FMEA分析在垃圾发电厂设备维修策略中的应用

王 奇

（北京北控环保工程技术有限公司，北京 100124）

0 前言

我国对垃圾发电设备维修管理的研究起步较晚，更多借鉴常规火力发电厂的管理模式，目前正逐步向预知性状态维修体制过渡。虽然近几年越来越多的先进维修管理理念得到应用及推广，但限于从业人员经验水平、设备购置状况等，以事后维修、预防性计划维修为主的维修体制仍在一些垃圾焚烧发电厂执行，主要包括大修、小修（大、小修又分为 A，B，C，D4个等级）。随着行业整体发展以及垃圾发电设备技术的进步，该维修体制已不适应企业的发展。因此，在对每个特定垃圾焚烧发电厂进行设备维修管理时，应选择针对性的维修策略，将事后维修、定期（计划）维修、状态（视情）维修、改进维修等有机的融为一体，在保证维修合理、设备可靠性得到充分保障前提下能充分降低维修成本。在其他行业研究成果的基础上，将故障模式及影响分析（Failure Mode Effects Analysis，FMEA），应用于垃圾发电设备维修策略的科学选择中，以探索一个更加科学的设备维修管理方法。

1 故障模式及影响分析

故障模式及影响分析（FMEA）是分析设备系统中所有可能的故障模式及其对设备系统所有可能的影响，并按每一个故障模式的危害程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析的方法。在国际标准ISO 9004：2000“质量管理体系要求”中，已经把FMEA作为对“产品和过程的确认和更改”以及对“设计和开发”进行风险评估的工具。目前，FMEA已经成为QS 9000的5大核心工具之一，ISO 9000，QS 9000和ISO/TS 6949都明确指出了FMEA作为一种质量改进的方法必须强制实施。

FMEA的作用之一就是评估设备故障带来的安全风险，以实现设备故障的相对危害性评定，进而根据设备的不同状况制订相应维修策略。FMEA分析提供了一系列的定性及定量危害性分析方法，现以“风险优先数法”（Risk Priority Number，RPN法）为定量分析研究工具。RPN法的定义，见式（1）。

式中O（Occurrence）为故障发生概率，是故障可能发生程度的反映，为设备故障次数与总运行时间之比，即设备单位运行时间内发生故障的次数；S（Severity）为故障影响严重度，是故障影响后果严重程度的反映，综合考虑了故障对人员环境影响、故障对系统功能影响、维修时间及维修费用和停机损失费用等；D（Detection）为故障监测程度，是故障监测与控制的反映，主要依据故障的可监测概率进行评价确定。

鉴于行业特殊性，结合较多垃圾发电项目实际运行、维修管理经验，将RPN法涉及到3个参数做出如下等级评分定义，以便进一步定量分析。

1.1 故障发生概率（O）

评价方法及等级评分如表1所示。

1.2 故障影响严重度（S）

评价方法及等级评分如表2所示。表2中的主设备是指焚烧余热锅炉或汽轮发电机组。

1.3 故障监测程度（D）

评价方法及等级评分，如表3所示。

2 FMEA在垃圾焚烧发电厂设备维修管理中的应用

某垃圾发电厂锅炉设备采用循环流化床技术，过热器外置于返料器中，全厂主要由垃圾接收系统、焚烧余热锅炉系统（或锅炉系统）、汽轮机系统、烟气净化系统、化学水处理系统、渗滤液处理系统、电气系统等组成。按惯例将焚烧余热锅炉、烟气净化系统、汽轮发电机组、主变压器、垃圾吊车、分散控制系统（DCS）等能完成垃圾电厂基本功能的设备或系统及其附属设备称为主要设备。采用的是定期维修（大、小修）、小部分状态维修结合事后维修，目前部分主要设备的定期维修间隔，见表4。

表2 影响严重度评价指标及等级评分

表3 故障监测程度评价指标及等级评分

表4 部分主要设备定期维修间隔

虽然整体规定了部分主要设备维修间隔，并且在各专业维修规程里明确了相应设备的大修、小修项目，但在实际执行中，检修间隔常会变化，检修项目也会根据设备的实际状况做出调整，没有清晰的维修策略。

为研究方便，现选用锅炉系统作为对象，将锅炉系统下的属次一级子系统或重要设备作为分析目标。在分析故障影响时，结合RPN法的3个参数定义仅对最终影响，即对锅炉系统的影响做出判断。主要包括焚烧炉系统、余热炉系统、垃圾给料系统、给煤系统、出渣系统、引风机、一次风机、二次风机等。如图1所示。

按照上述系统划分及通过现场调研、故障信息收集整理、行业专家评判等手段，得到以下结论。

图1 锅炉系统下属各子系统及设备

（1）按上文中的危害度（S）定义，在判断某个设备故障模式带来的危害时，需引入对主要设备即锅炉故障时间或经济性的影响定量判断，而按照大量行业经验，在对某些故障模式做出分析时，很多时候当危害度（S）提升一个挡级时，而发生概率（O）也会下降一个挡级，例如，由“垃圾给料系统”及“给煤系统”可知：不管是哪种故障中断模式，它们的RPN数值总是相等或相近，此时可采取一致的维修策略，某些系统或设备，如一次风机、二次风机、引风机等均有此种情况，因此不再细分。

（2）对于“点火系统”等长期处于备用状态（且RPN值＜100，否则应采取定期维修），或者故障模式影响非常小的系统或设备（RPN值＜10），可采用事后维修。

（3）对于RPN值＜100，但≥10的系统或设备，可采用状态维修。

（4）对于RPN值≥100的系统或设备，可采用定期维修。

（5）对于RPN值相对偏高的某些故障模式，可着重考虑改进维修的可行性，否则采用定期维修，如该垃圾发电厂RPN值≥200的某些系统或设备的故障模式，经过分析，对于“出渣系统”的“堵塞”故障模式，应采取加大落渣管口直径、冷渣机进行技术改造等；对于“一次风空预器、二次风空预器”的“积灰”故障模式，采取增加管间节距、合理布置在线清灰设备等；对于水冷壁、省煤器、对流蒸发器的泄漏故障模式，因较难监测并且拥有较高危害度，经评估暂无改进空间，故采用定期维修；对于过热器的泄漏，因该设备外置于返料器内，其中返料灰浓度高并且冲刷剧烈，工况属于易磨损工况，因此采用改进维修方式加以解决，主要包括过热器管子表面喷涂耐磨材料、弯头处增加防磨护瓦。按照RPN值分类的维修策略，可采取不同的维修策略，见图2。

需要说明的是，在进行改进维修前后，都必须评估故障模式及其影响，并进行相应的危害分析，以此制定不间断的维修策略。例如，对“一次风空预器、二次风空预器”进行改进维修后，经评估故障发生概率（O）降到“分值3”级别，此时RPN值为90，即后续选择状态维修作为维修策略；对“过热器”进行改进维修后，经评估故障发生概率（O）下降到“分值3”级别，其他不变，此时RPN值为210，因此后续采用定期维修策略。

图2 按RPN值分类的维修策略

3 结语

垃圾发电厂作为市政基础设施之一，主要功能是处理生活垃圾，余热发电为辅，具有较高的社会敏感性，一旦发生故障甚至停机将可能带来较大的社会影响，因此对它的运行可靠性提出了更高要求，而作为一种可靠性分析技术，FMEA分析法在垃圾发电行业将拥有更大的发挥空间。如在对某垃圾发电厂整体采用“风险优先数法”（RPN法）的FMEA分析后，不仅得到一个较为合理的设备维修策略组合，而且该组合极大促进了该厂设备年度、月度维修计划的制定合理性，使设备可靠性明显提升，维修费用得到控制。

［1］李杏花.故障模式及影响分析在石化行业中的应用［J］.广东化工，2017，11（44）：156-159.

［2］雷启龙，贾子文.基于FMEA风险评价和FTA定量分析的风电机组维修决策［J］.技术革新与维修，2017，3（44）：76-78.