基于FMEA 的天然氣管道設備維修策略探究

楊 赫 馮 霄 王 瑾 撖 嘯

1.國家管網廣東運維中心 廣東廣州 510000；2.中國石油天然氣銷售南方分公司 廣東廣州 510000

故障模式及影響分析（Failure Mode and Effect Analysis，FMEA）是對設備的各種故障模式故障類型、故障位置、故障參數及現象、故障后果及影響等因素進行詳盡分析，實現對故障模式原因的挖掘，并提出對應改進及維修措施的分析方法[1]。FMEA 在維修工作中的應用可以實現對本層系統，上層系統和更高層系統中所有故障模式的功能影響分析，并進行影響評估[2-3]。從實際維修開始，針對經常發生并產生重大影響的主要故障模式，分析各個級別的所有可能的故障原因并指導維修決策[4]。

1 現有維修策略模式

天然氣管道設備維修策略分為故障維修、計劃性維修、預防性維修三種方式，每種方式對應一定的選用原則。但目前還存在一定的問題，例如維修策略標準不夠細致、維修決策缺乏依據、維修策略缺乏針對性，導致設備某些隱性故障不能及時發現，同類故障屢次發生。

2 故障模式及影響分析

2.1 設備非正常狀態分析

根據FMEA 分析的原則，通過梳理歷年來天然氣管道設備出現的故障、維護保養過程中發現的隱性問題，結合業內專家分析出的設備可能存在的其他風險，從設備故障模式、失效原因方面進行綜合分析，識別和評定設備可能失效的各種潛在故障及可能造成的后果，最終得出設備主要的非正常狀態共計113 項如表1 所示。

表1 設備非正常狀態分析示例表

2.2 設備故障風險分析

結合天然氣管道運行管理實際，將設備非正常狀態造成后果的嚴重性、發生的可能性以及檢測的難易程度分別劃分成10 個等級如表2 所示。利用RPN 來計算確定故障綜合風險[5]，根據公式（1）來確定每種風險的RPN。

表2 設備非正常狀態風險標準評判表

式中：S——故障造成后果的嚴重性；

O——故障發生的可能性；

D——故障檢測的難易程度。

注：內部資源指公司內部維搶修機構或公司庫存的備品備件；外部資源指公司以外的單位（廠家、外部維搶修單位等）或需要額外購買的備品備件。

通過對天然氣站場重要設備進行分析，并征詢管理人員及業內專家意見，完成對113 項非正常狀態的綜合評價，得到RPN 值如表3 所示。

表3 設備非正常狀態風險綜合評價表

通過實施失效模式與影響分析，確定了RPN 法中嚴酷度S、發生度O、可監測度D 的評價標準，然后對非正常狀態下設備進行失效分析，在失效分析的基礎上運用RPN 法對各種故障模式進行評價，得到各類故障的RPN 值。通過FMEA 分析可以系統了解各類故障的風險值，為后面開展維修策略優化和提高設備可用度提供了依據。

3 維修策略優化

通過SPSS 軟件對上述113 項非正常狀態綜合評價結果進行統計分析，求得RPN 的均值和標準差，再利用最大最小值劃分出故障風險水平，可得到其故障風險水平標準和置信區間。統計分析結果：MinRPN=9，MaxRPN=180，μRPN=73.62，σRPN=40.39

風險水平標準區間：正常水平MinRPN＜RPN ＜（μRPN- σRPN）；半臨界水平（μRPN- σRPN）≤RPN ≤（μRPN+σRPN）；臨界水平（μRPN+σRPN）＜RPN ＜MaxRPN。根據數據進行分類，設備風險水平分布圖如圖1 所示，專業分布圖如圖2 所示。由圖可見落入臨界水平的風險共有21 項，占總數的19%，需要立即采取新的維修策略進行控制。

圖1 設備風險水平分布圖

圖2 設備風險專業分布圖

按照降低S、O、D 取值的思路，制定控制策略如表4所示。

表4 控制策略表

最終對113 項非正常狀態綜制定新的策略如表5 所示。經過重新制定維修策略后，原21 項落入臨界水平的風險RPN 值均有較大程度的降低，最終全部落入半臨界水平。

表5 新維修策略應用

在FMEA 分析的基礎上，綜合考慮各類故障模式的嚴酷度、可監測度、發生度和RPN 后，通過建立維修邏輯決策樹將113 類故障模式優化為預存關鍵備品備件、制定應急措施、優化處置流程、定期更換易損部件、提高設備維護標準、改進設備性能、增加檢查頻次、增設輔助監測及主動預警系統，對每類設備的故障模式有針對性制定維修策略，有效提高了設備的可用度，保障設備的安全持續運行。因此，可以認為本次實施FMEA 優化是成功的。

4 結語

從設備本體故障風險出發，采用FMEA 對設備非正常狀態進行綜合評價，并對臨界水平的風險采取合理的控制措施，有效降低了設備故障風險水平，有利于企業建立完整的設備維修管理體系，提高設備維修管理水平。后續可嘗試考慮人為因素，根據設備發生故障導致的后果及發生的頻率，開展設備分級管控相關內容的研究。