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(chǎn)完整性管理理念，梳理了油田聯(lián)合站關(guān)鍵設備的基礎數據信息管理、基于風(fēng)險和可靠性?xún)?yōu)化檢驗維修策略，實(shí)施了站場(chǎng)內靜設備和動(dòng)設備的失效故障分析、風(fēng)險與可靠性評價(jià)、檢測監測、維修維護，通過(guò)安全儀表系統功能測試和完整性等級評價(jià)，分析了站場(chǎng)安全儀表系統有效性和可靠性。

關(guān)鍵詞：油田聯(lián)合站；設備完整性管理；靜設備；動(dòng)設備；安全儀表

資產(chǎn)完整性管理（Asset Integrity Management）技術(shù)是根據設備的類(lèi)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，權衡管理投入與風(fēng)險可接受性基礎上的綜合管理方式。站場(chǎng)設備完整性管理借鑒資產(chǎn)完整性管理理念，通過(guò)風(fēng)險識別與分析、檢測監測，評價(jià)設備適用性和可靠性狀態(tài)，實(shí)施優(yōu)化的維修維護措施，達到經(jīng)濟合理改進(jìn)風(fēng)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(shù)方法等部分構成。管理平臺負責數據采集、風(fēng)險評價(jià)、檢測維護、效能評價(jià)等信息化和自動(dòng)化管理。體系文件分為總則（質(zhì)量手冊）、程序文件、操作規程和記錄文檔等4個(gè)層級。技術(shù)方法實(shí)現站場(chǎng)設備風(fēng)險評價(jià)、設備安全質(zhì)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(gè)主要環(huán)節并循環(huán)執行，如圖 1所示。針對靜設備RBI、動(dòng)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(chǎng)設備完整性管理循環(huán)示意圖

圖 2 站場(chǎng)設備完整性管理工作流程示意圖

2.2  應用實(shí)踐

2.2.1  基于風(fēng)險的靜設備檢驗

某油田站場(chǎng)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(fēng)險評價(jià)方法確定設備風(fēng)險值，參考GB/T 26610―2014《承壓設備系統基于風(fēng)險的檢驗實(shí)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(fēng)險可接受性。全部設備單元的風(fēng)險評價(jià)結果進(jìn)行等級劃分后以風(fēng)險矩陣展示，如圖 3所示。

圖 3 風(fēng)險矩陣示意圖

結合設備損傷機理、失效模式和風(fēng)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(fēng)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(dòng)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(huán)故障，機組振動(dòng)，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(jìn)行重要性評價(jià)，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(diǎn)，需通過(guò)分析確定維修策略。該壓縮機17個(gè)元部件參與分析，約含47個(gè)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(fēng)險等級相對較高的元部件�？梢罁�風(fēng)險等級的高低來(lái)確定響應的維修方式。

采集振動(dòng)信號是動(dòng)設備故障診斷的首要環(huán)節。通過(guò)各類(lèi)傳感器采集設備運行狀態(tài)信息，再經(jīng)故障特征提取，判斷設備運行是否處于正常狀態(tài)。

本次振動(dòng)測量最大峰值為3.63 mm/s，階次約2.01x（x為轉速），位于測點(diǎn)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(fēng)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(jīng)濟、有效。中風(fēng)險設備應進(jìn)行合理的“成本－收益”分析以確定維修方式。高風(fēng)險設備通過(guò)調整設備維修方式或縮短停機時(shí)間來(lái)降低故障頻率，維修方式的決策樹(shù)如圖 4所示。

圖 3 風(fēng)險矩陣示意圖

2.2.3  安全儀表系統SIL評價(jià)

安全儀表主要用于DCS控制失效時(shí)通過(guò)安全聯(lián)鎖確保系統安全性，可能由于保護功能不足或過(guò)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(guān)系統的功能安全》和GB/T 21109《過(guò)程工業(yè)領(lǐng)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(gè)等級，即SIL1、SIL2、SIL3和SIL4。

根據PFD圖、PID圖、聯(lián)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(jìn)建議。某站場(chǎng)設置4項安全聯(lián)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(fēng)險的靜設備檢驗、以可靠性為中心的動(dòng)設備分析和安全儀表系統等級評價(jià)等資產(chǎn)完整性管理的有效實(shí)施，可以為油田聯(lián)合站關(guān)鍵設備的風(fēng)險管理提出科學(xué)有效的解決方案，以助管理單位在風(fēng)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(lèi)站場(chǎng)設備管理工作，在此基礎上進(jìn)一步提升設備管理水平并形成行業(yè)技術(shù)標準，規范站場(chǎng)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(shù)手段，構建站場(chǎng)設備完整性管理體系。但體系框架仍有大量技術(shù)和管理問(wèn)題亟待解決，包括在時(shí)間維度上擴展至站場(chǎng)設備的全生命周期，對象維度上擴展至更多的站場(chǎng)設備設施類(lèi)型，技術(shù)維度上擴展至智能化數據采集、風(fēng)險精準識別與動(dòng)態(tài)評價(jià)、高精度完整性檢測評價(jià)等諸多方面。

作者簡(jiǎn)介：劉哲，1981年生，碩士研究生，從事壓力管道和場(chǎng)站設施完整性管理技術(shù)和體系研究工作。聯(lián)系方式：18522952700，liuzhe1981@foxmail.com。