發表時間： 2024-03-11 09:28:11
作者： 石油化工設備維護與檢修網
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導 讀
煉油化工裝置日益向大型化、智能化、長周期運行方向發展，國家對于安全及環保的要求越來越嚴，大型機組的運行狀況關系到整個裝置是否能夠安全環保穩定運行，煉化企業對大型機組的安全性、可靠性和穩定性提出了越來越高的管理要求。企業在日常管理中，一方面繼續繼承和發揚傳統的管理方法，將管理體系化、標準化，為裝置長周期平穩運行奠定堅實的基礎；另一方面積極開發和使用先進的管理監測手段，為實現預知性維修、設備完整性管理和長周期運行提供有力的支撐。
大型機組管理存在的問題
1 設備完整性管理體系未健全
目前，某大型煉化企業的設備完整性管理體系尚未健全，在大型機組及其設備管理中還存在的問題：
① 有統一的設備管理制度，但在基層執行過程中差異性大，好的做法沒有得到傳承和共享；
② 設備管理職責分散于不同職能部門，阻礙了設備管理體系的優化，還未形成體系化管理；
③ 企業雖然注重技術改進，但科學系統性不強，設備全壽命周期管理中風險技術的應用不深、不廣；
④ 設備管理績效評價指標過于陳舊，與目前安全環保長周期穩定運行的要求不相適應；
⑤ 設備全壽命周期管理中存在問題，設備管理的諸多要求不能完全貫徹落實到設備前期管理中，為日后設備運行管理埋下隱患；
⑥ 設備的檢維修策略僅維持在事務性、技術上局部或個體的研究，沒有完善的支持體系，也沒有成熟的系統研究和應用。
2 企業執行的大型機組檢維修策略尚需優化
目前企業的大型機組的檢維修策略基本是企業內部專業技術人員討論制定的，是本企業技術能力和經驗教訓的集成，缺少科學的系統的決策方法的支撐，存在一定的局限性和片面性。另外，由于各個機組的類型、建設時間和質量、運行工況及基層設備人員自身能力等因素的不同，各個大型機組的檢維修策略是有差異的，需要有針對性對運行周期、檢修深度、點巡檢的頻次、風險控制方案、運行成本控制等策略進行優化，有效利用寶貴的維修費用，發揮更大的效益。
3 大型機組的狀態監測與技術評估手段尚不完善
目前企業沒有全面增設大型機組在線振動監測系統，缺乏有效的大數據分析系統對機組的運行數據進行全面的智能化的分析，無法及時掌握和分析機組運行動態，精準定位故障原因尚有困難。需要企業采取先進的監測和評估手段來收集分析數據，并且建立專業的技術團隊開展深入的研究。
4 大型機組運行管理上各專業的協調配合還需要進一步加強
大型機組作為煉化裝置中的核心設備，串聯著復雜的不同工況的工藝系統，隨著裝置長周期運行，工藝系統出現的各種變量直接或間接地改變了機組的運行工況，使機組偏離正常的運行環境，導致機組運行出現脫離安全運行的狀況，必須做到管設備要管設備運行環境，需要工藝管理、運行操作、運行維護各個專業之間的協調和配合。另外，企業在分析和解決機組故障的過程中需要打破現有管理體制，創新性地打造全專業的團隊合作開展深入的分析研究和改進。
提升大型機組安全運行管理的建議措施
1 建立設備完整性管理體系
設備完整性管理體系要求大型機組管理要做好以分級、過程質量、缺陷、變更、檢驗、監測和預防性維修及定時事務為流程的運行管理和以KPI指標為考核的績效管理，提高大型機組的安全性、可靠性、經濟性運行水平，保障生產裝置安全、穩定、長周期運行。基于風險和基于運行狀態的維修策略，用風險管理的理念和方法管理設備全壽命周期活動，準確識別和有效防控風險；實現資源的優化配置，實現規范設備管理；提升管理水平和效能、保障裝置安全、高效、長周期運行。通過風險與可靠性等技術方法的應用、規范性工作機制的建立；采用風險分析、可靠性分析等完整性管理相關技術方法，在大型機組設備全壽命周期進行集成應用，從而實現技術方法與管理方法相結合的完整性管理實踐。突出設備管理重點，提高維護保障的有效性，減少設備故障率。提升技術人員的能力和認知水平，為設備可靠性工程師等專業化隊伍的形成奠定基礎。
2 加強監測與技術評估手段，及時掌握和分析機組運行狀態
振動診斷技術能夠做到故障判斷高效、準確，歷史問題追溯分析數據真實可靠，易于發掘問題根源、深入剖析主要矛盾、精準定位故障、提升檢維修效率、節省人力、時間和成本。企業重視振動分析及狀態監測工作，在企業內部形成了以狀態監測分析為指導的預知性維修理念，建立了30余人的狀態監測分析工程師團隊，46臺大型機組配備了實時在線狀態監測系統。在大型機組的不平衡、不對中、松動、彎曲、碰磨等諸多故障的分析、判斷和處理過程中，得到了充分應用和發揮。
（1）準確定位故障，科學安排檢修內容
企業某裝置中一臺壓縮機的驅動汽輪機兩端軸承4個軸振動測點出現周期性的大幅波動，最大振動幅值趨近聯鎖值，停機風險極高。經過初步的振動頻譜分析發現主要振動頻率分量為工頻，初步認為是轉子發生動靜碰磨，準備更換汽輪機轉子。但是通過在線狀態監測系統對歷史數據的回溯及分析，發現振動具有以下特點：
①振動波動幅度和周期與地域氣溫密切相關；
②振動波動時兩端軸承振動變化趨勢從相悖至相同不斷轉化；
③振動波動時軸心位置有明顯的大幅漂移。從振動機理上分析，轉子發生動靜碰磨或彎曲是不應具備以上特征的。
經過全面分析，最終確認是汽輪機軸封蒸汽凝結水疏水不暢，在汽封室內聚集，激冷汽輪機軸而導致其臨時熱彎曲引發的周期性振動波動。在準確定位故障、明確故障機理后，檢修方案調整為不需更換轉子，僅需對軸封蒸汽疏水管線進行疏通，極大地縮短了檢修周期，機組恢復平穩運行。
為防止相同問題在其他機組上發生，企業加強了汽輪機軸封蒸汽運行操作與維護檢修的管理，制定《大型機組運行維護指導意見》、編制《設備故障歸零管理匯編》，并對企業內部大型機組管理人員進行運行維護和故障歸零專項培訓。
（2）精準排除假信號的干擾，保證機組穩定運行
在機組檢修過程中，應該對轉軸上測量軸振動的電渦流傳感器測量區域進行檢查和修復，如果此區域內出現劃痕和局部磁化現象，將會導致機組在啟機后低轉速區間發生振動幅值偏高的問題，容易導致機組在較高轉速運行時振動高聯鎖停機(特別是在升速通過臨界轉速時)，在檢修過程中，應對轉軸電跳區進行輥壓和消磁處理，以消除干擾；在機組日常運行管理過程中，可以排除此類假信號的干擾，適當提高相應測量位置的機組軸振動幅值報警值和聯鎖值，并做好變更管理，以避免不必要的停機風險，保證機組穩定運行。
企業重視設備管理的智能化建設，實現了40多臺A級機組運行狀態的預測和故障預警。企業總部建立了遠程診斷中心和大數據診斷系統，形成數據共享、信息互通，定期開展大型機組的在線和離線狀態監測數據分析，從專業技術角度對大型機組管理人員給出機組運行狀態的合理建議。
3 以可靠性為中心的維護（RCM）應用
以可靠性為中心的維護(RCM)理論起源于20世紀60年代，20世紀90年代開始廣泛應用于其他各類企業的設備維修管理，成為優化維修制度的一種系統方法。RCM的基本思路是：對系統進行功能與故障分析，明確系統內各故障的原因和后果，用規范的邏輯決斷方法，有針對性地確定出各故障后果的預防性對策。RCM提供了一套維修決策的框架系統，利用RCM可以迅速、持續和廣泛地改進設備的可用度和可靠性、產品質量、安全性和環境完整性，有效降低資產的維修成本。企業引用RCM的理念開展了大型機組風險評估，目的是：
① 建立大型機組風險評估的系統化的方法，并在實際應用過程中不斷加以完善，用于指導大型機組風險評估工作的有效實施；
② 通過開展大型機組風險評估，掌握每臺大型機組潛在的失效特點，有針對性地完善設備維修策略，不斷提升大型機組運行可靠度和經濟運行水平；
③ 通過開展大型機組風險評估，使設備管理人員進一步加深對設備結構原理、系統配置、使用環境和失效規律的認知，強化對RCM知識體系的理解和掌握，并通過實戰訓練進一步提高風險評估技術應用能力；
④ 通過開展大型機組風險評估，建立和完善企業的設備故障和維修數據庫，深化設備知識資產管理，促進提升現場設備故障分析、維修決策水平和工作效率。
企業開展了大型機組干氣密封系統失效風險評估工作，成立“大型機組風險評估”專家工作組和“大型機組干氣密封系統失效風險評估”項目工作組，制定風險評估項目實施方案、選擇風險評估適用方法、設計風險評估所需模板、確定風險評估項目可交付成果等各項準備工作。進行在用干氣密封系統現狀調研，對干氣密封系統配置、密封結構設計和相關工藝系統實施全面的風險評估，對工藝、設備存在的薄弱點進行系統排查，編制、審核FMEA分析表和RCM決斷表。開展風險評估專題培訓，進行干氣密封風險評估，出具風險評估報告和制定落實風險應對策略。梳理了25臺大型機組的56套干氣密封系統，分析評估出來10項干氣密封系統設計問題帶來的潛在風險，制定了合適的維修策略，并予以嚴格執行。企業自2013年至2020年連續7年(2個裝置運行周期)沒有出現因干氣密封系統故障導致的裝置非計劃停工的事故。
4 重視機組運行管理，創造安全可控的運行環境
以企業裂解裝置丙烯制冷壓縮機組為例，該機組自2017年6月大修后，汽輪機3個軸位移ZI501A/B/C呈現同步快速上漲的趨勢，2018年8月末，ZI5011A達到報警值-0.5mm(軸位移報警值±0.50mm，聯鎖值±0.75mm，聯鎖邏輯三取二)；依照此趨勢增長，汽輪機軸位移將在2020年4月A點軸位移值達到聯鎖值-0.75mm，機組非計劃停機的風險極高，無法實現乙烯裝置連續運行4年的既定目標和計劃。
經過研究分析，軸位移增長的主要原因有：
①機組持續處于超高負荷運行；
②汽輪機入口蒸汽品質低于設計值，汽輪機進汽量長期超設計值導致軸向力較大；
③推力瓦支撐架存在變形，瓦塊在運行期間油膜不穩定，致使推力瓦出現磨損；
④汽輪機電刷接地不良，汽輪機轉子軸電壓釋放不徹底，在推力瓦塊與止推盤之間產生電腐蝕，加速軸瓦巴氏合金的磨損。
結合原因分析，為確保機組能按照既定的檢修計劃平穩運行至2021年8月份，采取嚴格控制機組運行環境的措施：提高并保證汽輪機入口蒸汽品質、優化工藝參數嚴格控制機組負荷、合理調整機組潤滑參數、定期監測與消除汽輪機軸電壓。通過機組運行環境的精準把控，該機組汽輪機軸位移得到有效控制。
以某催化裝置煙機為例，該煙機自2017年4月檢修后，間歇性出現振動波動現象，振動值從正常值(20~35μm)緩慢上升至40μm以上，大多數情況下振動值出現持續上升至報警值72μm以上，呈現不可控現象。原因分析為：與再生器間歇性跑劑、三旋旋分效率偏低和輪盤冷卻蒸汽系統波動有關。催化再生器為流化床反應器，催化劑再生產生的煙氣經初級旋分、二級旋分、三級旋分靠重力分離出攜帶的催化劑顆粒后作為動力介質進入煙機實現能量轉化，隨著裝置長周期運行末期出現旋分翼閥磨損、旋分跑劑加劇，高速運行的煙氣攜帶催化劑顆粒聚集在動葉頂與尾帶的縫隙形成垢樣，煙機動葉結垢加上輪盤冷卻蒸汽系統波動間歇性的破壞了煙機轉子動平衡、引發振動超標。在確保機組安全的前提下實現裝置運行經濟效益最大化，企業在2017-2020年共計11次實施在線除垢作業以消除振動隱患。利用裝置大檢修機會，有針對性地進行了煙氣旋分的改造和煙機轉子的節能改造，優化煙機運行環境，解決了煙機動葉結垢的問題。
結 語
大型機組的安全平穩運行管理是一項長期工作，在為企業創造經濟效益的同時堅守安全環保的紅線，按照設備完整性管理體系的要求，嚴格落實企業設備管理部門職責，嚴格執行大型機組各項定時性事務工作，開展好特級維護管理，認真開展五位一體與包機例會工作，做好機組潤滑管理、聯鎖管理、缺陷管理、變更管理、風險管理和故障后的雙歸零管理工作；不斷修改、完善機組操作規程和管理細則，加大機組突發故障緊急操作演練，夯實機組日常操作管理；積極關注工藝運行參數的變化，結合裝置運行的實際工況，不斷優化機組的運行環境；結合企業現有的運行狀態監測手段和故障診斷分析工具，實時、動態的分析評估大型機組的運行狀況；做好大型機組備品配件的儲備工作，依據裝置運行現狀持續更新預知性維修策略、并執行好預知性維修事務工作；按照大型機組的檢維修要求，做好檢修前方案審核、檢修中質量驗收、檢修后試車及資料歸檔工作；同時圍繞企業的安全生產、節能降耗和技術發展規劃，有計劃、有重點地開展大型機組的更新和改造工作。在大型機組全壽命周期內，堅持“運行、維護與檢修相結合，修理、改造與更新相結合，專業管理與全員管理相結合，技術管理與經濟管理相結合”的原則，持續做好大型機組的安全平穩運行工作，為煉化裝置的安全經濟平穩運行做好本質保障。
編 輯 | 化工活動家
來 源 | 安全、健康和環境 齊魯石化
作 者 | 王偉
關鍵詞 | 煉化裝置 大機組 安全平穩運行
