序，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)排序制定具有針對(duì)性的檢維修策略，并將檢維修資源從低風(fēng)險(xiǎn)的部件向高風(fēng)險(xiǎn)的部件轉(zhuǎn)移。因此，根據(jù)RCM分析結(jié)果制定的完整性管理檢維修策略可以避免“多檢測(cè)、多維修、多保養(yǎng)、多多益善”和“故障后再維修”的傳統(tǒng)維修思想的影響，使維修工作更具 科學(xué)性，有效減少甚至消除了過(guò)剩維修。

三、結(jié)語(yǔ)

往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理的目標(biāo)就是運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)與管理方法，保證設(shè)備可靠、可控并努力實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全化，同時(shí)制定科學(xué)的檢維修策略，延長(zhǎng)機(jī)組使用周期、降低人工和設(shè)備維修費(fèi)用，使往復(fù)壓縮機(jī)生命周期成本達(dá)到最優(yōu)。在往復(fù)壓縮機(jī)完整性管理的實(shí)施過(guò)程中，運(yùn)用先進(jìn)的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)和RCM等風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法能使完整性管理達(dá)到更好的效果。但是與管道、儲(chǔ)罐等靜設(shè)備相比，煉化動(dòng)設(shè)備的完整性管理還沒(méi)有與之對(duì)應(yīng)的成套行業(yè)管理標(biāo)準(zhǔn)。因此，石油石化動(dòng)設(shè)備完整性的管理標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)法律法規(guī)還需要進(jìn)一步制定與完善，為動(dòng)設(shè)備完整性管理體系的建立與實(shí)施提供保證。

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