劉哲 王俊強 王福運 張貴元

中國特種設備檢測研究院

摘要：借鑒設備資產完整性管理理念，梳理了油田聯合站關鍵設備的基礎數據信息管理、基于風險和可靠性優化檢驗維修策略，實施了站場內靜設備和動設備的失效故障分析、風險與可靠性評價、檢測監測、維修維護，通過安全儀表系統功能測試和完整性等級評價，分析了站場安全儀表系統有效性和可靠性。

關鍵詞：油田聯合站；設備完整性管理；靜設備；動設備；安全儀表

 

資產完整性管理（Asset Integrity Management）技術是根據設備的類型、重要性、失效機理、故障模式等特征，制定優化測試和檢維修策略，權衡管理投入與風險可接受性基礎上的綜合管理方式。站場設備完整性管理借鑒資產完整性管理理念，通過風險識別與分析、檢測監測，評價設備適用性和可靠性狀態，實施優化的維修維護措施，達到經濟合理改進風險管理水平的目的。

1  管理體系組成

通常由管理平臺（含數據庫）、體系文件、技術方法等部分構成。管理平臺負責數據采集、風險評價、檢測維護、效能評價等信息化和自動化管理。體系文件分為總則（質量手冊）、程序文件、操作規程和記錄文檔等4個層級。技術方法實現站場設備風險評價、設備安全質量狀況的檢驗檢測、安全儀表系統的可靠性等級評估等。

2  流程與應用

2.1  管理流程

可劃分為5個主要環節并循環執行，如圖 1所示。針對靜設備RBI、動設備RCM、安全儀表系統SIL等均有相應工作流程，如圖 2所示。

圖 1 站場設備完整性管理循環示意圖

圖 2 站場設備完整性管理工作流程示意圖

2.2  應用實踐

2.2.1  基于風險的靜設備檢驗

某油田站場靜設備主要包括承壓管道、承壓容器及常壓儲罐等，以管道腐蝕檢驗為例，其方法有效性如表 1所示。

根據需求采用定性或定量風險評價方法確定設備風險值，參考GB/T 26610―2014《承壓設備系統基于風險的檢驗實施導則》中失效可能性定量分析方法和失效后果定量分析方法評估設備風險可接受性。全部設備單元的風險評價結果進行等級劃分后以風險矩陣展示，如圖 3所示。

圖 3 風險矩陣示意圖

結合設備損傷機理、失效模式和風險等級劃分結果，可制定詳細的靜設備RBI檢測方案，包括其主要損傷機理、高風險部位及有效檢測手段等信息。

2.2.2  以可靠性為中心的動設備維修

以某雙列雙級對置平衡式往復壓縮機為例，工作排量15.2 m3/h，二級出口壓力0.55 MPa，其典型故障包括氣閥、彈簧、活塞環故障，機組振動，活塞桿發熱、磨損、斷裂，氣缸磨損等故障模式。由表 2可以看出，對壓縮機部件進行重要性評價，重要性級別相對低的部件通常采用事后維修；重要性級別高的部件是維護重點，需通過分析確定維修策略。該壓縮機17個元部件參與分析，約含47個故障模式，其中活塞桿、連桿、氣缸和軸承等是壓縮機系統中風險等級相對較高的元部件。可依據風險等級的高低來確定響應的維修方式。

采集振動信號是動設備故障診斷的首要環節。通過各類傳感器采集設備運行狀態信息，再經故障特征提取，判斷設備運行是否處于正常狀態。

本次振動測量最大峰值為3.63 mm/s，階次約2.01x（x為轉速），位于測點1切向方向的高頻范圍內。其診斷結果和維修維護建議如表 3所示。

低風險設備維修方式取決于預防措施投入是否較事后維修更經濟、有效。中風險設備應進行合理的“成本－收益”分析以確定維修方式。高風險設備通過調整設備維修方式或縮短停機時間來降低故障頻率，維修方式的決策樹如圖 4所示。

圖 3 風險矩陣示意圖

2.2.3  安全儀表系統SIL評價

安全儀表主要用于DCS控制失效時通過安全聯鎖確保系統安全性，可能由于保護功能不足或過度導致安全隱患。安全儀表系統及所需安全完整性等級（Safety Integrity Level，即SIL），采用國際電工組織IEC標準所推薦的保護層分析方法，并參考GB/T 20438《電氣/電子/可編程電子安全相關系統的功能安全》和GB/T 21109《過程工業領域安全儀表系統的功能安全》等標準，據可靠性將安全儀表分成4個等級，即SIL1、SIL2、SIL3和SIL4。

根據PFD圖、PID圖、聯鎖系統邏輯圖和SIS設置要求，分析確認SIF和硬件冗余設置，采用Markov模型計算可靠性指標，根據分析結果確定符合性并形成結論和改進建議。某站場設置4項安全聯鎖功能的目標需求等級和計算等級匯總如表 4所示。

3  結論與展望

（1）基于風險的靜設備檢驗、以可靠性為中心的動設備分析和安全儀表系統等級評價等資產完整性管理的有效實施，可以為油田聯合站關鍵設備的風險管理提出科學有效的解決方案，以助管理單位在風險管控的成本投入與效果之間尋求策略的最優化。以指導同類站場設備管理工作，在此基礎上進一步提升設備管理水平并形成行業技術標準，規范站場設備的完整性管理行為。

（2）以設備完整性管理平臺為支撐，配合體系文件和有效技術手段，構建站場設備完整性管理體系。但體系框架仍有大量技術和管理問題亟待解決，包括在時間維度上擴展至站場設備的全生命周期，對象維度上擴展至更多的站場設備設施類型，技術維度上擴展至智能化數據采集、風險精準識別與動態評價、高精度完整性檢測評價等諸多方面。

 

作者簡介：劉哲，1981年生，碩士研究生，從事壓力管道和場站設施完整性管理技術和體系研究工作。聯系方式：18522952700，liuzhe1981@foxmail.com。