基于完整性的法兰密封零泄漏管理信息化研究与应用

艾 辉

（中科（广东）炼化有限公司，广东 湛江 524076）

0 引言

法兰连接是指由法兰、垫片及螺栓三者相互连接作为一组组合密封结构的可拆连接，在石油化工设备、管道和阀门连接中广泛应用。法兰密封结构失效（泄漏）是公认导致企业安全事故最主要的原因之一，据统计在石化行业中泄漏事故占总事故的60%以上，如火灾爆炸、中毒等等都是因为法兰连接处出现了泄漏情况[1]。法兰泄漏事故不仅会造成资源浪费，而且还污染环境甚至造成人员伤亡及财产损失[2-4]，如何解决法兰连接泄漏问题就成了安全生产的一项重要课题。

1 管理现状及研究方向

目前在一般企业对于法兰密封（泄漏）管理，仍采用传统的事后管理，没有体系化思维开展预防性、技术型和信息化管理，管理效率低下、方法落后、技术陈旧，无法避免泄漏的发生和重复性。具体比如：资料、记录采用手工台账（即使是电子文档也是手工建立、独自存盘和转发），存在更新不同步、易丢失，难以自动调取、共享大数据分析等；安装（紧固、拆卸）方式采用蛮力大锤，导致紧固件材料受力过载或者塑性变形、即时失效或者无法重复使用；人员更替或者时间长久后的数据调用、过程监测、现场检修等难于准确获取、识别、定位，为后续进一步开展工作带来误判的隐患；检修服务往往侧重点放在检修部分，检修中的过程数据保存比较少和可追溯性差，且检修过程中存在备品配件的实际使用数量不准确等。

针对以上弊端和落后的管理方式，在设备完整性管理体系的构架下，我们提出了建设法兰密封零泄漏完整性管理信息系统的课题。通过利用现有LDAR监测系统产生的源数据，推送触发完整性信息系统缺陷管理流程，开发自动生成密封漏点台账模块、动态自动跟踪闭环，同时处理环节通过联合开发的基于定力矩紧固技术管理信息系统（PC端和移动端APP），完成现场施工过程的标准化、科学化、规范化管理，涵盖了设备从前期策划、选型、安装到生产中的使用维护、以及后期处理全寿命周期管理。

2 研发内容及实现

2.1 研发策划

针对传统设备法兰的管理方式，联合研究了基于设备完整性管理体系的设备法兰信息管理方案，开发了数字化、可视化的装置法兰静密封零泄漏管理信息平台，创建了零错误、零遗漏、零泄漏的静密封点管理实施方案，从设备本质和管理过程中预防泄漏产生的可能性。

同时，融合了设备完整性管理信息系统，与设备完整性信息系统的缺陷流程等实现互联互通，实时数据共享，成为设备完整性管理体系的有机组成部分，既可独立运作，又融入设备完整性管理（纳入“管设备要管设备运行”模块）。通过研发可视化和数字化的法兰（静密封点）管理平台，既有每一对法兰（静密封点）的基础信息，也有检修过程的详细记录数据，保障法兰数据来源和维护过程的数据准确、正确，同时形成法兰检修历史纪录和数据，为设备全生命周期管理的提供依据，让设备管理人员可以充分分析之前检修的情况，了解泄漏工况演变的历史，为以后避免泄漏提供了珍贵的数据支持。

2.2 研发内容

在充分理解设备完整性管理信息系统基础上，整合开发了零泄漏管理信息系统。开发的主要功能模块有：首页视图、法兰装置视图、零泄漏策略管理、零泄漏过程管理、泄漏台账、预紧力计算、基础数据管理和系统管理等（如图1所示）。

图1 零泄漏信息系统页面

首页：开发了根据用户角色的不同配置不同的查询视角，主要由检修过程统计、泄漏统计两部分统计视图组成，分别通过饼状图、柱状图等多种展现形式直观显示各维度统计信息。

法兰装置视图：装置法兰视图模块可直观的在法兰图上查看不同分单元下的法兰和装置多维度信息，提供检修期视图展示法兰在检修期的检修进度状态，同时可根据法兰等级进行筛选，可查看法兰详情数据。

零泄漏策略管理：策略管理包含检修计划管理、备品配件策略、检修台账。检修计划针对单个或多个装置创建检修计划， 设置检修类型、作业时间等，通过可视化的方式勾选检修的法兰范围；备品配件策略针对大修、换剂、临时停车（抢修）、消缺等不同的检维修类型，设置螺栓、垫片的用量估算模型，为检修计划提供备品配件指导；在检修台账功能中对已完成的检修计划，可分装置筛选法兰查询检修台账详情，提供台账打印功能。

零泄漏检修过程管理：检修过程管理分PC端的过程任务管理和移动端的过程任务执行功能。PC端过程任务管理可根据检修计划、检修计划引用的过程模板、以及检修计划设置的法兰范围，自动或手动生成过程任务，在任务列表中对任务进行下派，可根据过程任务状态进行检索和详情查看；移动端的过程执行入口可检索被下派的检修过程任务，通过 移动端进行数据填报、上报、审批，针对过程任务数据填报岗、审批岗提供过程任务处理列表，支持无网络离线环境下填报、在线数据同步。

泄漏台账：泄漏台账区分法兰泄漏和密封点泄漏，实现泄漏异常信息的自动触发与处理信息维护，记录的法兰泄漏异常将在法兰装置视图中对应的法兰。

预紧力计算：根据法兰信息科学计算法兰预紧力，主要是对重要部分的法兰采用定力矩紧固技术紧固前提供施工数据，通过直接选取法兰自带或录入基本参数自动计算出需要的结果，实现自动化。

基础数据管理：主要实现对系统组织架构、设备基础信息、法兰基础信息等平台所需内容的基本设置功能。

2.3 管理过程实现

结合对现场的巡检作业和装置内设备定期的LDAR检测服务，发现泄漏或异常情况，触发完整性系统中的“缺陷流程”，生成检维修的作业工单，检修人员通过移动终端“零泄漏检修过程管理”流程，在现场进行检修操作并完成检修数据的上报，最后处理的结果在法兰静密封零泄漏管理信息系统上完成记录，根据法兰泄漏的频次建立定力矩检维修的预警计划，最终形成现场检测和检修的处理闭环。

2.3.1 LDAR系统检测泄漏数据的提取

每10分钟设备完整性缺陷系统读取-环境保护信息系统中泄漏历史报告中泄漏的数据（已经抓取的不重新抓取），提取泄漏部分的数据，按照缺陷提报的数据抓取需要的内容，触发至相应的车间所有班长和设备备员进行缺陷第一环节处理，并默认一类缺陷、6级故障强度，缺陷描述自动描述为“生产单位+分区+组件位置/工艺描述+密封点类型+净检测值”，之后执行设备完整性缺陷流程。

2.3.2 泄漏登记自动生成

泄漏管理实时读取完整性中“缺陷现象描述为‘泄漏’”的数据（来源其它系统触发和人工提报），完整性系统中每增加1条，对应的零泄漏模块中也随之增加1条，处理状态以及其他内容根据完整性缺陷处理的环节实时读取，并在零泄漏模块中按照规划好的内容形成台账。如图2所示。

图2 泄漏数据跟踪台账页面

2.3.3 过程实时闭环

通过完整性信息系统缺陷流程跟踪漏点处理的全过程，过程中产生的实时数据（处理环节、处理措施、处理结果等），在零泄漏系统跟踪台账中同步更新的同时录入反写至环境保护信息系统中，实现不同系统中的实时共享，互联互通。

2.3.4 零泄漏处理过程管理（定力矩技术信息化应用）

法兰类泄漏处理（施工）过程通过密封零泄漏过程管理系统（PC端/APP端）采用定力矩紧固技术完成。定力矩法是有预紧力要求的螺纹连接常用的固定方法，使用力矩扳手，预先将扳手调整到设计要求的螺纹扭矩值，然后旋紧螺丝，直至扳手离合为止。它可以实现在紧固法兰过程中，使螺栓均匀受力、避免过载，在保证密封效果的同时避免使用过程中的螺栓失效。

法兰定力矩紧固过程信息化管理内容有：检修计划管理、备品配件管理、定力矩基础设定（预紧力计算，工具选型，标准施工流程（SOP））、施工全过程管理（包含挂牌、拆卸管理、法兰面、垫片、螺栓工况检查、预安装质量检查、紧固SOP（机具、流程和力矩）确认、紧固结果检验、气密过程管理等)、检修台账等。为了将现场实施的检修作业情况及时反馈，通过移动端APP（如图3首页）扫描现场法兰二维码提取基础数据、接受任务，及时将施工的各个工序任务数据上传系统，从而实现对整个法兰检修作业的全业务过程管理，确保实现装置法兰零泄漏的任务目标。

图3 移动端APP首页

定力矩基础设定包括了三部分：预紧力计算、施工工具选型和现场作业标准流程（SOP），该模块利用定力矩技术服务人员采集的现场装置的法兰数据，依据国家标准、行业标准和现场法兰螺栓垫片工况数据，计算出合理的预紧力（如表1所示），再根据机具选型给出标准的施工作业流程。

表1 定力矩紧固预紧力数据表

表2 零泄漏信息系统投入运行后漏点数据统计

实施过程：①数据复核→②检查法兰密封面→③检查螺栓螺母→④确认具备回装条件→⑤SOP数据确认→⑥预装确认→⑦紧固结果确认→⑧抽检→⑨压力测试。

3 实施效果

该信息系统在2021年1月投入企业试运行以来，漏点发生率显著降低，从投用初期的30%以上稳定下降至10%左右（如图4所示），成效显著，不仅降低了维修成本，提高了设备运行的可靠性，检修气密合格率100%，保障装置一次开车成功，更重要的是降低了直接作业环节风险和生产风险，经济效益和社会效益双丰收。

图4 漏点发生率占比趋势图

4 结语

基于法兰密封完整性管理及泄漏监控监测的研究与信息化开发，在实践生产中给企业带来实实在在的好处，提升了管理水平、工作效率以及经济效益。

4.1 提升管理成效

通过数字化系统的应用，防止人员更替或记忆偏差带来的数据缺失，使设备管理更精确更规范，直接避免检修备品备件错购率30%；通过实时的泄漏监控，提前发现并解决法兰（静密封点）泄漏问题，真正实现了法兰泄漏的预防性管理，消除了90%不可控泄漏，确保装置长周期运转，实现了让管理更加准确与高效的工作目标。

4.2 提高检修质量、缩短时间

采用定力矩技术服务，确保装置气密一次性通过、 开车一次性成功，减少30%～60%的检修保运时间。

4.3 提高持续盈利能力

通过泄漏管理过程信息化，构建良好的零泄漏生态，提高处理的及时性和预见性，减少泄漏爆炸等安全事故发生，提高企业持续盈利能力。

4.4 实现企业社会价值

降低装置泄漏率，避免因泄漏带来的火灾、爆炸等事故发生，使企业生产更安全、更环保，更加符合人民至上、生命至上、安全发展的理念。