刘哲 王俊强 王福运 张贵元

中国特种设备检测研究院

摘要：借鉴设备资产完整性管理理念，梳理了油田联合站关键设备的基础数据信息管理、基于风险和可靠性优化检验维修策略，实施了站场内静设备和动设备的失效故障分析、风险与可靠性评价、检测监测、维修维护，通过安全仪表系统功能测试和完整性等级评价，分析了站场安全仪表系统有效性和可靠性。

关键词：油田联合站；设备完整性管理；静设备；动设备；安全仪表

 

资产完整性管理（Asset Integrity Management）技术是根据设备的类型、重要性、失效机理、故障模式等特征，制定优化测试和检维修策略，权衡管理投入与风险可接受性基础上的综合管理方式。站场设备完整性管理借鉴资产完整性管理理念，通过风险识别与分析、检测监测，评价设备适用性和可靠性状态，实施优化的维修维护措施，达到经济合理改进风险管理水平的目的。

1  管理体系组成

通常由管理平台（含数据库）、体系文件、技术方法等部分构成。管理平台负责数据采集、风险评价、检测维护、效能评价等信息化和自动化管理。体系文件分为总则（质量手册）、程序文件、操作规程和记录文档等4个层级。技术方法实现站场设备风险评价、设备安全质量状况的检验检测、安全仪表系统的可靠性等级评估等。

2  流程与应用

2.1  管理流程

可划分为5个主要环节并循环执行，如图 1所示。针对静设备RBI、动设备RCM、安全仪表系统SIL等均有相应工作流程，如图 2所示。

图 1 站场设备完整性管理循环示意图

图 2 站场设备完整性管理工作流程示意图

2.2  应用实践

2.2.1  基于风险的静设备检验

某油田站场静设备主要包括承压管道、承压容器及常压储罐等，以管道腐蚀检验为例，其方法有效性如表 1所示。

根据需求采用定性或定量风险评价方法确定设备风险值，参考GB/T 26610―2014《承压设备系统基于风险的检验实施导则》中失效可能性定量分析方法和失效后果定量分析方法评估设备风险可接受性。全部设备单元的风险评价结果进行等级划分后以风险矩阵展示，如图 3所示。

图 3 风险矩阵示意图

结合设备损伤机理、失效模式和风险等级划分结果，可制定详细的静设备RBI检测方案，包括其主要损伤机理、高风险部位及有效检测手段等信息。

2.2.2  以可靠性为中心的动设备维修

以某双列双级对置平衡式往复压缩机为例，工作排量15.2 m3/h，二级出口压力0.55 MPa，其典型故障包括气阀、弹簧、活塞环故障，机组振动，活塞杆发热、磨损、断裂，气缸磨损等故障模式。由表 2可以看出，对压缩机部件进行重要性评价，重要性级别相对低的部件通常采用事后维修；重要性级别高的部件是维护重点，需通过分析确定维修策略。该压缩机17个元部件参与分析，约含47个故障模式，其中活塞杆、连杆、气缸和轴承等是压缩机系统中风险等级相对较高的元部件。可依据风险等级的高低来确定响应的维修方式。

采集振动信号是动设备故障诊断的首要环节。通过各类传感器采集设备运行状态信息，再经故障特征提取，判断设备运行是否处于正常状态。

本次振动测量最大峰值为3.63 mm/s，阶次约2.01x（x为转速），位于测点1切向方向的高频范围内。其诊断结果和维修维护建议如表 3所示。

低风险设备维修方式取决于预防措施投入是否较事后维修更经济、有效。中风险设备应进行合理的“成本－收益”分析以确定维修方式。高风险设备通过调整设备维修方式或缩短停机时间来降低故障频率，维修方式的决策树如图 4所示。

图 3 风险矩阵示意图

2.2.3  安全仪表系统SIL评价

安全仪表主要用于DCS控制失效时通过安全联锁确保系统安全性，可能由于保护功能不足或过度导致安全隐患。安全仪表系统及所需安全完整性等级（Safety Integrity Level，即SIL），采用国际电工组织IEC标准所推荐的保护层分析方法，并参考GB/T 20438《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全》和GB/T 21109《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》等标准，据可靠性将安全仪表分成4个等级，即SIL1、SIL2、SIL3和SIL4。

根据PFD图、PID图、联锁系统逻辑图和SIS设置要求，分析确认SIF和硬件冗余设置，采用Markov模型计算可靠性指标，根据分析结果确定符合性并形成结论和改进建议。某站场设置4项安全联锁功能的目标需求等级和计算等级汇总如表 4所示。

3  结论与展望

（1）基于风险的静设备检验、以可靠性为中心的动设备分析和安全仪表系统等级评价等资产完整性管理的有效实施，可以为油田联合站关键设备的风险管理提出科学有效的解决方案，以助管理单位在风险管控的成本投入与效果之间寻求策略的最优化。以指导同类站场设备管理工作，在此基础上进一步提升设备管理水平并形成行业技术标准，规范站场设备的完整性管理行为。

（2）以设备完整性管理平台为支撑，配合体系文件和有效技术手段，构建站场设备完整性管理体系。但体系框架仍有大量技术和管理问题亟待解决，包括在时间维度上扩展至站场设备的全生命周期，对象维度上扩展至更多的站场设备设施类型，技术维度上扩展至智能化数据采集、风险精准识别与动态评价、高精度完整性检测评价等诸多方面。

 

作者简介：刘哲，1981年生，硕士研究生，从事压力管道和场站设施完整性管理技术和体系研究工作。联系方式：18522952700，liuzhe1981@foxmail.com。