基于状态监测的动设备完整性管理

李少华，刘策，李进，何杉，陶建，张少锋

（1.中海油能源发展股份有限公司油田建设工程分公司，天津 300452；2.中海石油有限公司湛江分公司，广东 湛江 524001）

目前，国外油田和大型企业基本上依靠状态监测与故障诊断来实现对设备的动态管理，其中美国对状态监测与故障诊断技术的投入占其生产成本的7.2%，日本为5.6%，德国更是高达9.4%。而我国在工业部门中开展状态监测技术研究的工作起步于1986年，至今国内设备管理仍然采用以定期计划维修为主的维修体制。

一、动设备完整性管理模式

在状态监测技术成熟应用的基础上，逐步建立起基于状态监测的动设备管理系统。动设备管理系统模块及作用为：设备档案模块主要记录设备资料及状态监测提供的设备状态、常见故障等基本信息；设备状态模块用来监测设备的状态和诊断设备的故障；检修、维保模块主要是根据状态监测及RCM分析提供的诊断信息和维修建议对设备进行的检修维修；设备绩效模块主要计算设备的成本、产出和状态监测节省的维修费用等。动设备完整性管理模式构架如图1所示。

图1 动设备完整性管理模式构架图

目前，完整性管理系统是以状态监测技术提供可靠诊断结果为主要依据的系统模式，因此保证状态监测分析结果的准确性和可靠性已成为动设备完整性管理的关键。

二、状态监测技术

由于设备管理所需学科多样，不仅包括机械学科，还包括电气、仪表控制等学科的内容。目前已经实现了设备主体机械部分的状态监测服务。

1.定期巡检

(1)参数测量法

振动信号分析是对机械设备进行状态监测和故障诊断的最常用、最有效的方法。

①离线振动监测。在技术方面，公司通过引进SKF公司的数采器实现了对动设备的定期巡检。能够测取设备的振动信号并传送至MA电脑作数据处理，获得各种谱图并提取故障频率特征等，实现对设备的监测与诊断。离线监测的对象主要包括压缩机、离心泵等动设备。经过10多年的积累与发展，离线监测技术业务不断扩大。目前，离线监测技术服务范围包括57个海洋石油平台、7个终端处理厂、4艘FPSO(采油轮)，合计1 297台关键设备。

②温度监测。当设备异常时除了会表现出高振动外，往往还会表现出发热的现象，由于得不到及时处理而酿成事故。为此，公司引进了远红外热像仪，通过检测设备的温度来判断设备的运行状态，如电动机接线松动问题。

(2)润滑油磨损颗粒分析

工程中机械零部件在运行时会发生零部件失效。其中磨损失效占总失效的60%～80%。为此专门建立了润滑油磨损颗粒分析实验室。润滑油磨损颗粒分析实验室具有含水量测量、铁谱分析、黏度分析、酸度分析、颗粒分析等测试能力。

润滑油磨损颗粒分析作用如下：

①通过对油液的理化品质分析，确定合理经济的换油期。

②通过确定油液中颗粒污染的材质、形貌、尺寸等，进而分析磨损故障类型，为故障诊断、确定维修策略打下基础。

(3)特殊设备监测技术——往复机监测技术和电机静态监测

公司引进了往复机监测系统，通过监测动态压力绘制示功图，并可通过排气阀的温度变化、活塞杆沉降量和偏摆量等信息判断设备故障与状态。这种往复机监测技术可靠性高，相对于频谱分析有了实质性的突破。

除了设备的机械故障外，电动机也是重点管理对象。据统计，电动机故障的47%为电气故障。公司采用电机静态监测技术，通过测量电动机三相绕组的电阻、阻抗、感抗、相角和绝缘等电气参数，诊断电动机绕组短路、转子断条、接头松动、气隙不均等电气故障。

由于以上技术无法对关键动设备的突发故障做出及时报警和处理。公司通过10年专业经验的积累，以中海油总公司装备资产“完整性管理”战略需求为中心，构建了中海石油动设备远程故障诊断中心。

2.在线监测

在线监测系统主要是在动设备轴承位置安装加速度传感器。除此之外，为了满足特定情况的需要，视情引入现场工艺参数如温度、压力、流量等作为监测对象。

开发出的在线监测系统包括在线监测平台软件和Web版状态监测诊断平台。该系统具有GIS定位、离线数据通信与处理、关键设备专用谱图、报警统计、在线报告和离线报告导出等功能。

目前，在线监测服务已经对天津分公司、湛江分公司等7大作业区的87台设备进行远程监测。据不完全统计，2012年在线监测服务低值报警108次，及时排除高值报警6次。按设备维修周期8 000h、大修费用20万元、设备运行时效70%计算，节省预防维修费用3 897万元；按设备事故维修费用80万计算，故障损失费用6 960万元，总的间接效益达10 857万元，系统应用投入与产出比高达1:5.4。

3.制定行业振动标准——《海洋石油化工动设备振动监测通用标准》

由于状态监测多采用振动监测的方式，而石化领域沿用的振动值报警标准又都是基于设备出厂时给出的理论设定值，无法满足海洋石油特殊环境的要求。公司根据长期对石油化工动设备运行状况的总结及3 700多次典型故障案例的统计分析并参照国际标准组织及国家相关标准原理，制定出了更加实用的振动标准——《海洋石油化工动设备振动监测通用标准》。为海油石油开展动设备振动监测提供了合理的鉴定标准。

三、动态RCM管理系统

传统的检验维修和维护规程存在着检维过度、不足或管理不当等问题。因此把在线监测系统引入到RCM系统，根据设备的最新状态、结合设备的最新现场情况动态修改相应的维修策略，形成一个闭环的动态智能维修管理模式。

RCM分析管理系统针对某浮式油轮(FPSO)上的空压机和外输泵设备进行了RCM分析。RCM分析管理系统提供标准化维保任务达49项，有效地为两类关键设备提供标准化维修策略。

四、专家诊断系统

公司结合状态监测的经验和特点开发出了动设备案例库系统和诊断系统——专家诊断系统。专家诊断系统是根据自主积累的10年3 700多次海上设备典型故障案例，开发出的一套基于规则诊断和案例知识库诊断的自动分析诊断软件系统。该专家诊断系统专门针对海上平台关键动设备的状态监测离线、在线系统，能够进行智能诊断，分析其故障原因和发生机理，并能提供对应的维保处理措施。

五、完整性管理体系

公司在状态监测的基础上提出了基于现有诊断平台和监测技术的诊断系统，并综合设备管理方式实现了设备的完整性管理。

动设备完整性管理应该是以状态监测为核心、以专业管理为主线的一套严谨、科学、规范化的设备管理模式。不仅涉及设备管理部门，而且涉及生产的每个部门，要求涉及的部门、人员责任和分工明确。动设备完整性管理是一种完整性管理体系，其管理内容各要素、各层级之间存在信息交换和工作流程驱动。动设备完整性管理体系能够把常规的检查、维护工作降低到最低限度而不会影响设备性能、产品质量、安全和环境的整体性。它通过提供统一的数据结构和人机界面把设备过程数据、状态数据、检查、维护历史数据、设备绩效管理数据、动态风险等级数据等集成在一起进行综合分析，为各级人员通过网络平台及时掌握设备运行情况提供决策支持。

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