闭锁料斗程控球阀可靠性RCM分析

孔立新 刘莉

摘  要：以某公司1#汽油脱硫装置闭锁料斗单元的31台程控球阀为例，开展以可靠性为中心的维修（RCM）分析。通过故障模式与影响分析，识别程控球阀的主要失效模式，分析失效原因，确定故障的影响及其风险等级，并给出适宜的故障识别方法，提出合理的维修时间和维修类型，改善程控球阀运行状况（该处的改善运行状况指程控球阀），降低故障率。优化后的策略可提升程控球阀的运行可靠性，减少闭锁料斗系统非计划停运。

关键词：程控球阀；失效模式；影响分析；风险；策略

中图分类号：TE96      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）19-0135-04

Abstract： Taking 31 programmable ball valves in the locking hopper unit of a certain company's No.1 gasoline desulfurization unit as an example， a reliability centered maintenance （RCM） analysis is conducted. Through fault mode and impact analysis， identify the main failure modes of programmable ball valves， analyze the causes of failure， determine the impact and risk level of faults， and provide appropriate fault identification methods. Propose reasonable maintenance time and types to improve the operation status of programmable ball valves （referred to as improved operation status here） and reduce the failure rate. The optimized strategy improves the operational reliability of the programmable ball valve and reduces unplanned shutdowns of the locking hopper system.

Keywords： programmable ball valves; failure mode; impact analysis; risk; strategy

装置闭锁料斗区所属31台程控球阀开展以可靠性为中心的维修（以下简称RCM）分析，对装置现有设备维修策略进行优化并达成以下工作目标。①通过故障模式与影响分析，识别闭锁料斗程控球阀的主要失效模式，分析失效原因，确定故障的影响及其风险等级。②根据闭锁料斗程控球阀失效模式与风险等级，制定以可靠性为中心的维修策略，给出适宜的故障识别方法，提出合理的维修类型和维修时间。③通过维修策略的实施，预警、发现并消除闭锁料斗程控球阀缺陷，改善运行状况，降低故障率。

1  概况

2005年中国石化引进美国康菲公司S-Zorb工艺，在燕山石化炼油部建成S-Zorb装置，并于2007年6月一次开车成功。S-Zorb工艺原理是将来自催化裂化装置的汽油与少量的氢气混台后进行加热，汽化后的汽油进入装有吸附剂的硫化反应床内，除去原料中的硫，在反应器顶部缓冲区除去气相产物中的悬浮吸附剂。而抽出反应器的气相产物被冷却分离，送后续稳定系统处理。

闭锁料斗借助程控球阀把吸附剂从反应器接收器的高压烃环境转移到再生器进料器的低压含氧环境中，再从再生器接收器的低压含氧环境传送到还原器的高压烃环境里。在再生器内，吸附剂上的硫被转化为SO2送到硫回收装置。因为在吸附剂传输过程中存在氢氧介质交替的情况，所以闭锁料斗程序需要通过控制程控球阀完成进卸剂、吹扫、加减压过程，以便在正常的操作中维持一个安全的环境。

2  实施过程

2.1  确定分析范围

闭锁料斗程控球阀可靠性RCM分析的实施对象是装置在役闭锁料斗31台程控球阀。

2.2  范围确定与可维修部件划分

2.2.1  范围确定

确定需要分析的程控球阀边界如图1所示。

2.2.2  可维修部件划分

按照设备单元—子单元—可维修部件三级对程控球阀进行可维修部件划分，见表1。

2.3  程控球阀数据收集与统计分析

2.3.1  程控球阀数据收集

FMEA（失效模式和效果分析）是一种用来确定潜在失效模式及其原因的分析方法，通过应用FMEA可在产品设计或生产工艺真正实现之前发现产品的弱点。数据的准确性和详细程度是FMEA分析的基础。2019年5月，仪表项目组与仪表技术人员和仪表维护班组共同进行资料的收集工作，主要收集了以下资料：①装置概况及工艺流程图；②设备台账-技术参数；③设备运行台帐及检维修记录；④设备故障记录、事故分析报告；⑤管道和仪表图（PID）；⑥设备现场照片及主要设备的装配（简）图；⑦现有的维修策略指导文件。

按照FMEA分析规则，项目组成员通过对收集的数据进行整理、汇总、分析，根据收集到的数据、信息整理装置程控球阀基本信息和维护检修记录。

2.3.2  程控球阀年度故障统计

2015年1月至2019年5月，装置闭锁料斗程控球阀共发生检维修作业95台次。具体情况如图2所示。

2.4  风险准则确定

根据北京燕山分公司装置设备运行情况，管理现状，执行的安全、环境的相关法规/标准等，项目组共同制定出风险可接受准则，并与管理人员、仪表技术人员、维护人员共同讨论和修正评价准则。

评价准则包括：故障频率评价准则、安全后果评价准则、环境后果评价准则、生产损失后果评价准则、维修成本后果评价准则和相应风险矩阵。

根据风险准则，依据事件发生的后果和事件发生的频次的乘积将风险分为4个等级，分别为：①低风险（L），表示可忽略的风险；②中风险（M），表示可接受的风险；③中高风险（MH），表示不期望的风险；④高风险（H），表示不可接受的风险。

2.5  关键性分析

分别对31台程控球阀进行关键性分析，确定关键性设备。中、高关键性设备31台，需进一步进行详细的FMEA分析。

2.6  设备FMEA分析

根据分析流程对关键性设备进行设备FMEA分析，得到设备主要失效模式、故障影响，并最终确定设备风险等级。

2.6.1  程控球阀主要失效模式识别

从收集到的故障信息看，S-Zorb装置程控球阀失效模式主要为动作延时（DOP）、关闭位置泄漏（LCP）、结构性缺陷（STD）、工艺介质外部泄漏（ELP）、辅助介质泄漏（ELU）和要求时开失效（FTO）6种。

程控球阀失效模式统计见表2，分布情况如图3所示。

2.6.2  关键部件识别

根据表2，装置开关阀的主要可维修部件为导致功能失效的关键部件，识别结果见表3。

2.6.3  故障频率计算

依据以上关键功能部件和故障模式识别结果，对每台设备关键功能部件的主要故障模式的故障率进行计算，故障次数与运行时间的比值，如下式

2.6.4  故障影响及后果分析

针对不同部件、不同失效模式及其后果进行分析，确定后果严重程度。得出每种失效模式影响后果（包括安全影响、环境影响、生产损失和维修成本）等级。

2.6.5  失效模式危害性分析

从安全、环境、生产损失和维修成本影响4个方面进行失效模式危害性分析，根据风险评价准则，确定失效模式的风险等级。风险等级分为低风险、中风险、中高风险和高风险4类。

2.7  设备风险等级确定

依据失效模式的风险评价结果确定设备风险等级，失效模式的最高风险决定了设备的风险等级。即只要存在高风险的失效模式，则该设备风险等级为高风险；当设备失效模式的最高风险等级为中高风险时，该设备风险等级为中高风险；当设备失效模式的最高风险等级为中风险时，该设备风险等级为中风险；只有当设备所有失效模式均为低风险时，该设备风险等级为低风险。

通过对该装置的31台程控球阀进行风险评价，S-Zorb装置处于高风险状态的有2台；处于中高风险的有5台；处于中风险的有8台；低风险的有16台。其风险分布和统计比例分别如图4和表4所示。

3  设备维修策略制定

设备维修策略包括维修方式的选择，维修内容、方法、周期和标准确定等。设备维修策略的制定依据设备风险等级选择不同维修方式，并根据维修方式、失效模式、失效原因确定维护检修项目、方法和周期。

3.1  维修方式确定

设备维修方式一般包括预测维修、预防性维修、故障维修和改善性维修4种。

高风险和中高风险设备：高风险设备应采取状态监测手段进行预测性维修；中高风险设备的维修方式推荐在具备足够监测手段和条件的情况下优先选择预测维修，同时结合预防维修来制订维修计划。

中风险设备：推荐采取以定时更换、修理和定期检查并根据检查结果来安排近期检修计划的预防性维修方式制订维修计划。

低风险设备：采用故障维修的维修方式，执行日常维护策略。

达到使用寿命末期的程控球阀，建议采用改进维修或更新。

3.2  维修部件、内容、方法、周期及标准

程控球阀的预测维修重点是监控其运行平稳性、仪表线路完整性和仪表风露点，具体内容见表5。

3.3  程控球阀维修策略

程控球阀维修策略制定应结合主要失效模式和可维修部件，同时考虑装置检修周期、在线故障处理的难易程度等因素。

日常维护方面：在执行现有仪表设备巡检制度的基础上，应每周检查一次，包括盘根是否泄漏；防雨帽是否完好；注油器是否完好；仪表风系统是否正常；定位器与执行机构之间的连接是否牢固。

程控球阀维修方面：针对“动作延时、关闭位置泄漏、结构性缺陷和要求开时失效”4种失效模式超过全部失效的64%情况，结合可维护部件失效情况，制定维护检修策略。①每季度对执行机构阀杆注油一次，以改善盘根-阀杆润滑效果；每月对仪表风过滤器进行一次排空。②无旁路、在线检修空间受限的程控球阀，应每半年手动检验测试一次，进行活动试验，检测执行机构是否完好。③检修期间集中对定位器的恒节流孔和空气过滤器进行清洁，检查确认过滤器滤芯规格满足程控球阀对仪表风品质要求，避免仪表风不合格引起定位器故障；新上线的过滤减压阀要根据不同的定位器选取响应的过滤精度和材质，以保证仪表风满足定位器要求。④检修结束后及时恢复程控球阀的保温，同时关注程控球阀上下游管线保温情况，防止高温介质因程控球阀保温不合格在阀体处结焦，避免出现卡塞现象。

4  结论

针对程控球阀故障率高、影响装置长周期运行和产品质量，公司聚焦主要矛盾，组织专业团队对1#汽油脱硫装置闭锁料斗的31台程控球阀开展以可靠性为中心的维修，有效改善运行状况，降低了故障率。

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