機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的RCM技術(shù)研究

王佳佳，張團(tuán)結(jié)，張志敏

（渤海裝備石油機(jī)械廠 鉆井裝備分廠，河北 任丘 062552）

0 引言

作為目前國際上用來確定設(shè)備預(yù)防性維修需求而通用的以可靠性為中心的維修技術(shù)，RCM 技術(shù)是一種對維修制度進(jìn)行優(yōu)化的系統(tǒng)工程。該技術(shù)利用設(shè)備的可靠性狀態(tài)，運(yùn)用邏輯分析法對維修的內(nèi)容、類型以及間隔期等加以確定，從而用最少的維修資源消耗，達(dá)到對設(shè)備故障進(jìn)行有效檢修的目的，可以使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到進(jìn)一步提高。

1 基于狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的RCM 技術(shù)

伴隨設(shè)備發(fā)展而產(chǎn)生的狀態(tài)采集與分析技術(shù)是一種對故障發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測的技術(shù)，主要是通過將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集后，再利用相關(guān)軟件，對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否存在故障隱患加以判斷，根據(jù)相關(guān)采集數(shù)據(jù)，為設(shè)備維修決策提供有效依據(jù)［1］。對正在運(yùn)行的設(shè)備變化進(jìn)行定期檢測即為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，通過對設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時監(jiān)測，有效防止故障突發(fā)狀況，充分掌控設(shè)備風(fēng)險產(chǎn)生原因和風(fēng)險等級，并依據(jù)風(fēng)險等級安排維修計劃，以確保設(shè)備能夠正常工作。在判斷與識別的階段所產(chǎn)生的故障診斷技術(shù)，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的數(shù)據(jù)及資料，都應(yīng)當(dāng)成為設(shè)備技術(shù)診斷的基礎(chǔ)。RMC 是分析風(fēng)險的方法，狀態(tài)監(jiān)測是獲取機(jī)組運(yùn)行狀況的一種手段，二者在制定維修策略中均起著基礎(chǔ)性作用，共同服務(wù)于最終檢修策略。結(jié)合RMC 分析及狀態(tài)監(jiān)測，一方面是為了預(yù)防維修和預(yù)知維修；另一方面是為了主動維修而使得設(shè)備故障得到徹底根除。

2 RCM 與離線狀態(tài)監(jiān)測的融合

本文以某石化工程120 萬t 加氫裝置壓縮機(jī)為例，研究其機(jī)械離線狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷的RCM 技術(shù)，從而指導(dǎo)往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行維護(hù)及日常保養(yǎng)。

2.1 故障形式

該壓縮機(jī)選用兩臺往復(fù)式壓縮機(jī)，由同步電機(jī)驅(qū)動，反應(yīng)部分采用雙面輻射方形爐；分餾部分油品加熱爐采用單排、單面輻射圓筒爐。通過RCM 對該石油加氫往復(fù)式壓縮機(jī)的電機(jī)、曲軸、氣閥、缸套以及十字頭等幾個關(guān)鍵部位分析可知，其關(guān)鍵部位的故障形式主要包括幾種：1）活塞、缸套以及氣閥出現(xiàn)磨損；2）十字頭出現(xiàn)了松動；3）曲軸和電機(jī)出現(xiàn)機(jī)械松動；4）電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡；5）電機(jī)軸出現(xiàn)竄動以及機(jī)組對中不良等現(xiàn)象；6）氣缸出現(xiàn)破裂以及密封產(chǎn)生泄漏等［2］。利用RCM 軟件分析這些失效模式所產(chǎn)生的影響，對失效后果引起的生產(chǎn)效益、成本損失等進(jìn)行評價，再結(jié)合失效后的維修成本來確定相應(yīng)的維修策略。利用離線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對往復(fù)式壓縮機(jī)失效狀態(tài)的監(jiān)測，確定可能的失效模式，并將其向RCM小組反饋，然后經(jīng)RCM 分析得出最終的失效等級及相應(yīng)的維修策略。

2.2 RCM 與離線狀態(tài)監(jiān)測的具體融合

分成4 個步驟：1）利用柴油加氫裝置分析并總結(jié)歷年來往復(fù)式壓縮機(jī)的檢修維修記錄以及故障診斷專家所診斷出的故障結(jié)果等，對往復(fù)式壓縮機(jī)的電機(jī)、十字頭、缸套以及曲軸軸承等關(guān)鍵部件的失效模式加以確定；2）利用RCM 分析煤種失效模式，對其產(chǎn)生故障的原因、風(fēng)險等級和維修策略進(jìn)行分析探討，并將其錄入Excel 文件內(nèi)［3］；3）將“RCM 決策”及“RCM 決策庫”加入故障診斷專家程序內(nèi)，利用編程，將錄入的Excel 文件內(nèi)容向“RCM決策庫”內(nèi)導(dǎo)入，然后將其在故障診斷專業(yè)系統(tǒng)內(nèi)以數(shù)據(jù)庫的形式進(jìn)行存儲；4）在采集往復(fù)式壓縮機(jī)的振動數(shù)據(jù)后，通過對RCM 決策系統(tǒng)的診斷故障及往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷的應(yīng)用，最終得到往復(fù)式壓縮機(jī)診斷的結(jié)果。而對應(yīng)的風(fēng)險等級、失效原因以及維修策略可以通過RCM 決策功能得到，然后用書面報告形式將維修策略存檔。

2.3 C++Builder 對Excel 的調(diào)用

通常情況下，該石化公司的120 萬t 柴油加氫裝置往復(fù)式壓縮機(jī)利用C++Builder 來開發(fā)故障診斷專家系統(tǒng)，當(dāng)將RCM 軟件與故障診斷專家系統(tǒng)進(jìn)行融合時，C++Builder 自帶報表功能較少的缺陷可以利用Excel 電子表格來彌補(bǔ)。C++Builder 對Excel 的調(diào)用一般有利用QLE 技術(shù)和利用ODBC 數(shù)據(jù)庫技術(shù)兩種方法，前者采用的QLE 技術(shù)，指的是對象的連接和嵌入，它在創(chuàng)建符合文檔時，采用一種源于不同應(yīng)用程序信息的方法，該方法比較簡便，且具有普遍的應(yīng)用范圍。第一，利用故障診斷專家系統(tǒng)，對設(shè)備關(guān)鍵的部位失效模式加以分析，得出各種失效模式下的失效等級和風(fēng)險等級，并以風(fēng)險等級的高低確定相應(yīng)的維護(hù)策略，并將得到的診斷結(jié)果和維護(hù)策略錄入Excel 表格內(nèi)。第二，利用C++Builder 將“RCM決策”及“RCM 決策庫”加入故障診斷專家程序內(nèi)，然后從故障專家系統(tǒng)中借助QLE 技術(shù)對記錄好的Excel 表格進(jìn)行調(diào)用。查詢RCM 決策，便能得出失效模式、風(fēng)險等級以及維修策略等在不同測點(diǎn)的表現(xiàn)形式［4］。

3 基于狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的RCM 技術(shù)

基于狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的RCM 技術(shù)主要包括狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷以及RCM 決策三部分，三者相輔相成，其中狀態(tài)監(jiān)測將實(shí)時的設(shè)備信息提供給故障診斷，而故障診斷則依據(jù)RCM 決策將故障模式報告出來，同時在RCM 決策的指導(dǎo)下能夠有效保證狀態(tài)監(jiān)測的高效性與合理性。

3.1 狀態(tài)監(jiān)測

利用傳感器以及計算機(jī)信息技術(shù)監(jiān)測檢查運(yùn)轉(zhuǎn)中的設(shè)備整體或者零部件，這種技術(shù)即為狀態(tài)監(jiān)測。其主要目的是判斷該石油加氫裝置往復(fù)式壓縮機(jī)設(shè)備是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，是否出現(xiàn)異常或者不良征兆，或者追蹤及預(yù)測其異常狀況，對其磨損程度進(jìn)行確定。從而有效掌控設(shè)備發(fā)生故障之前的信息，方便在事發(fā)前采取有效的措施對故障進(jìn)行預(yù)防，進(jìn)而達(dá)到降低停機(jī)損失與維修費(fèi)用的目的。通常通過采集設(shè)備各種運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)的方法來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測，而監(jiān)測測點(diǎn)則一般在設(shè)備核心部位、發(fā)生故障比較頻繁的部位、以及故障產(chǎn)生對設(shè)備造成嚴(yán)重影響的部位等。狀態(tài)監(jiān)測參數(shù)則主要為振動信號，輔助參數(shù)包括介質(zhì)的流量、壓力、溫度，以及電動機(jī)的電流和電壓等。

3.2 故障診斷

其目的主要包括探察隱患、對故障根源進(jìn)行定位，從而有效分析癥狀信息，進(jìn)而對影響生產(chǎn)的故障原因加以確定，以便能徹底消除故障。當(dāng)采集設(shè)備的實(shí)時振動數(shù)據(jù)后，采取專家系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的故障診斷，即將各個領(lǐng)域內(nèi)的專家故障診斷知識在知識庫內(nèi)儲存，利用人工智能模擬專家決策的推理和判斷過程，得出診斷報告。并且該專家系統(tǒng)可以不斷吸收故障實(shí)例，使準(zhǔn)確率得以持續(xù)提高。

3.3 RCM 決策

基于狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的RCM 技術(shù)核心關(guān)鍵是如何利用狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷所確定的設(shè)備作為依據(jù)對設(shè)備進(jìn)行RCM 決策，其具體流程包括分析故障模式與故障原因、評價故障風(fēng)險等級、邏輯決斷和確定維修策略四部分。與傳統(tǒng)RCM 技術(shù)相比，基于狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的RCM 技術(shù)具有多方面的優(yōu)點(diǎn)。首先，其日常維護(hù)及預(yù)知維修管理均具有基于狀態(tài)監(jiān)測的實(shí)時數(shù)據(jù)；其次，RCM決策、故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測構(gòu)成一個統(tǒng)一的動態(tài)系統(tǒng)，其中狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷將實(shí)時信息提供給維修決策，而維修決策則對兩者又具有指導(dǎo)作用。因而，基于狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的RCM 技術(shù)具有實(shí)時性和動態(tài)性。

3.4 具體應(yīng)用分析

由于往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且功率和壓力較大、轉(zhuǎn)速和流量較大，并具有繁多的監(jiān)控儀表，因而對運(yùn)行和檢修具有很高的要求，而一旦其在設(shè)計制造、安裝運(yùn)行或者檢修過程中出現(xiàn)問題，均會使設(shè)備產(chǎn)生故障，嚴(yán)重時甚至?xí)砣藛T傷亡。對該石化廠的柴油重整加氫裝置大型往復(fù)壓縮機(jī)的電動機(jī)、氣閥、缸套、十字頭、活塞等關(guān)鍵部位的測點(diǎn)進(jìn)行振動數(shù)據(jù)采集，并對壓縮機(jī)的速度、流量、溫度和壓力等參數(shù)進(jìn)行記錄。然后運(yùn)用專家系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)加以分析處理，利用相應(yīng)的RCM 技術(shù)對設(shè)備故障進(jìn)行診斷，獲得故障診斷報告，從而得出壓縮機(jī)關(guān)鍵部位的故障模式、風(fēng)險評價以及做出最終維修決策。

4 結(jié)語

利用故障診斷技術(shù)和RCM 技術(shù)對往復(fù)壓縮機(jī)進(jìn)行現(xiàn)狀分析，將RCM 決策功能融入故障診斷專家系統(tǒng)，形成基于狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的RCM 技術(shù)，在得到故障診斷報告的同時，還能獲得包括失效原因、風(fēng)險等級以及維修決策在內(nèi)的RCM 決策，從而將故障診斷與RCM 技術(shù)有效地結(jié)合在一起，在很大程度上提高了往復(fù)式壓縮機(jī)故障檢修效率和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

［1］黃君玲，張來斌，段禮祥，等.基于狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的RCM技術(shù)［J］.石油機(jī)械，2011，39（4）：60-63.

［2］馮廷敏.基于狀態(tài)監(jiān)測的以可靠性為中心的智能維修系統(tǒng)［D］.北京：北京化工大學(xué)，2008.

［3］王青華.機(jī)組狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測虛擬儀器及發(fā)電設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)研究［D］.南京：東南大學(xué)，2004.

［4］呂家將.基于RCM 分析的電廠風(fēng)機(jī)狀態(tài)檢修系統(tǒng)研究［D］.武漢：武漢大學(xué)，2005.

［5］李莉.CFB 鍋爐性能與狀態(tài)監(jiān)測的研究［D］.南京：東南大學(xué)，2003.