閥門關鍵性分析及可靠性管理在化工裝置中的應用

新疆獨山子石化公司乙烯廠□劉 冰 楊 澍 張 磊 冷 忠 朱 斌

1 閥門現狀

自2009年百萬噸年乙烯項目建成投產以來，裝置閥門大部分閥門已連續運行13年，閥門故障率逐年增高。由閥門故障引起的裝置生產波動、非計劃循環和單元停工次數同比有所增加。造成閥門故障率升高的原因有：1）閥門密封件老化；2）閥內件沖刷腐蝕；3）定位器及電磁閥等配件故障；4）閥門設計選型存在缺陷等。雖然可以利用裝置檢修窗口期對閥門進行下線維修，但受限于檢修時間和閥門數量、維修資金等因素，維護人員無法對所有閥門做到應修盡修。本文探討通過某種方法對閥門關鍵性進行分類，在有限的時間內集中人力、物力對一些關鍵閥門進行維修，做到有的放矢，提高維護效率，降低維護成本。

2 化工企業安全性分析的方法簡介

化工企業關于設備、工藝安全性分析采用的方法有FMEA、HAZOP、SIL，但是這三種分析方法均具有一定的局限性。具體表現在：1）FMEA更適用于動、靜設備的功能分析，從設備的結構、功能、失效、風險等方面進行分析，并針對分析出來的風險制定消減措施；2）HAZOP分析方法主要是通過對工藝圖紙和操作規程，以引導詞對過程中工藝狀態（參數）可能出現的變化（偏差）加以分析，找出其可能導致的危險。據此來辨識出裝置或單元的設計缺陷；3）SIL定級，即安全完整性評級定級、驗證、確認。結合行業特點、工藝裝置特性，企業性質和管理要求，采用適宜的風險管理和SIL定級方法。SIL定級主要針對變送器、控制系統。

3 閥門關鍵性分級

當前化工企業使用的三種分析方法FMEA、HAZOP、SIL，但沒有針對閥門設備的完整性分析。為了更好、更準確對閥門進行安全性分析，筆者把三種分析方法進行整合，制定一套適用于閥門的安全性分析方法，稱這種分析方法為“閥門關鍵性分析（ACA）”。閥門關鍵性分析（ACA）主要是從生產、安全、財產等三方面評估，具體見下文。

（1）關鍵性系數

1）裝置關鍵性系數

新疆獨山子石化公司乙烯廠（以下簡稱“乙烯廠”）共有生產裝置四十余套，裝置關鍵性系數（K1）評估是根據廠級不同裝置的生產規模、技術復雜程度，用于進行不同裝置之間橫向比較的一種度量方法。在閥門的關鍵度分析中，裝置關鍵性系數可用于對裝置單元風險初評結果進行修正，使評估結果更加客觀和合理。

2）裝置單元關鍵性系數

裝置單元關鍵性系數（K2）評估是根據同一裝置不同單元的生產影響、財產損失、HSSE影響三方面因素，用于進行同一裝置不同單元之間橫向比較的一種度量方法。為了使儀表設備關鍵性評級更加準確，根據單元在裝置中承擔的不同功能設立單元系數，單元關鍵性系數≤裝置關鍵性系數，在儀表設備的關鍵度分析中，單元關鍵性系數可用于對儀表設備風險初評結果進行修正，使評估結果更加客觀和合理。見表1。

表1 裝置關鍵性系數（K1）及單元關鍵性系數（K2）舉例

（2）潛在故障嚴酷度等級

嚴酷度（S）是對儀表設備故障所造成后果的嚴重程度的評價，它是根據儀表設備故障最終可能導致的HSSE影響、生產損失和財產損失等方面進行確定的。見表2。

表2 （續）

表2 儀表設備故障嚴酷度（S）定義

（3）儀表設備的單點故障/非單點故障識別

儀表設備單點故障是指儀表設備出現故障后沒有冗余或可替代設施的故障。儀表設備單點故障的識別舉例如下：

1）沒有備用調節回路，沒有調節副線，沒有冗余控制回路的控制閥或控制儀表，發生故障后對于裝置或系統運行可能產生影響的情況屬于單點故障。有備用調節回路，有調節副線，有冗余控制回路的控制閥或控制儀表，發生故障時對于裝置或系統運行可能產生影響的情況屬于非單點故障。

2）采用一般結構的調節閥門，無調節副線，不可隔離，但介質有毒有害可燃，或介質溫度高于自燃點，發生泄漏對于HSSE可能產生影響的情況屬于單點故障。采用全焊接閥門，波紋管閥門，泄漏介質有安全排放措施，有副線可隔離，或無毒無害非可燃介質，發生密封泄漏對于HSSE可能產生影響的情況屬于非單點故障。

3）采用一般結構的調節閥門，但介質為有毒有害可燃，或介質溫度高于自燃點，發生外漏著火的情況屬于單點故障。介質性質為有毒有害可燃，但介質溫度低于自燃點，發生外漏著火的情況屬于非單點故障。

（4）單項要素的風險評估

單項要素風險評估要點如下：

1）風險評估按照HSSE和生產兩項要素分別執行。

2）對HSSE影響和生產損失每項要素，分別評定嚴酷度等級和進行單點故障判斷。

3）應用表3所示的風險矩陣，確定每項要素風險優先數（RPN）。

表3 單一要素風險優先數（RPN）的確定

4）考慮了裝置系數后的，單一要素風險優先數（RPN）的計算公式見（1）、式（2）、式（3）。

（5）定義故障判據的依據

定義故障判據的依據如下：

1）資產在規定的條件下和規定時間內，不能完成規定功能；某些性能指標不能保持在規定的范圍內；引起人員、環境、生產和財產等方面的負面影響超出了允許范圍。

2）技術協議或其他文件中所專門規定的故障判據。

3）單一儀表設備故障影響結果分析不考慮備用或冗余系統對故障結果產生的影響。

（6）綜合要素的風險等級

對HSSE影響、生產損失和財產損失要素評估結果進行綜合，計算風險優先數（RPN）的公式，見式（4）。

4 管理措施

按照閥門關鍵性分析方法得到各風險等級的閥門位號及數量，并制定相應的管理策略。

（1）設計選型

所有新建裝置在設計初期進行儀表閥門關鍵性分析，并在設計采購階段落實全閥門的分級管控措施。對A類、B類高、中風險的閥門在材質和選型、選擇方面提高標準和要求。

（2）維護

閥門分級管控，關鍵性閥門進行特級維護，重要性閥門進行定期維護，一般閥門和不重要閥門執行預知維修。維護方案如下：

1）A類閥門單獨制定和編制最高級別的檢查維護方案，明確檢查內容、檢查標準、檢查周期、檢查效果。維護方案需提前分廠進行對接，工藝車間同意后，為儀表提供檢條件。

2） B類、C類閥門不單獨編制檢查維護方案，仍采用儀表點檢模式執行，檢查維護周期根據分級標準重新討論確定后，修改點檢策略。

3） D類閥門執行故障維修模式，故障后進行處理。

（3）管理策略

1）備件管理策略

①對A類、B類閥門從閥門種類、儲備數量，制造商、產地等方面制定詳細的管理方案和運行機制，實行動態評估和管理；

②制定備件儲備原則，優先保障A類、B類閥門，費用適當傾斜；

③A類閥門附件儲備定額100%，B類閥門儲備定額30%，C類閥門儲備定額10%；

④A類閥門的備件使用后需立即補充。

2）維護人員的管理策略

①A類閥門由班長進行管控，B類閥門由班組技術骨干進行管控，C類、D類閥門由班組員工進行管控；

②A類、B類閥門管控人員必須熟悉儀表操作規程及問題處理，確保維護質量管控；

③對A、B類閥門的維護人員應開展更加詳細專業的培訓，以滿足維護管理需求。

3）變更管理

①對A類、B類閥門要建立完整變更管理流程，保證變更的全面性、規范性、科學性等，這就需要開展必要的風險評估；

②A類、B類閥門變更，必須有成熟可行的方案與同等規模大型石化企業的使用業績；

③非必要情況下，原則上A類閥門不進行變更。需要變更的必須組織評估。變更涉及設備專業的，由上級部門或設備專業牽頭組織實施。

5 結論

科學的閥門關鍵性分級是提高閥門管理水平的前提。這也為后期其他自動化控制設備的重要性評級提供了方向指南，對提高裝置的自動化控制管理水平有重要意義。利用評級結果制定的閥門檢維修策略以及備件儲備方案，已經從理論轉化為生產力，指導乙烯廠閥門的全生命周期管理。