大型煉化企業設備故障管理系統的研究

王善偉

(中國石油蘭州石油化工公司研究院)

大型煉化企業設備故障管理系統的研究

王善偉

(中國石油蘭州石油化工公司研究院)

為了減少煉化企業設備故障造成的非計劃停車損失并提高經濟效益，運用信息化手段，對設備的故障機理、原因、模式和解決故障的具體措施進行深入研究，引入先進的技術標準，優化設備故障管理模式、降低設備維護檢修費用，使設備故障診斷、分析、處理和記錄成為一個標準體系，實現了設備的全過程管理。

設備故障管理系統 煉化設備 設備故障統計分析方法 設備故障編碼體系

由于大型煉化企業自身的特點，設備多處于高溫、高壓且易腐蝕的工作環境，容易發生設備故障[1,2]。煉化設備的故障率直接影響著煉化企業的長周期安全生產。據統計，2014年某煉化企業因設備故障造成非計劃停車32次，其中電氣故障3次(占10%)、工藝原因3次(占9%)、機械故障24次(占75%)、其他故障兩次(占6%)，造成經濟損失達上百億元。多年來，設備故障管理一直是大型煉化企業設備管理的難點，是困擾企業安全生產的大問題，因此開展設備故障管理的研究意義重大。

為減少設備故障的發生，實現生產設備的安全和長周期運行是企業追求的目標，因此優化設備故障管理非常重要。以故障為核心的設備故障管理體系結合了現代設備管理的理念和信息化技術，促進了設備管理的五大轉變：從傳統習慣向規范化轉變，從粗放管理向標準化管理轉變，從故障分析向預知維修轉變，從事后維修向日常保健轉變，從故障隱患治理向本質安全轉變，并將故障管理貫穿到防腐蝕、大機組運行、靜密封管理、公用工程及檢維修質量控制等重點工作中，促進設備管理向精細化轉變。為大數據分析診斷，全方位、多手段設備故障預知研判打下基礎。

設備故障管理系統研究是通過信息化手段和現有設備管理現狀，結合設備運行歷史記錄，對設備可能要發生的或已經發生的故障進行統計、分析、判斷、處理和記錄，通過設備故障標準體系編碼等輔助工具，有效地對現有設備故障進行分析判斷，找出產生故障的內在規律，提高故障預測、監控和處理能力，實現煉化企業設備的“零故障”運行。設備故障管理系統的研究分為兩部分：完成設備故障管理系統的功能部署，實現設備故障記錄和檢修記錄功能的廣泛應用；建立并優化以設備故障為核心的業務流程，引進和轉化國外先進的標準化編碼體系，形成本行業自有的設備故障編碼體系。針對設備故障記錄、隱患記錄及檢修記錄等功能簡化填報頁面，統一業務流程，優化相關功能的字段、字典和展示效果，增強查詢和統計功能，形成標準的統計報表。

多年來，筆者致力于設備故障管理的研究，采用信息化手段，對故障機理、原因、模式和故障解決措施進行了深入研究，引入先進的技術標準，使設備故障統計、分析、處理和記錄形成一個標準體系。筆者在研究大型煉化企業設備運行狀況、故障特性和故障管理關鍵績效指標(Key Performance Indicator，KPI)的基礎上，建立了一套完整的設備故障統計分析方法，降低了設備維護檢修費用，優化設備故障管理模式，實現設備的全過程管理。

1 以設備故障管理為核心的技術創新

1.1 優化與統一流程

筆者設計、開發測試和統一實施形成了設備故障管理系統(圖1)，系統覆蓋了由發現至消除的設備運行異常情況以及潛在不穩定因素的整個管理過程。通過信息系統優化、統一故障管理流程，提升了工作效率。

圖1 設備故障管理流程

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的設備故障編碼體系，并開展本土化研究，運用標準對設備故障案例進行標準化故障分類和編碼規范，分析研究故障模式、機理、原因以及內在規律和外部影響，形成結構化故障案例數據庫。方便技術人員對各類故障進行查找，并對相關問題開展分析研究。

1.3 實現故障數據的統一管理、查詢和共享

系統每天自動提取數據，對故障數據進行統一管理、查詢和共享。通過相應的統計圖表進行實時展示。設備人員可以對設備專業、設備分類及生產影響等多維度進行查詢和統計，通過設備故障編碼體系(故障模式、故障機理、故障原因及維修措施等)字段進行分析。利用分析工具，對故障數據進行有效挖掘，形成各種故障分析報表和故障管理KPI指標，為管理人員提供第一手技術資料。

1.4 運用現代化工具提升設備故障統計分析水平

由于設備系統的復雜性和多樣性，設備故障種類各不相同，其表現形態和解決方法也是千變萬化。運用信息化手段和現代分析工具將碎片信息加以整合，分析出設備故障的真正原因，形成靶心控制。其診斷分析指標主要有：故障率、平均故障間隔時間MTBF及平均設備故障修復時間MTTR等指標，用于分析設備運行、檢修過程中的瓶頸問題，找出故障原因、故障趨勢。從而為決策者制訂管理策略、維護措施提供基礎資料。

1.5 KPI指標和表單化管理

通過業務調研，結合日常設備故障管理過程中使用的相關報表，提取出相關數據。經統計、分析、設計形成大型煉化企業設備故障管理KPI指標和圖形報表。提高工作效率，節約維修成本。

表單化管理綜合展示主要有：故障設備專業統計圖表、故障設備分類(九大類)統計表和圖形、ABC分級故障統計表、故障生產影響范圍統計表/餅圖、裝置非計劃停車故障原因統計表/柱圖等。通過相關信息化功能、分析工具和故障策略數據庫，制定設備故障的檢維修策略，實現預知維修。

2 實現方法

2.1 設備故障管理流程和故障功能的確立

依據設備故障管理的整體業務范圍，設置了包括故障/隱患填報、故障/隱患確認、故障轉隱患、故障/隱患處理(轉)、故障/隱患處理完成(檢修完成)在內的9項主要功能點，同時也為未被劃定為故障和隱患的設備運行異常情況或潛在不穩定因素的直接消除提供了檢修填報功能。

2.2 設備故障標準化管理

由于設備系統的復雜多樣性，每天產生的故障種類各不相同，其表現形態和解決方法也千變萬化。首先需要進行標準化。引進、消化并吸收國外的標準化編碼體系，借鑒標準化體系結構，對相應的故障編碼和設備特性參數進行改進，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計的薄弱環節，形成了統一的故障代碼，為故障統計分析、查找與診斷奠定基礎。通過規范的故障分類和編碼規范，指導設備管理過程中出現的故障分類與處理過程中類別不清、編碼不統一的問題,為設備檢修維護策略的制定提供技術支持。

根據設備故障分類編碼體系的編碼原則，設計設備故障分類編碼體系包含的信息，包括：設備代碼、中國石油設備編碼、設備種類、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。單級泵故障模式為“振動或異響或噪音”時的故障編碼實例見表1。

表1 設備故障編碼單級泵設備故障模式

2.3 設備故障管理關鍵指標

設備故障關鍵性能指標主要有：故障率、MTBF及MTTR等。這些指標可以幫助管理者有效了解生產系統的瓶頸，得出產生瓶頸的原因和故障趨勢，從而更好地制訂故障管理策略，改善維護措施，提高設備使用效率。

2.3.1 故障率

故障率指事故(故障)數與設備總數的百分比，是考核設備技術狀態、故障強度和維修質量的指標。故障率按裝置分類和時間兩個緯度在綜合界面展示。某時間段煉化企業裝置的分類統計故障率見表2。

表2 煉化企業按裝置分類統計設備故障率

2.3.2MTBF

MTBF指平均無故障時間，其值為設備運行時間除以故障停機次數的商。用KPI確定和量化設備失效或設備非計劃停機的頻率和周期。根據設備實時狀態，增加針對性的預檢預修份額，以盡量少的投入獲得最大的維修效率[3]。該指標為新建立或調整已有的預防性維修計劃提供重要參考。

MTBF一般應用于較重要的設備。理想情況下，一臺設備從安裝運行到現在的運行歷史計算一個較準確的數據。但在實際中，無法完整地收集設備的歷史數據，只能按某一段時間來計算MTBF。任何設備停機維修期間所發現的額外問題和失效都不包括在計算范圍內，但是從停機到開機后有失效發生，應該考慮在計算范圍內。

2.3.3MTTR

MTTR指某臺設備因故障而導致的失效的平均修復時間，MTTR=設備停機維修時間/故障停機次數。MTTR是KPI確定和量化設備失效或設備非計劃停機的平均修復時間，主要考察維修工作的效率。MTTR越小，說明維修時間短，故障處理能力越強；MTTR越大，說明維修反應時間長，故障處理能力減弱。

MTTR只用于重要的設備。MTTR降低時意味著員工效率的增加，維修能力增加。但是，當進行某個失效維修時花費較多的時間進行更全面的檢查，可能會使得MTTR增加，但也會使MTBF和設備可靠性有所提高[4]。

2.4 表單化管理

為提升設備故障管理模塊的統計分析功能，增加圖形展示功能，增加綜合展示區域，將設備故障按不同維度進行統計，以直觀美觀的報表、圖形進行綜合展示。圖2為某企業故障設備專業統計餅圖，表3為某時間段專業統計報表表示設備故障設備的占比。目的是從設備專業的角度分析設備故障所占的比率。

圖2 設故障設備專業統計餅圖

表3 故障設備專業統計

3 設備故障管理系統的應用

通過設備故障管理系統的建設與應用，實現了設備故障管理技術檔案的信息化；通過優化和統一設備故障管理流程，實現了設備故障相關分析指標和圖形報表的有型化。從根本上提升了設備管理人員的設備故障診斷、統計與分析能力，為實現設備的預知維修奠定了基礎。

3.1 設備故障管理專業技術檔案信息化

通過設備故障管理模型的應用，可以不斷地對設備故障數據進行匯總，實現故障管理相關專業技術數據和檔案的信息化。用戶可以通過多維度對設備故障信息進行查詢與統計。

3.2 優化設備故障管理流程改進數據結構

優化設備故障管理流程改進數據結構，建立了統一的設備故障管理標準框架，實現了設備故障管理數據的融合[5]。結合本企業的設備故障管理模式，對故障管理流程信息進行梳理、優化并刪減流程節點，建立設備故障管理流程。實現設備管理人員從發現故障到檢修完成，只需在故障信息欄中進行確認，其資料信息就能全部展現出來的目標。如需檢修或轉隱患管理只需選擇轉化功能，就能完成故障數據的轉化，減輕了設備管理人員的勞動強度。圖3為設備故障記錄優化后的字段和字典。

圖3 設備故障優化數據記錄

3.3 提取設備故障信息為決策者提供決策依據

系統每天自動提取設備故障記錄數據，對應的統計圖表也將變化展示。管理人員可以通過設備專業、設備分類及生產影響等多維度進行查詢和統計；通過故障編碼體系(故障模式、故障機理、故障原因及維修措施等)字段進行統計，開展設備故障專業化診斷與分析研究工作，并為決策者提供可靠的決策依據。

圖4 總部平臺統計分析界面

圖4為按設備專業、裝置分類和故障類型3個維度，對所有故障記錄進行近12個月的故障發生趨勢做出對比統計，明顯標識出設備故障在不同維度下發生的頻率，按月度、設備專業兩個維度進行對比展示的統計分析環狀圖，標識出不同月份的設備故障發生頻率，以及不同專業設備故障發生的分布比例等。

3.4 為設備管理長周期運行提供技術支持

目前，大型煉化企業面對多方競爭，利潤空間越來越小，減少設備故障率，提高設備維修水平，降低維修成本，減少非計劃停車，找到設備管理的短板是企業獲取效益的主要途徑。運用設備故障管理系統能夠統計出非計劃停車設備故障所占的比重，通過數據統計分析，為設備管理人員“問題思維”、“缺陷管理”、“持續改進”提供技術支持。

表4為某煉化企業裝置3年共發生非計劃停工的統計表。

表4 按照設備類別統計裝置非計劃停車

3.5 實現設備故障案例共享

對設備故障類型進行統計分析找出故障產生的根本原因，再通過設備原理找出降低故障的方法。將故障模式、故障原因、故障機理和防護措施方式輸入到故障管理案例庫，通過積累，隨時調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，縮短維修時間[6]。大型煉化企業每天會產生很多的設備故障，需要維修人員進行維修，將處理經驗積累下來，形成寶貴的維修知識庫，對企業維修處理效率的改善和KPI數據分析是非常有意義的。同時，也可為其他企業出現類似問題找到快速有效的解決問題方法提供借鑒。

4 結束語

設備故障管理系統運用信息化手段以分析故障為基礎，基于RCM的設備故障管理模型，從分析整理故障基礎數據和檢維俢歷史數據從中找出規律，利用各類可靠性數據趨勢進行故障分析統計，指導設備人員對設備進行科學管理，減少非計劃停工，延長設備的使用壽命，增加有效生產時間，減少維修費用，提高工作效率，保障了煉化裝置的長周期運行。

[1] 薩其日拉.基于MFSVD的滾動軸承振動信號故障特征提取方法研究[J].石油化工自動化,2017，53(3):31～36.

[2] 高寶元.外輸泵機組在線監測故障智能診斷系統研究應用[J].石油化工自動化,2017，53(3):37～40.

[3] 肖莉,楊傳書,費海濤,等.關于石油工程信息化需求與建設策略的思考[J].石油鉆探技術,2011,39(3):81～85.

[4] 胡泊.煉化企業信息化戰略與規劃分析[J].煉油與化工,2016,27(3):1～3.

[5] 王慧平.企業信息化建立對石油企業生產經營管理作用研究[J].中國電子商務,2013,(3):59～60.

[6] 陳麗娜,楊敏,李明義.信息化在煉化企業管理中的應用分析[J].煉油與化工,2015,26(6):56～57.

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，從事煉化設備的管理工作，wangshanwei@126.com.cn。