機械完整性在化工企業設備管理的應用

李軍紅

（杜邦中國集團有限公司上海分公司，上海201203）

機械完整性是指對涉及到危險化學品或有毒化學品的工藝、儲存設備，得到必要的、充分的、安全的維護和維修，從而將釋放這些化學物質可能造成的危險后果的風險降到最低。

為了確保設備安全操作和設備可靠運行符合相應的標準，生產工廠必須有有效的系統在設備生命周期管理其機械完整性，從設計、建設、安裝，貫穿整個服役周期（操作、維護、修理、改造和完整性評估等）直到報廢[1]。切實可行的機械完整性管理系統可以利用檢查（完整性評估）和其他優化資源，采取技術改進措施和規范設備管理相結合的方式保證整個化工裝置關鍵安全設備運行狀態的完好性，達到減少工廠生產的停車，實現生產裝置的安全平穩和長周期運行。

1 基礎數據收集與優化策略

機械完整性是源自美國勞工部職業安全與健康管理局的法規，按照要求適用于以下設備：壓力容器和儲罐，管道系統（包括管道附件如閥門），泄放和排放裝置，緊急切斷系統，控制系統（包括監測裝置和傳感器、報警和聯鎖），轉動設備（泵、壓縮機、鼓風機），消防設備和通風系統。

在實施機械完整性項目初期，最重要的是識別出來生產工藝中的關鍵安全設備，這些關鍵安全設備是進行儲藏和處理危險化學物料，對于工藝安全管理、環境保護或對生產成本起著至關重要的設備。在決定哪些設備是否應該包含在關鍵設備清單時，通常考慮4個方面：

1)儲藏危險化學品的設備；

2)防止危險化學品泄漏的設備；

3)減輕危險化學品泄漏程度的設備；

4)對儲存、防止或者減輕危險化學品起輔助作用的設備。

以上4點最核心的判定標準也是基于化工生產安全管理、員工職業安全與健康管理和環境保護的政策要求上提出的優化策略。除此之外，參與機械完整性項目的團隊成員組成也至關重要，需要有專業的機械完整性工程師、工藝工程師、安全工程師、可靠性工程師、工藝安全管理工程師以及質量工程師等，跨專業的工程師團隊對于初期關鍵安全設備的篩選以及后期制定經驗測試預防性維護程序的制定提供更為全面的支持，而來自于工廠經理或者裝置經理的支持同樣對機械完整性項目的成功會提供更為持續的保障。

在完成工廠的關鍵安全設備后，需要將列入其中的設備分類進行基礎數據的收集。基礎數據包含設備的設計壓力、溫度、材料、壁厚和容積等。這些參數可以從供應商或制造商提供的圖紙上查閱。從工藝流程圖和設計文件中調取工藝數據，如物料組分、操作溫度和操作壓力等數據。由于機械完整性涉及保護裝置，可以查閱安全保護裝置的設置及維護等安全信息，以及從工廠的數據庫查閱有關壓力容器和壓力管道的歷次檢驗數據。此外，收集基礎數據必須查閱識別的關鍵安全設備的工藝安全管理和裝置工藝改造的歷史數據，避免僅根據原始資料的信息而未能從裝置改造數據得到最新的設備信息。機械完整性工程師將匯總的設備信息按照數據標準與規范進行整理后導入Maximo或SAP系統中。

2 設備檢驗、測試和預防性維護

一旦機械完整性覆蓋的范圍確定，將主要集中在完善和執行檢查、測試和預防性維護項目。預防性維護包括所有主動性維修任務預防或預測機械完整性項目覆蓋的設備的失效，檢驗、測試和預防性維護，目的是識別和執行維修活動確保設備的完整性。這樣做有機會減免故障維修而轉向更主動地維護設備的完整性。為此，檢驗、測試和預防性維護的完善和實施包括計劃、執行和監控2個階段。

1)檢驗、測試和預防性維護任務計劃。這個階段的活動包括識別和歸檔所需檢驗、測試和預防性維護任務確定執行這些任務的頻率。接下來這些任務轉化為計劃。此時的計劃應該是以保證設備的可靠性和安全性以及工廠運營成本的經濟性為基礎。充分考慮到4個方面制定計劃：

①為什么要檢驗該設備？需要檢查和測試哪一種類型的缺陷？

②從設備的哪些部件檢查設備缺陷？已有的檢驗手段是否可以查找到缺陷位置？

③怎樣能發現缺陷的最佳技術？怎么測量破壞形式如壁厚減薄、裂紋等？

④什么時候是最佳的檢驗時間？

2)檢驗、測試和預防性維護任務執行和監控。讓有資質的人員根據計劃表執行這些任務的計劃。為了達到此目的，檢驗、測試和預防性維護項目需要監測進度表，任務結果及整個項目實施的效果。

為了實施檢驗、測試和預防性維護項目，所有相關部門人員要檢查識別和歸檔檢驗、測試和預防性維護任務并為重復發生的任務制定計劃表。參考重復任務的一覽表和檢驗、測試和預防性維護項目相應的計劃表，計劃的主要因素包括：

①包含機械完整性覆蓋范圍內所有設備重復的檢驗、測試和預防性維護任務；

②定義每個檢驗、測試和預防性維護任務的基礎和相應的時間間隔；

③提供相應的程序和其他必要的參考（如原始設備制造商的手冊）；

④為每個檢驗、測試和預防性維護項目定義各自的驗收標準。

工廠決定最合適的格式來搜集和歸類結果。根據工廠的檔案保管要求，每個在機械完整性程序過程中的檢查和測試應形成書面紀錄，并保持至少3年。關于管道系統，壓力容器，儲罐和其他管道系統部件的檢查記錄應以持續進行，在整個設備生命周期過程中予以保管。

在識別機械完整性項目過程中，工廠對檢驗、測試和預防性維護注重落實。機泵P3005入口過濾器的缺失造成金屬異物進入泵體，在隨著葉輪轉動過程中，進而引起軸頭斷裂和葉輪葉片損壞（見圖1），對工藝生產造成停工。為此，團隊識別其設備和工藝的重要性，將該泵作為生產關鍵安全設備，在進口管線增加進口過濾器，并在維護項目中增加每半年拆卸過濾器，檢查過濾器是否有堵塞或破損，維修工單完成后由機械完整性工程師全部檢查。

檢驗、測試和預防性維護是動態持續改進的過程。按照普遍認可的良好的工程實踐編制的檢驗、測試和預防性維護程序既需要符合制造商的建議和良好的工程實踐經驗，必要時也需要根據生產運營經驗增加檢驗和測試的頻率。

某公司制定了新的涂料生產車間的粉塵防爆的標準，并且在中國等地區大力推行粉塵爆炸知識的宣講。機械完整性團隊理論聯系實際，開始關注涂料生產車間的粉塵安全隱患，除塵區域內的關鍵安全設備的識別和實施預防措施。首先要求車間嚴格控制潛在點火能量，包括日常的生產工藝操作和維修作業，降低一次爆炸的可能性。其次加強車間粉塵堆積的管理，盡可能避免粉塵二次爆炸的風險。根據機械完整性團隊對于涂料生產車間的安全評估，測量到車間的粉塵累計厚度已達8mm（見圖2），車間需要停工后先進行切斷電源再人工清掃和吸塵，徹底清除各設備上和車間桁架的粉塵。整個高空清掃工作完成后，收集的可爆炸性粉塵重量累計710 kg。

圖1 葉輪葉片斷裂Fig 1 Fracture of impeller and blade

為了防止靜電積聚引起火花，機械完整性團隊考慮到潛在的粉塵爆炸風險，在所有輸送爆炸性粉塵的設備和管道間增加跨接線，并在檢驗、測試和預防性維護增加了檢查跨接線是否完好、萬用表檢查跨接線的電阻須小于10Ω的內容（見圖3）。檢查和測試周期在Maximo設定為季度工單。

在進行溶劑系統設備的檢驗、測試和預防性維護審核時，發現由于工廠溶劑輸送管道系統墊片選用錯誤，所有的墊片均為乙丙橡膠墊片，而按照規范正己烷溶劑屬于易燃化學品，管道墊片應該采用金屬石墨纏繞墊片（見圖4）。某公司機械完整性團隊立即將這一情況與工廠經理進行反映，并制定施工作業安全評估，對該系統墊片進行升級更換。

3 員工培訓和質量保證

員工培訓是一個有效機械完整性的重要因素。合適的培訓確保實施機械完整性任務的員工有能力完成自己在整個體系中的職責，正確始終如一的執行機械完整性任務如減少人為失誤的機會。減少人為失誤可以極大減少整個設備失效率[2]。

要評估當前人員和新員工與需工作要求的知識結構，知道差距在哪里以便工廠提供培訓或借助于外部幫助使員工得到更進一步的培訓和資質要求。除了工廠提供的培訓，還應該參加政府部門安排的培訓和考試，取得法規要求的資質培訓。

質量保證涵蓋了設備設計、制造、安裝和維修等各個階段，是機械完整性項目的重要保障。

在設備制造過程中，工廠需要確認制造商有適當的質量保證體系，并且派人參與監督設備的關鍵制造步驟和環節。任何對于設備設計參數的改變，需要經過機械完整性項目相關的工程師審查，并且需要遵照變更管理程序。

建設和安裝必須安排合格的有資質的人員如焊接作業人員。安裝說明書對安裝人員有很重要的指導作用。竣工安裝的檢查和測試必須進行的特別測試包括壓力設備的水壓試驗、儀表的聯鎖調試。規范的作業程序或檢查表有助于執行的一致性和質量檢測。設備試車運行安全檢查是識別質保的最終機會，在此期間，可以比較安裝的設備和設計文件，確認項目具體的安裝要求。工廠應該記錄設計與安裝的差異，評估差異是否可以允許，在設備投用前進行必要的改進措施，歸檔記錄并關閉所有識別的項目。

備品備件管理必須建立機械完整性設備中影響工藝安全的關鍵零備件的清單，并列出其技術參數等信息。嚴格控制備品備件的采購、驗收、保管和使用，防止錯誤使用。使用不同于原始部件的替代需要按照進行變更管理程序[3]。

4 結論

開展機械完整性項目可改變化工企業原設備管理的盲目、保守、過修、失修和浪費，增強設備檢修治理的科學性，設備管理體系的規劃與作業執行考慮其風險等級，將檢驗測試和預防性維護資源從低風險的設備注意到高風險的設備上，提高對設備的監測技術水平。有針對性地實施檢查測試和預測性維護的設備管理策略，節約大量的人力、物力和財力，降低維修成本，增加工廠運行效益，并將提高化工廠的安全經濟運行和現代化管理水平。

圖2 桁架工字梁粉塵清理前后對比Fig 2 Contrastof truss h-beam before and after dust cleaning

圖3 防止靜電-跨接線Fig 3 Static electricity prevention-jumperwire

圖4 改造前的乙丙橡膠墊片和改造后的金屬石墨纏繞墊片Fig 4 Ethylene propylene rubber gasketbeforemodification andmetal graphite spiralwound gaskets aftermodification

[1]王剛強,陳江.石油化工企業靜設備完整性管理技術研究[J].現代化工,2014,34(6):10-12.

[2]袁樹平.淺析機械設備完整性管理是企業安全的重要保障[J].科技資訊,2013(23):157-158.

[3]李軍紅.新技術在設備維護管理中的應用[J].中國設備工程,2013(2):40-41.