大型制氧系統(tǒng)的可靠性管理

余良柱 高 遠

作者通聯(lián)：寶山鋼鐵股份有限公司能源環(huán)保部制氧分廠上海市 200941

E-mail：yuliangzhu@baosteel.com

制氧設備的穩(wěn)定性與可靠性會直接影響到制氧系統(tǒng)運行的安全。寶山鋼鐵股份有限公司制氧系統(tǒng)共有8臺空氣分離裝置（其中3臺國產），因設備產地及相關維護標準的各不相同，給制氧設備的安全運行及現(xiàn)場維護與管理工作等，均帶來不便。保證大型制氧系統(tǒng)的長期穩(wěn)定與可靠運行不僅是長期而艱巨的任務，也是做好設備管理工作的一道難題。寶鋼公司通過對多年來設備維護與管理經驗進行總結，以及借鑒國際知名氣體公司的相關模式等，摸索出適合冶金行業(yè)生產特點的制氧系統(tǒng)設備的可靠性管理措施與方法，取得了較好效果。

一、對故障種類的分析與判斷

通過對2005—2008年制氧系統(tǒng)各類故障原因進行統(tǒng)計與分析，主要為設計、施工質量、維護不當缺陷和操作不當缺陷所致，故障比例分別為23%、22%、50%和5%，故障時間分別為80%、11%、6%和3%。缺陷特點及造成的危害與后果，主要有以下方面。

1.設計缺陷

（1）從故障次數(shù)來看，設計缺陷雖然處于第二位，但在故障時間上卻高居第一。例如，因保溫設計不合理引起1#和2#空氣分離裝置（以下簡稱空分）的空氣冷卻塔液面計被凍壞，引起空分被迫停車；空分內管道因應力補償系數(shù)設計小，造成管道拉裂、拉斷產生泄漏現(xiàn)象；5#空分的氬氣生產裝置因下塔輸送管道設計失誤，造成空分運行不穩(wěn)定和氬氣無法正常生產；因空氣管道的消聲器選型不當，造成填充材料泄漏和主換熱器功能下降等，至今未能恢復；因氮氧化物在膜式冷凝蒸發(fā)器上的堵塞，造成“死端沸騰”問題；6#空分的高壓板式換熱器，因未設計溫度保護裝置，造成釬焊失效、板式泄漏與損壞；1#、2#膨脹機葉輪因應力設計失誤，造成葉輪開裂；空壓機葉輪葉片因焊接不牢及長年受氣流沖刷，出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象。

（2）除單體設備存在設計不合理缺陷外，系統(tǒng)性的設計缺陷造成的危險會更大，后果也更嚴重。例如，由于新老系統(tǒng)銜接方面的設計缺陷，造成氮氣系統(tǒng)的吸入母管出現(xiàn)壓力控制缺失，參數(shù)選取不當造成氮氣純度超標。因系統(tǒng)的安全保護機構設計不合理，造成設備停機現(xiàn)象頻繁發(fā)生，例如，主換熱器熱端溫度與空氣進板式閥門間沒有設置連鎖保護裝置，造成設備運行時的安全隱患加大。而無謂的多重聯(lián)鎖機構，常使儀表控制系統(tǒng)引發(fā)誤報警情況，造成設備停機。

2.施工缺陷

施工質量是引起設備運行初期故障的主要原因，據(jù)統(tǒng)計，因施工問題引發(fā)的設備故障為75%，主要有：水管管道沖洗不干凈，導致流量計堵塞；儀表管吹掃不完全，導致電磁閥、定位器失效，以及閥門氣缸磨損等；5#空分的空壓機和膨脹機因漏裝油封，引發(fā)漏油和被迫停車；5#空分的主空壓機因對中精度低和氣封失效等，造成齒輪箱和推力盤受損嚴重及振動異常；因儀表氣管管路的清潔度不達標，造成定位器損壞、閥門失效；因開關柜、控制柜的接線松動引起誤動作，因密封不嚴引發(fā)電氣短路；因塔內管道焊接及支架安裝位置不合理，造成管道破裂、泄漏，導致扒砂情況發(fā)生；接地系統(tǒng)因安裝不當，造成防雷電安全系數(shù)降低；出現(xiàn)多臺液體泵的旁通閥被裝反。

3.維護不當缺陷

公司實施的設備管理模式是點檢定修制，強調的是設備周期性預防與維護性管理，對員工的設備操作及維護水平的要求都比較高，但在新設備運行初期，因維護人員缺乏經驗及操作水平較低，常出現(xiàn)以下情況。

（1）公司對檢修作業(yè)的質量管理，主要是通過檢修作業(yè)標準和檢修技術標準來實現(xiàn)的，由于檢修人員的工作經驗少或檢修水平較低，不僅無法確保檢修進度及質量，在一些輔助設備檢修上也常出現(xiàn)質量問題等。例如，在拆卸設備時，經常出現(xiàn)裝配精度降低或部件被損壞等情況。欠維護問題主要體現(xiàn)在，設置的維護周期過長、維護方式過于簡單等，不僅不能及時判明失效或劣化傾向問題，對損壞的備件也不能做到及時更換。

（2）由于不同廠商供應的備件質量參差不齊，造成同一型號不同廠家的備件質量相差較大。例如，作為無庫存?zhèn)浼妮S承，常因質量問題造成設備停機；有些國產備件因質量較差，不但不能保證設備正常運轉，還會引發(fā)安全事故等。因此，備件質量差及選用不當問題，也是造成設備周期性預防與維護工作開展不好的主要原因。

二、改進措施

1.設計方案優(yōu)化

（1）運行人員提前進入項目的設計階段。為達到設計方案優(yōu)化的目標，公司將設計與運行工作緊密地結合在一起，實行了工程與運行部門共同參與設計方案的安全審查、工程安全檢查和開車前的安全驗收等工作，對檢查出的問題不但要求設計部門及時整改，而且將其作為運行案例予以備案。例如，結合多年的設備故障情況，對設備的聯(lián)鎖結構進行了設計方案優(yōu)化，在保證安全運行的基礎上，盡可能減少不必要的聯(lián)鎖裝置，減少由此而引發(fā)的聯(lián)鎖故障及誤動作問題。

（2）做好設備選型工作。公司原來設備選型主要以設備運行與維護經驗及實際使用情況為主，先擬出設備清單后再確定所需設備，造成個人主觀意見多或片面結論多。通過借鑒國外知名氣體公司的經驗，重新制定了設備選型方案。將技術、市場調研工作做實、做細，并細化和量化到每個工作環(huán)節(jié)中。例如，在設備前期管理的每個細節(jié)都設置了采購門檻，避免可靠性較差、技術功能落后設備的進入，要求供應商對設計方案問題進行可靠性修改。

2.對施工質量實施控制

（1）由專業(yè)工程師監(jiān)督施工質量。對施工質量的控制，不可過分依賴工程總承包及分承包單位的質量控制體系，而應委派本企業(yè)的專業(yè)工程師，按照公司的標準工作程序及借鑒以往空分設備的安裝、調試及運行經驗等，做好監(jiān)督、協(xié)調和質量檢查等工作，并實施嚴格的質量控制程序。

（2）做好工程項目的收尾工作。新項目投產的第一年往往是事故高發(fā)階段，尤以小故障和備件損壞情況居多，其原因多為運輸或安裝不當造成的。因此，新設備從投產之日起，每3～6個月就應進行1次全面的檢修，不但可及時發(fā)現(xiàn)和消除設備隱患，還可對收尾項目和施工質量等進行盤點和總結。

3.加強維護與運行管理

（1）選擇合理的設備維護模式。為確?？辗衷O備實現(xiàn)無大修管理目標，將故障隱患消滅在萌芽狀態(tài)，公司根據(jù)設備的不同特點及重要性等，采取了不壞不修、定期維護、條件維護和預見性維護模式。不壞不修模式，主要指液體充填泵之類設備，這類設備的結構一般比較簡單，損壞部分通常是密封件，即便出現(xiàn)了故障問題，也不會影響系統(tǒng)的正常運行，通過液體裝車仍可確保生產的正常運行；定期維護模式，主要針對空壓機和空分系統(tǒng)，例如，空壓機在運行一段時間后會出現(xiàn)嚴重的結垢情況，此時既可采用定期維護清洗，也可采用與空分的加溫周期同步進行清洗，但需要定期進行水質檢驗等；預見性維護模式，此模式對員工的技術要求比較高，不僅要有較好的設備故障判斷和預控能力，還需會應用各類檢測工具以及具有豐富的現(xiàn)場管理經驗等，還要有強大的技術保障系統(tǒng)做支持。例如，各種監(jiān)測與化驗等技術手段。

（2）運用設備可靠性維護管理系統(tǒng)。公司對重點項目的設備管理，通常是通過設備管理信息平臺進行的，主要包括：資產管理、維護計劃（包括工單制定）管理、備件管理（包括采購與計劃制定）、供貨商管理、設備檔案（包括維護檔案等）管理、設備故障統(tǒng)計管理和費用分析控制管理等。其中設備故障統(tǒng)計管理和整改措施的實施是降低故障率和提高可靠性的最有效方法，不僅能避免設備事故的重復發(fā)生，對事故預防也有很好的輔助作用。為此，公司設計了隱患登記表和故障整改表，對表上所列項目要求員工必須做到認真填報、及時安排、定期跟蹤和確保按期完成。

4.加強故障監(jiān)測，提高技術分析功能

（1）采取故障監(jiān)測。以前實施的監(jiān)測工作都是以周期性檢查為主，但效果不理想。為此，公司根據(jù)相關的工作標準和規(guī)范，以及以往的現(xiàn)場維護經驗等，重新制定了監(jiān)測周期。例如，為有效掌握油品的相關參數(shù)及油品變化趨勢，在油品化驗上通常是每半年進行1次，但在個別指標出現(xiàn)變化時，則采取了增加檢驗次數(shù)、及時調整機組運行方式或更換油品，以預防設備故障的發(fā)生。針對設備的重要性實施了不同的監(jiān)測技術，主要有振動分析、超聲探測、紅外成像和油品分析，以達到掌握設備狀況、及時發(fā)現(xiàn)故障征兆、提前確定維修方案和防止重大事故發(fā)生的目的。

（2）減少重復性故障發(fā)生。通過對非計劃停機、重復性故障等進行分析，不但要找出引發(fā)故障的根本原因，制定出整改措施并在系統(tǒng)中登錄，每年還要對設備運行狀況進行一次綜合性評估。主要包括：設備技術狀態(tài)、功能失效方式、故障產生的影響、故障后果評估、采取的控制措施。對重點設備既要界定出高風險控制點，還應根據(jù)評估結果制定出質量控制計劃。例如，進一步優(yōu)化了維護程序、設備故障處理預案、備件計劃修正方案及員工培訓計劃。

5.加強檢修質量控制

（1）控制檢修計劃的生成。為防止發(fā)生欠維修和過維修的情況，公司采用將異常信息與檢修作業(yè)掛鉤，把合理調整檢修周期與年修項目相結合措施，嚴格控制檢修計劃的生成。例如，根據(jù)設備運行情況把空分、氧壓機的年修周期從2年延長到3年；對氮壓機實行了狀態(tài)維修，延長了電氣設備的預防性試驗周期；根據(jù)實際運行狀態(tài)，把水泵、風扇等故障率較高的設備檢修周期，從2年縮短到1年，較好地控制了檢修計劃與檢修項目的生成。

（2）加強檢修作業(yè)質量管理。公司將檢修質量管理與技術把關等工作，全部交由工程師和點檢員負責。但通常情況下是外協(xié)人員多、而管理人員少的狀況，外協(xié)單位為降低檢修成本，有時會省略一些必要的工作步驟而造成事故隱患。為此，企業(yè)一方面要求技術和點檢人員應加強檢修技術知識的學習，另一方面則要求檢修單位要加快檢修作業(yè)標準和檢修方案的制定，并通過設置見證點和停止點等共同把好檢修質量關。

6.提高操作人員的維護及標準化作業(yè)意識

（1）提高操作人員的設備維護意識與能力。寶鋼公司的8臺空分和2個控制室共有員工58人，因人員少、工作量大，造成多數(shù)員工對設備管理工作不夠重視。為此，公司開展了TPM貫徹及合理設置點檢項目與調整點檢周期的措施，例如，減少了點檢操作技能要求較高的項目，增加了頻率高、但易于掌握的項目與內容，做好備用設備的定期切換等工作。為提高員工的設備管理意識與能力，采用了由設備維護人員帶領操作人員共同對設備進行檢查的辦法，不但提高了操作人員判斷設備異常狀況的能力，也在提高設備管理意識方面，起到了較好的推動作用。

（2）提高員工的標準化作業(yè)意識及操作能力。實踐證明，制定標準化作業(yè)程序是保證設備運行的較好方法，通過把所有操作程序用規(guī)程和預案方式制定出來并嚴格執(zhí)行，是杜絕操作事故發(fā)生的重要措施。公司結合設備的實際運行狀況及系統(tǒng)在不斷變化等情況，及時修訂和完善了操作規(guī)程。例如，制定了低壓母管壓力控制及設備異常情況處理的系列預案，不但要讓員工做到有章可循，還應做到違章必究。

三、結語

寶鋼公司通過學習國內外企業(yè)大型制氧系統(tǒng)的先進管理模式與方法，從設備設計和工程施工質量控制、現(xiàn)代化設備診斷技術應用、長周期可靠性控制理念方面，進行了取長補短和不斷嘗試與實踐，在降低設備維護費用和改進可靠性指標管理上有了新的突破和收獲，設備管理工作的整體水平有了較大提高，保證了制氧系統(tǒng)設備的安全、穩(wěn)定和長周期運行。