王善偉
(中國石油蘭州石油化工公司研究院)
大型煉化企業(yè)設(shè)備故障管理系統(tǒng)的研究
王善偉
(中國石油蘭州石油化工公司研究院)
為了減少煉化企業(yè)設(shè)備故障造成的非計(jì)劃停車損失并提高經(jīng)濟(jì)效益,運(yùn)用信息化手段,對(duì)設(shè)備的故障機(jī)理、原因、模式和解決故障的具體措施進(jìn)行深入研究,引入先進(jìn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)化設(shè)備故障管理模式、降低設(shè)備維護(hù)檢修費(fèi)用,使設(shè)備故障診斷、分析、處理和記錄成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系,實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的全過程管理。
設(shè)備故障管理系統(tǒng) 煉化設(shè)備 設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)分析方法 設(shè)備故障編碼體系
由于大型煉化企業(yè)自身的特點(diǎn),設(shè)備多處于高溫、高壓且易腐蝕的工作環(huán)境,容易發(fā)生設(shè)備故障[1,2]。煉化設(shè)備的故障率直接影響著煉化企業(yè)的長(zhǎng)周期安全生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì),2014年某煉化企業(yè)因設(shè)備故障造成非計(jì)劃停車32次,其中電氣故障3次(占10%)、工藝原因3次(占9%)、機(jī)械故障24次(占75%)、其他故障兩次(占6%),造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)上百億元。多年來,設(shè)備故障管理一直是大型煉化企業(yè)設(shè)備管理的難點(diǎn),是困擾企業(yè)安全生產(chǎn)的大問題,因此開展設(shè)備故障管理的研究意義重大。
為減少設(shè)備故障的發(fā)生,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的安全和長(zhǎng)周期運(yùn)行是企業(yè)追求的目標(biāo),因此優(yōu)化設(shè)備故障管理非常重要。以故障為核心的設(shè)備故障管理體系結(jié)合了現(xiàn)代設(shè)備管理的理念和信息化技術(shù),促進(jìn)了設(shè)備管理的五大轉(zhuǎn)變:從傳統(tǒng)習(xí)慣向規(guī)范化轉(zhuǎn)變,從粗放管理向標(biāo)準(zhǔn)化管理轉(zhuǎn)變,從故障分析向預(yù)知維修轉(zhuǎn)變,從事后維修向日常保健轉(zhuǎn)變,從故障隱患治理向本質(zhì)安全轉(zhuǎn)變,并將故障管理貫穿到防腐蝕、大機(jī)組運(yùn)行、靜密封管理、公用工程及檢維修質(zhì)量控制等重點(diǎn)工作中,促進(jìn)設(shè)備管理向精細(xì)化轉(zhuǎn)變。為大數(shù)據(jù)分析診斷,全方位、多手段設(shè)備故障預(yù)知研判打下基礎(chǔ)。
設(shè)備故障管理系統(tǒng)研究是通過信息化手段和現(xiàn)有設(shè)備管理現(xiàn)狀,結(jié)合設(shè)備運(yùn)行歷史記錄,對(duì)設(shè)備可能要發(fā)生的或已經(jīng)發(fā)生的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、判斷、處理和記錄,通過設(shè)備故障標(biāo)準(zhǔn)體系編碼等輔助工具,有效地對(duì)現(xiàn)有設(shè)備故障進(jìn)行分析判斷,找出產(chǎn)生故障的內(nèi)在規(guī)律,提高故障預(yù)測(cè)、監(jiān)控和處理能力,實(shí)現(xiàn)煉化企業(yè)設(shè)備的“零故障”運(yùn)行。設(shè)備故障管理系統(tǒng)的研究分為兩部分:完成設(shè)備故障管理系統(tǒng)的功能部署,實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障記錄和檢修記錄功能的廣泛應(yīng)用;建立并優(yōu)化以設(shè)備故障為核心的業(yè)務(wù)流程,引進(jìn)和轉(zhuǎn)化國外先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)化編碼體系,形成本行業(yè)自有的設(shè)備故障編碼體系。針對(duì)設(shè)備故障記錄、隱患記錄及檢修記錄等功能簡(jiǎn)化填報(bào)頁面,統(tǒng)一業(yè)務(wù)流程,優(yōu)化相關(guān)功能的字段、字典和展示效果,增強(qiáng)查詢和統(tǒng)計(jì)功能,形成標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。
多年來,筆者致力于設(shè)備故障管理的研究,采用信息化手段,對(duì)故障機(jī)理、原因、模式和故障解決措施進(jìn)行了深入研究,引入先進(jìn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),使設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)、分析、處理和記錄形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系。筆者在研究大型煉化企業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀況、故障特性和故障管理關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)(Key Performance Indicator,KPI)的基礎(chǔ)上,建立了一套完整的設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)分析方法,降低了設(shè)備維護(hù)檢修費(fèi)用,優(yōu)化設(shè)備故障管理模式,實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全過程管理。
1.1 優(yōu)化與統(tǒng)一流程
筆者設(shè)計(jì)、開發(fā)測(cè)試和統(tǒng)一實(shí)施形成了設(shè)備故障管理系統(tǒng)(圖1),系統(tǒng)覆蓋了由發(fā)現(xiàn)至消除的設(shè)備運(yùn)行異常情況以及潛在不穩(wěn)定因素的整個(gè)管理過程。通過信息系統(tǒng)優(yōu)化、統(tǒng)一故障管理流程,提升了工作效率。
圖1 設(shè)備故障管理流程
1.2 建立完善故障編碼體系,形成故障案例庫
引入、消化并吸收國外先進(jìn)的設(shè)備故障編碼體系,并開展本土化研究,運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備故障案例進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化故障分類和編碼規(guī)范,分析研究故障模式、機(jī)理、原因以及內(nèi)在規(guī)律和外部影響,形成結(jié)構(gòu)化故障案例數(shù)據(jù)庫。方便技術(shù)人員對(duì)各類故障進(jìn)行查找,并對(duì)相關(guān)問題開展分析研究。
1.3 實(shí)現(xiàn)故障數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、查詢和共享
系統(tǒng)每天自動(dòng)提取數(shù)據(jù),對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理、查詢和共享。通過相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)圖表進(jìn)行實(shí)時(shí)展示。設(shè)備人員可以對(duì)設(shè)備專業(yè)、設(shè)備分類及生產(chǎn)影響等多維度進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì),通過設(shè)備故障編碼體系(故障模式、故障機(jī)理、故障原因及維修措施等)字段進(jìn)行分析。利用分析工具,對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行有效挖掘,形成各種故障分析報(bào)表和故障管理KPI指標(biāo),為管理人員提供第一手技術(shù)資料。
1.4 運(yùn)用現(xiàn)代化工具提升設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)分析水平
由于設(shè)備系統(tǒng)的復(fù)雜性和多樣性,設(shè)備故障種類各不相同,其表現(xiàn)形態(tài)和解決方法也是千變?nèi)f化。運(yùn)用信息化手段和現(xiàn)代分析工具將碎片信息加以整合,分析出設(shè)備故障的真正原因,形成靶心控制。其診斷分析指標(biāo)主要有:故障率、平均故障間隔時(shí)間MTBF及平均設(shè)備故障修復(fù)時(shí)間MTTR等指標(biāo),用于分析設(shè)備運(yùn)行、檢修過程中的瓶頸問題,找出故障原因、故障趨勢(shì)。從而為決策者制訂管理策略、維護(hù)措施提供基礎(chǔ)資料。
1.5 KPI指標(biāo)和表單化管理
通過業(yè)務(wù)調(diào)研,結(jié)合日常設(shè)備故障管理過程中使用的相關(guān)報(bào)表,提取出相關(guān)數(shù)據(jù)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)、分析、設(shè)計(jì)形成大型煉化企業(yè)設(shè)備故障管理KPI指標(biāo)和圖形報(bào)表。提高工作效率,節(jié)約維修成本。
表單化管理綜合展示主要有:故障設(shè)備專業(yè)統(tǒng)計(jì)圖表、故障設(shè)備分類(九大類)統(tǒng)計(jì)表和圖形、ABC分級(jí)故障統(tǒng)計(jì)表、故障生產(chǎn)影響范圍統(tǒng)計(jì)表/餅圖、裝置非計(jì)劃停車故障原因統(tǒng)計(jì)表/柱圖等。通過相關(guān)信息化功能、分析工具和故障策略數(shù)據(jù)庫,制定設(shè)備故障的檢維修策略,實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修。
2.1 設(shè)備故障管理流程和故障功能的確立
依據(jù)設(shè)備故障管理的整體業(yè)務(wù)范圍,設(shè)置了包括故障/隱患填報(bào)、故障/隱患確認(rèn)、故障轉(zhuǎn)隱患、故障/隱患處理(轉(zhuǎn))、故障/隱患處理完成(檢修完成)在內(nèi)的9項(xiàng)主要功能點(diǎn),同時(shí)也為未被劃定為故障和隱患的設(shè)備運(yùn)行異常情況或潛在不穩(wěn)定因素的直接消除提供了檢修填報(bào)功能。
2.2 設(shè)備故障標(biāo)準(zhǔn)化管理
由于設(shè)備系統(tǒng)的復(fù)雜多樣性,每天產(chǎn)生的故障種類各不相同,其表現(xiàn)形態(tài)和解決方法也千變?nèi)f化。首先需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。引進(jìn)、消化并吸收國外的標(biāo)準(zhǔn)化編碼體系,借鑒標(biāo)準(zhǔn)化體系結(jié)構(gòu),對(duì)相應(yīng)的故障編碼和設(shè)備特性參數(shù)進(jìn)行改進(jìn),形成自有的故障編碼體系。故障編碼的引入有效解決了故障分析統(tǒng)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié),形成了統(tǒng)一的故障代碼,為故障統(tǒng)計(jì)分析、查找與診斷奠定基礎(chǔ)。通過規(guī)范的故障分類和編碼規(guī)范,指導(dǎo)設(shè)備管理過程中出現(xiàn)的故障分類與處理過程中類別不清、編碼不統(tǒng)一的問題,為設(shè)備檢修維護(hù)策略的制定提供技術(shù)支持。
根據(jù)設(shè)備故障分類編碼體系的編碼原則,設(shè)計(jì)設(shè)備故障分類編碼體系包含的信息,包括:設(shè)備代碼、中國石油設(shè)備編碼、設(shè)備種類、故障模式代碼、故障模式、故障原因代碼、故障原因描述、故障部位代碼、故障部位、故障解決辦法代碼和故障解決辦法。單級(jí)泵故障模式為“振動(dòng)或異響或噪音”時(shí)的故障編碼實(shí)例見表1。
表1 設(shè)備故障編碼單級(jí)泵設(shè)備故障模式
2.3 設(shè)備故障管理關(guān)鍵指標(biāo)
設(shè)備故障關(guān)鍵性能指標(biāo)主要有:故障率、MTBF及MTTR等。這些指標(biāo)可以幫助管理者有效了解生產(chǎn)系統(tǒng)的瓶頸,得出產(chǎn)生瓶頸的原因和故障趨勢(shì),從而更好地制訂故障管理策略,改善維護(hù)措施,提高設(shè)備使用效率。
2.3.1 故障率
故障率指事故(故障)數(shù)與設(shè)備總數(shù)的百分比,是考核設(shè)備技術(shù)狀態(tài)、故障強(qiáng)度和維修質(zhì)量的指標(biāo)。故障率按裝置分類和時(shí)間兩個(gè)緯度在綜合界面展示。某時(shí)間段煉化企業(yè)裝置的分類統(tǒng)計(jì)故障率見表2。
表2 煉化企業(yè)按裝置分類統(tǒng)計(jì)設(shè)備故障率
2.3.2MTBF
MTBF指平均無故障時(shí)間,其值為設(shè)備運(yùn)行時(shí)間除以故障停機(jī)次數(shù)的商。用KPI確定和量化設(shè)備失效或設(shè)備非計(jì)劃停機(jī)的頻率和周期。根據(jù)設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài),增加針對(duì)性的預(yù)檢預(yù)修份額,以盡量少的投入獲得最大的維修效率[3]。該指標(biāo)為新建立或調(diào)整已有的預(yù)防性維修計(jì)劃提供重要參考。
MTBF一般應(yīng)用于較重要的設(shè)備。理想情況下,一臺(tái)設(shè)備從安裝運(yùn)行到現(xiàn)在的運(yùn)行歷史計(jì)算一個(gè)較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。但在實(shí)際中,無法完整地收集設(shè)備的歷史數(shù)據(jù),只能按某一段時(shí)間來計(jì)算MTBF。任何設(shè)備停機(jī)維修期間所發(fā)現(xiàn)的額外問題和失效都不包括在計(jì)算范圍內(nèi),但是從停機(jī)到開機(jī)后有失效發(fā)生,應(yīng)該考慮在計(jì)算范圍內(nèi)。
2.3.3MTTR
MTTR指某臺(tái)設(shè)備因故障而導(dǎo)致的失效的平均修復(fù)時(shí)間,MTTR=設(shè)備停機(jī)維修時(shí)間/故障停機(jī)次數(shù)。MTTR是KPI確定和量化設(shè)備失效或設(shè)備非計(jì)劃停機(jī)的平均修復(fù)時(shí)間,主要考察維修工作的效率。MTTR越小,說明維修時(shí)間短,故障處理能力越強(qiáng);MTTR越大,說明維修反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),故障處理能力減弱。
MTTR只用于重要的設(shè)備。MTTR降低時(shí)意味著員工效率的增加,維修能力增加。但是,當(dāng)進(jìn)行某個(gè)失效維修時(shí)花費(fèi)較多的時(shí)間進(jìn)行更全面的檢查,可能會(huì)使得MTTR增加,但也會(huì)使MTBF和設(shè)備可靠性有所提高[4]。
2.4 表單化管理
為提升設(shè)備故障管理模塊的統(tǒng)計(jì)分析功能,增加圖形展示功能,增加綜合展示區(qū)域,將設(shè)備故障按不同維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì),以直觀美觀的報(bào)表、圖形進(jìn)行綜合展示。圖2為某企業(yè)故障設(shè)備專業(yè)統(tǒng)計(jì)餅圖,表3為某時(shí)間段專業(yè)統(tǒng)計(jì)報(bào)表表示設(shè)備故障設(shè)備的占比。目的是從設(shè)備專業(yè)的角度分析設(shè)備故障所占的比率。
圖2 設(shè)故障設(shè)備專業(yè)統(tǒng)計(jì)餅圖
表3 故障設(shè)備專業(yè)統(tǒng)計(jì)
通過設(shè)備故障管理系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障管理技術(shù)檔案的信息化;通過優(yōu)化和統(tǒng)一設(shè)備故障管理流程,實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障相關(guān)分析指標(biāo)和圖形報(bào)表的有型化。從根本上提升了設(shè)備管理人員的設(shè)備故障診斷、統(tǒng)計(jì)與分析能力,為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)知維修奠定了基礎(chǔ)。
3.1 設(shè)備故障管理專業(yè)技術(shù)檔案信息化
通過設(shè)備故障管理模型的應(yīng)用,可以不斷地對(duì)設(shè)備故障數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總,實(shí)現(xiàn)故障管理相關(guān)專業(yè)技術(shù)數(shù)據(jù)和檔案的信息化。用戶可以通過多維度對(duì)設(shè)備故障信息進(jìn)行查詢與統(tǒng)計(jì)。
3.2 優(yōu)化設(shè)備故障管理流程改進(jìn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
優(yōu)化設(shè)備故障管理流程改進(jìn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),建立了統(tǒng)一的設(shè)備故障管理標(biāo)準(zhǔn)框架,實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障管理數(shù)據(jù)的融合[5]。結(jié)合本企業(yè)的設(shè)備故障管理模式,對(duì)故障管理流程信息進(jìn)行梳理、優(yōu)化并刪減流程節(jié)點(diǎn),建立設(shè)備故障管理流程。實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理人員從發(fā)現(xiàn)故障到檢修完成,只需在故障信息欄中進(jìn)行確認(rèn),其資料信息就能全部展現(xiàn)出來的目標(biāo)。如需檢修或轉(zhuǎn)隱患管理只需選擇轉(zhuǎn)化功能,就能完成故障數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化,減輕了設(shè)備管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。圖3為設(shè)備故障記錄優(yōu)化后的字段和字典。
圖3 設(shè)備故障優(yōu)化數(shù)據(jù)記錄
3.3 提取設(shè)備故障信息為決策者提供決策依據(jù)
系統(tǒng)每天自動(dòng)提取設(shè)備故障記錄數(shù)據(jù),對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)圖表也將變化展示。管理人員可以通過設(shè)備專業(yè)、設(shè)備分類及生產(chǎn)影響等多維度進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì);通過故障編碼體系(故障模式、故障機(jī)理、故障原因及維修措施等)字段進(jìn)行統(tǒng)計(jì),開展設(shè)備故障專業(yè)化診斷與分析研究工作,并為決策者提供可靠的決策依據(jù)。
圖4 總部平臺(tái)統(tǒng)計(jì)分析界面
圖4為按設(shè)備專業(yè)、裝置分類和故障類型3個(gè)維度,對(duì)所有故障記錄進(jìn)行近12個(gè)月的故障發(fā)生趨勢(shì)做出對(duì)比統(tǒng)計(jì),明顯標(biāo)識(shí)出設(shè)備故障在不同維度下發(fā)生的頻率,按月度、設(shè)備專業(yè)兩個(gè)維度進(jìn)行對(duì)比展示的統(tǒng)計(jì)分析環(huán)狀圖,標(biāo)識(shí)出不同月份的設(shè)備故障發(fā)生頻率,以及不同專業(yè)設(shè)備故障發(fā)生的分布比例等。
3.4 為設(shè)備管理長(zhǎng)周期運(yùn)行提供技術(shù)支持
目前,大型煉化企業(yè)面對(duì)多方競(jìng)爭(zhēng),利潤(rùn)空間越來越小,減少設(shè)備故障率,提高設(shè)備維修水平,降低維修成本,減少非計(jì)劃停車,找到設(shè)備管理的短板是企業(yè)獲取效益的主要途徑。運(yùn)用設(shè)備故障管理系統(tǒng)能夠統(tǒng)計(jì)出非計(jì)劃停車設(shè)備故障所占的比重,通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,為設(shè)備管理人員“問題思維”、“缺陷管理”、“持續(xù)改進(jìn)”提供技術(shù)支持。
表4為某煉化企業(yè)裝置3年共發(fā)生非計(jì)劃停工的統(tǒng)計(jì)表。
表4 按照設(shè)備類別統(tǒng)計(jì)裝置非計(jì)劃停車
3.5 實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障案例共享
對(duì)設(shè)備故障類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析找出故障產(chǎn)生的根本原因,再通過設(shè)備原理找出降低故障的方法。將故障模式、故障原因、故障機(jī)理和防護(hù)措施方式輸入到故障管理案例庫,通過積累,隨時(shí)調(diào)取故障案例找到這一類故障的原因、維修方法等,為診斷故障提供資料,縮短維修時(shí)間[6]。大型煉化企業(yè)每天會(huì)產(chǎn)生很多的設(shè)備故障,需要維修人員進(jìn)行維修,將處理經(jīng)驗(yàn)積累下來,形成寶貴的維修知識(shí)庫,對(duì)企業(yè)維修處理效率的改善和KPI數(shù)據(jù)分析是非常有意義的。同時(shí),也可為其他企業(yè)出現(xiàn)類似問題找到快速有效的解決問題方法提供借鑒。
設(shè)備故障管理系統(tǒng)運(yùn)用信息化手段以分析故障為基礎(chǔ),基于RCM的設(shè)備故障管理模型,從分析整理故障基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和檢維俢歷史數(shù)據(jù)從中找出規(guī)律,利用各類可靠性數(shù)據(jù)趨勢(shì)進(jìn)行故障分析統(tǒng)計(jì),指導(dǎo)設(shè)備人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)管理,減少非計(jì)劃停工,延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命,增加有效生產(chǎn)時(shí)間,減少維修費(fèi)用,提高工作效率,保障了煉化裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。
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ResearchonManagementSystemforEquipmentFailuresinLarge-scaleRefineryEnterprise
WANG Shan-wei
(CNPCLanzhouPetrochemicalInstitute)
To reduce the loss from unplanned suspension incurred by equipment failure and to improve the economic benefit in refinery enterprises, having means of informatization adopted to analyze failure mechanism of the equipment, fault causes and patterns and solutions to them was implemented, including having advanced technology standards introduced into the enterprise to optimize the fault management mode, to reduce the equipment maintenance cost and to bring fault diagnosis, analysis, processing and recording into a standard system so as to realize the whole process management of the equipment.
management system for equipment failures, refinery facility, statistical and analytical methods for equipment failures, failure coding system
TH865
A
1000-3932(2017)09-0890-05
2017-07-05,
2017-07-31)
王善偉(1965-),工程師,從事煉化設(shè)備的管理工作,wangshanwei@126.com.cn。