機械狀態監測和故障診斷的RCM技術研究

王佳佳，張團結，張志敏

（渤海裝備石油機械廠 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備預防性維修需求而通用的以可靠性為中心的維修技術，RCM 技術是一種對維修制度進行優化的系統工程。該技術利用設備的可靠性狀態，運用邏輯分析法對維修的內容、類型以及間隔期等加以確定，從而用最少的維修資源消耗，達到對設備故障進行有效檢修的目的，可以使企業的經濟效益得到進一步提高。

1 基于狀態監測和故障診斷的RCM 技術

伴隨設備發展而產生的狀態采集與分析技術是一種對故障發展趨勢進行預測的技術，主要是通過將設備運行狀態數據采集后，再利用相關軟件，對設備運行狀態是否存在故障隱患加以判斷，根據相關采集數據，為設備維修決策提供有效依據［1］。對正在運行的設備變化進行定期檢測即為設備狀態監測，通過對設備運行狀況的實時監測，有效防止故障突發狀況，充分掌控設備風險產生原因和風險等級，并依據風險等級安排維修計劃，以確保設備能夠正常工作。在判斷與識別的階段所產生的故障診斷技術，設備狀態監測的數據及資料，都應當成為設備技術診斷的基礎。RMC 是分析風險的方法，狀態監測是獲取機組運行狀況的一種手段，二者在制定維修策略中均起著基礎性作用，共同服務于最終檢修策略。結合RMC 分析及狀態監測，一方面是為了預防維修和預知維修；另一方面是為了主動維修而使得設備故障得到徹底根除。

2 RCM 與離線狀態監測的融合

本文以某石化工程120 萬t 加氫裝置壓縮機為例，研究其機械離線狀態監測及故障診斷的RCM 技術，從而指導往復式壓縮機運行維護及日常保養。

2.1 故障形式

該壓縮機選用兩臺往復式壓縮機，由同步電機驅動，反應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 對該石油加氫往復式壓縮機的電機、曲軸、氣閥、缸套以及十字頭等幾個關鍵部位分析可知，其關鍵部位的故障形式主要包括幾種：1）活塞、缸套以及氣閥出現磨損；2）十字頭出現了松動；3）曲軸和電機出現機械松動；4）電機轉子出現不平衡；5）電機軸出現竄動以及機組對中不良等現象；6）氣缸出現破裂以及密封產生泄漏等［2］。利用RCM 軟件分析這些失效模式所產生的影響，對失效后果引起的生產效益、成本損失等進行評價，再結合失效后的維修成本來確定相應的維修策略。利用離線狀態監測系統，對往復式壓縮機失效狀態的監測，確定可能的失效模式，并將其向RCM小組反饋，然后經RCM 分析得出最終的失效等級及相應的維修策略。

2.2 RCM 與離線狀態監測的具體融合

分成4 個步驟：1）利用柴油加氫裝置分析并總結歷年來往復式壓縮機的檢修維修記錄以及故障診斷專家所診斷出的故障結果等，對往復式壓縮機的電機、十字頭、缸套以及曲軸軸承等關鍵部件的失效模式加以確定；2）利用RCM 分析煤種失效模式，對其產生故障的原因、風險等級和維修策略進行分析探討，并將其錄入Excel 文件內［3］；3）將“RCM 決策”及“RCM 決策庫”加入故障診斷專家程序內，利用編程，將錄入的Excel 文件內容向“RCM決策庫”內導入，然后將其在故障診斷專業系統內以數據庫的形式進行存儲；4）在采集往復式壓縮機的振動數據后，通過對RCM 決策系統的診斷故障及往復式壓縮機故障診斷的應用，最終得到往復式壓縮機診斷的結果。而對應的風險等級、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 的調用

通常情況下，該石化公司的120 萬t 柴油加氫裝置往復式壓縮機利用C++Builder 來開發故障診斷專家系統，當將RCM 軟件與故障診斷專家系統進行融合時，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。C++Builder 對Excel 的調用一般有利用QLE 技術和利用ODBC 數據庫技術兩種方法，前者采用的QLE 技術，指的是對象的連接和嵌入，它在創建符合文檔時，采用一種源于不同應用程序信息的方法，該方法比較簡便，且具有普遍的應用范圍。第一，利用故障診斷專家系統，對設備關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險等級，并以風險等級的高低確定相應的維護策略，并將得到的診斷結果和維護策略錄入Excel 表格內。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，然后從故障專家系統中借助QLE 技術對記錄好的Excel 表格進行調用。查詢RCM 決策，便能得出失效模式、風險等級以及維修策略等在不同測點的表現形式［4］。

3 基于狀態監測和故障診斷的RCM 技術

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

3.1 狀態監測

利用傳感器以及計算機信息技術監測檢查運轉中的設備整體或者零部件，這種技術即為狀態監測。其主要目的是判斷該石油加氫裝置往復式壓縮機設備是否正常運轉，是否出現異常或者不良征兆，或者追蹤及預測其異常狀況，對其磨損程度進行確定。從而有效掌控設備發生故障之前的信息，方便在事發前采取有效的措施對故障進行預防，進而達到降低停機損失與維修費用的目的。通常通過采集設備各種運行狀態參數數據的方法來實現狀態監測，而監測測點則一般在設備核心部位、發生故障比較頻繁的部位、以及故障產生對設備造成嚴重影響的部位等。狀態監測參數則主要為振動信號，輔助參數包括介質的流量、壓力、溫度，以及電動機的電流和電壓等。

3.2 故障診斷

其目的主要包括探察隱患、對故障根源進行定位，從而有效分析癥狀信息，進而對影響生產的故障原因加以確定，以便能徹底消除故障。當采集設備的實時振動數據后，采取專家系統來實現設備的故障診斷，即將各個領域內的專家故障診斷知識在知識庫內儲存，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。并且該專家系統可以不斷吸收故障實例，使準確率得以持續提高。

3.3 RCM 決策

基于狀態監測和故障診斷的RCM 技術核心關鍵是如何利用狀態監測和故障診斷所確定的設備作為依據對設備進行RCM 決策，其具體流程包括分析故障模式與故障原因、評價故障風險等級、邏輯決斷和確定維修策略四部分。與傳統RCM 技術相比，基于狀態監測和故障診斷的RCM 技術具有多方面的優點。首先，其日常維護及預知維修管理均具有基于狀態監測的實時數據；其次，RCM決策、故障診斷與狀態監測構成一個統一的動態系統，其中狀態監測和故障診斷將實時信息提供給維修決策，而維修決策則對兩者又具有指導作用。因而，基于狀態監測和故障診斷的RCM 技術具有實時性和動態性。

3.4 具體應用分析

由于往復式壓縮機的結構比較復雜，且功率和壓力較大、轉速和流量較大，并具有繁多的監控儀表，因而對運行和檢修具有很高的要求，而一旦其在設計制造、安裝運行或者檢修過程中出現問題，均會使設備產生故障，嚴重時甚至會帶來人員傷亡。對該石化廠的柴油重整加氫裝置大型往復壓縮機的電動機、氣閥、缸套、十字頭、活塞等關鍵部位的測點進行振動數據采集，并對壓縮機的速度、流量、溫度和壓力等參數進行記錄。然后運用專家系統將采集到的數據加以分析處理，利用相應的RCM 技術對設備故障進行診斷，獲得故障診斷報告，從而得出壓縮機關鍵部位的故障模式、風險評價以及做出最終維修決策。

4 結語

利用故障診斷技術和RCM 技術對往復壓縮機進行現狀分析，將RCM 決策功能融入故障診斷專家系統，形成基于狀態監測和故障診斷的RCM 技術，在得到故障診斷報告的同時，還能獲得包括失效原因、風險等級以及維修決策在內的RCM 決策，從而將故障診斷與RCM 技術有效地結合在一起，在很大程度上提高了往復式壓縮機故障檢修效率和企業經濟效益。

［1］黃君玲，張來斌，段禮祥，等.基于狀態監測和故障診斷的RCM技術［J］.石油機械，2011，39（4）：60-63.

［2］馮廷敏.基于狀態監測的以可靠性為中心的智能維修系統［D］.北京：北京化工大學，2008.

［3］王青華.機組狀態遠程監測虛擬儀器及發電設備狀態檢修技術研究［D］.南京：東南大學，2004.

［4］呂家將.基于RCM 分析的電廠風機狀態檢修系統研究［D］.武漢：武漢大學，2005.

［5］李莉.CFB 鍋爐性能與狀態監測的研究［D］.南京：東南大學，2003.