劉哲 王俊強 王福運 張貴元

中國特種設(shè)備檢測研究院

摘要：借鑒設(shè)備資產(chǎn)完整性管理理念，梳理了油田聯(lián)合站關(guān)鍵設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息管理、基于風險和可靠性優(yōu)化檢驗維修策略，實施了站場內(nèi)靜設(shè)備和動設(shè)備的失效故障分析、風險與可靠性評價、檢測監(jiān)測、維修維護，通過安全儀表系統(tǒng)功能測試和完整性等級評價，分析了站場安全儀表系統(tǒng)有效性和可靠性。

關(guān)鍵詞：油田聯(lián)合站；設(shè)備完整性管理；靜設(shè)備；動設(shè)備；安全儀表

資產(chǎn)完整性管理（Asset Integrity Management）技術(shù)是根據(jù)設(shè)備的類型、重要性、失效機理、故障模式等特征，制定優(yōu)化測試和檢維修策略，權(quán)衡管理投入與風險可接受性基礎(chǔ)上的綜合管理方式。站場設(shè)備完整性管理借鑒資產(chǎn)完整性管理理念，通過風險識別與分析、檢測監(jiān)測，評價設(shè)備適用性和可靠性狀態(tài)，實施優(yōu)化的維修維護措施，達到經(jīng)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(shù)據(jù)庫）、體系文件、技術(shù)方法等部分構(gòu)成。管理平臺負責數(shù)據(jù)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(zhì)量手冊）、程序文件、操作規(guī)程和記錄文檔等4個層級。技術(shù)方法實現(xiàn)站場設(shè)備風險評價、設(shè)備安全質(zhì)量狀況的檢驗檢測、安全儀表系統(tǒng)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(huán)節(jié)并循環(huán)執(zhí)行，如圖 1所示。針對靜設(shè)備RBI、動設(shè)備RCM、安全儀表系統(tǒng)SIL等均有相應工作流程，如圖 2所示。

圖 1 站場設(shè)備完整性管理循環(huán)示意圖

圖 2 站場設(shè)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(shè)備檢驗

某油田站場靜設(shè)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(jù)需求采用定性或定量風險評價方法確定設(shè)備風險值，參考GB/T 26610―2014《承壓設(shè)備系統(tǒng)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(shè)備風險可接受性。全部設(shè)備單元的風險評價結(jié)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(jié)合設(shè)備損傷機理、失效模式和風險等級劃分結(jié)果，可制定詳細的靜設(shè)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(shè)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(huán)故障，機組振動，活塞桿發(fā)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(tǒng)中風險等級相對較高的元部件。可依據(jù)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(shè)備故障診斷的首要環(huán)節(jié)。通過各類傳感器采集設(shè)備運行狀態(tài)信息，再經(jīng)故障特征提取，判斷設(shè)備運行是否處于正常狀態(tài)。

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

低風險設(shè)備維修方式取決于預防措施投入是否較事后維修更經(jīng)濟、有效。中風險設(shè)備應進行合理的“成本－收益”分析以確定維修方式。高風險設(shè)備通過調(diào)整設(shè)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(tǒng)SIL評價

安全儀表主要用于DCS控制失效時通過安全聯(lián)鎖確保系統(tǒng)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(tǒng)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(guān)系統(tǒng)的功能安全》和GB/T 21109《過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全》等標準，據(jù)可靠性將安全儀表分成4個等級，即SIL1、SIL2、SIL3和SIL4。

根據(jù)PFD圖、PID圖、聯(lián)鎖系統(tǒng)邏輯圖和SIS設(shè)置要求，分析確認SIF和硬件冗余設(shè)置，采用Markov模型計算可靠性指標，根據(jù)分析結(jié)果確定符合性并形成結(jié)論和改進建議。某站場設(shè)置4項安全聯(lián)鎖功能的目標需求等級和計算等級匯總?cè)绫?#8197;4所示。

3  結(jié)論與展望

（1）基于風險的靜設(shè)備檢驗、以可靠性為中心的動設(shè)備分析和安全儀表系統(tǒng)等級評價等資產(chǎn)完整性管理的有效實施，可以為油田聯(lián)合站關(guān)鍵設(shè)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(yōu)化。以指導同類站場設(shè)備管理工作，在此基礎(chǔ)上進一步提升設(shè)備管理水平并形成行業(yè)技術(shù)標準，規(guī)范站場設(shè)備的完整性管理行為。

（2）以設(shè)備完整性管理平臺為支撐，配合體系文件和有效技術(shù)手段，構(gòu)建站場設(shè)備完整性管理體系。但體系框架仍有大量技術(shù)和管理問題亟待解決，包括在時間維度上擴展至站場設(shè)備的全生命周期，對象維度上擴展至更多的站場設(shè)備設(shè)施類型，技術(shù)維度上擴展至智能化數(shù)據(jù)采集、風險精準識別與動態(tài)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(shè)施完整性管理技術(shù)和體系研究工作。聯(lián)系方式：18522952700，liuzhe1981@foxmail.com。