渤海某石油平臺氮?dú)庀到y(tǒng)安全穩(wěn)定性分析及故障的排除

孟祥釗，孫建路

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津300459)

0 引 言

渤海某海洋石油平臺膜制氮系統(tǒng)主要分為兩部分，即空氣壓縮機(jī)部分和膜制氮部分。空氣壓縮機(jī)部分主要由2臺壓縮機(jī)和1個(gè)共用氣罐組成，2臺壓縮機(jī)一用一備，壓縮后的空氣進(jìn)入氮?dú)庀到y(tǒng)共用氣罐；依靠罐內(nèi)的壓力控制空壓機(jī)的啟停使得共用氣罐的壓力維持在合適的范圍。膜制氮部分共用氣罐的壓縮空氣通過一級過濾、干燥、二級過濾、加熱等處理流程，然后經(jīng)過膜組將空氣中的氮?dú)夥蛛x，待氮?dú)饧兌群细窈螅瑢⒌獨(dú)馑腿氲獨(dú)夤蕖ＤそM制氮系統(tǒng)是海洋石油平臺常用的惰氣發(fā)生設(shè)備，用于滿足海洋石油平臺各種惰氣需要[1]。

膜制氮系統(tǒng)在投用之后存在頻繁故障停機(jī)的主要問題。為保證流程正常生產(chǎn)運(yùn)行，通過氮?dú)庀到y(tǒng)故障關(guān)停現(xiàn)狀調(diào)查和原因分析、對策實(shí)施與優(yōu)化、效果檢查及鞏固措施，以及將膜組之前的隔離球閥更換為一臺壓力調(diào)節(jié)閥的方式，大幅降低了氮?dú)庀到y(tǒng)故障關(guān)停頻次，提高了氮?dú)庀到y(tǒng)及生產(chǎn)流程穩(wěn)定性，為油田穩(wěn)產(chǎn)做出了貢獻(xiàn)。

1 現(xiàn)狀調(diào)查和原因分析

1.1 故障調(diào)查分類

渤海某海洋石油平臺頻繁的故障停機(jī)給氮?dú)庀到y(tǒng)的安全可靠運(yùn)行帶來了較大風(fēng)險(xiǎn)，直接影響了生產(chǎn)流程的穩(wěn)定性。通過全面細(xì)致地分析現(xiàn)有流程，并采取有針對性的措施使氮?dú)庀到y(tǒng)故障頻次由 12次/月降至 3次/月，見圖1[2]。現(xiàn)場針對氮?dú)庀到y(tǒng)故障頻次高的問題進(jìn)行了調(diào)查分析，并查閱了一個(gè)月內(nèi)的《氮?dú)庀到y(tǒng)運(yùn)行生產(chǎn)運(yùn)行記錄本》《設(shè)備缺陷登記表》，對出現(xiàn)的故障進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分類，結(jié)果見表1。

表1 氮?dú)庀到y(tǒng)故障分類表Tab.1 Fault classification of nitrogen system

圖1 設(shè)定目標(biāo)柱狀圖Fig.1 Target setting histogram

在 1個(gè)月內(nèi)，膜制氮系統(tǒng)共發(fā)生 12次故障，其中電氣控制回路故障導(dǎo)致氮?dú)庀到y(tǒng)發(fā)生1次故障，制氮模組故障導(dǎo)致氮?dú)庀到y(tǒng)發(fā)生 11次故障。通過分析可知制氮模組故障是導(dǎo)致氮?dú)庀到y(tǒng)故障的主要原因，占故障類型的91.7%。

1.2 故障癥結(jié)查找

1.2.1 人員技能水平

現(xiàn)場查閱所有設(shè)施操作人員的持證情況，發(fā)現(xiàn)所有人員均培訓(xùn)合格持證上崗。查閱點(diǎn)檢管理系統(tǒng)的執(zhí)行記錄(巡檢記錄)，未發(fā)現(xiàn)有巡檢不到位的情況；檢查設(shè)備維護(hù)計(jì)劃、日常缺陷處理，執(zhí)行到位，都能及時(shí)檢修和維護(hù)。現(xiàn)場對操作設(shè)施的 8人進(jìn)行理論操作考核，成績均合格；現(xiàn)場對設(shè)施操作人員進(jìn)行考評、設(shè)備維護(hù)記錄的查證，設(shè)備有定期維護(hù)計(jì)劃和維護(hù)記錄，點(diǎn)檢有巡檢記錄，缺陷處理及時(shí)，無遺留缺陷現(xiàn)象。在統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，膜制氮系統(tǒng)未出現(xiàn)因設(shè)施操作失誤及監(jiān)控不到位導(dǎo)致的膜制氮系統(tǒng)故障關(guān)停事件。

1.2.2 設(shè)備質(zhì)量

現(xiàn)場通過查閱膜制氮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)文件、設(shè)備資料、合格證書、測試材料、檢測報(bào)告，可以判定制氮模組各設(shè)備的質(zhì)量均合格。

1.2.3 膜制氮系統(tǒng)負(fù)荷情況

當(dāng)?shù)獨(dú)庀到y(tǒng)的負(fù)荷加大時(shí)，對于制氮模組的壓力同時(shí)加大，故障頻次會有所上升。現(xiàn)場通過對氮?dú)庀到y(tǒng)負(fù)荷情況的調(diào)研和統(tǒng)計(jì)，分析得出當(dāng)平臺投產(chǎn)時(shí)氮?dú)庀到y(tǒng)負(fù)荷較低，當(dāng)年的故障次數(shù)相對較低，但是隨著用氣量的不斷加大，氮?dú)庀到y(tǒng)的負(fù)荷不斷升高，導(dǎo)致故障頻次居高不下。

1.2.4 環(huán)境影響

統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)，現(xiàn)場通過對環(huán)境中溫度、濕度的變化做出統(tǒng)計(jì)分析，得出在統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)制氮模組故障頻次均未發(fā)生較大變化；且在統(tǒng)計(jì)期內(nèi)制氮模組未因環(huán)境因素造成故障停機(jī)。

通過對上述4項(xiàng)癥結(jié)的數(shù)據(jù)分析：設(shè)備質(zhì)量問題引起制氮模組故障1次；膜制氮系統(tǒng)負(fù)荷高引起制氮模組故障10次，占總故障數(shù)的90.9%。綜上所述，膜制氮系統(tǒng)負(fù)荷高是導(dǎo)致氮?dú)庀到y(tǒng)故障頻次高的主要癥結(jié)。

1.3 “關(guān)聯(lián)圖”分析及要因確認(rèn)

對于如何通過降低膜制氮系統(tǒng)負(fù)荷來降低氮?dú)庀到y(tǒng)的故障頻次，小組成員經(jīng)過集體討論后，決定利用“關(guān)聯(lián)圖”的方式進(jìn)行深入透徹的分析[3]，分析結(jié)果見圖2。可得到以下5個(gè)末端因素，見表2。

圖2 氮?dú)庀到y(tǒng)負(fù)荷高影響因素關(guān)聯(lián)圖Fig.2 Correlation diagram of influencing factors of high load of nitrogen system

表2 氮?dú)庀到y(tǒng)負(fù)荷高影響因素分析表Tab.2 Analysis of influencing factors of high load of nitrogen system

小組成員通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)、查閱記錄、實(shí)地調(diào)查和仔細(xì)核算完成要因選擇，并按表3逐條確認(rèn)。

表3 要因確認(rèn)統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Factor confirmation statistics

①要因確認(rèn) 1：氮?dú)饪諌簷C(jī)啟停壓力帶設(shè)置區(qū)間過寬。

名詞解釋：壓力帶，即空壓機(jī)一個(gè)啟停周期的設(shè)定值。

確認(rèn)內(nèi)容：對制氮空壓機(jī)的壓力帶進(jìn)行修改設(shè)置，分幾組進(jìn)行對比，觀察不同壓力帶下空壓機(jī)每天的加載、卸載運(yùn)行時(shí)長。通過計(jì)算得出一天總能耗，進(jìn)而判斷能耗的變化。

確認(rèn)方法：單因素實(shí)驗(yàn)法。

結(jié)論：改變壓力帶區(qū)間測試后制氮空壓機(jī)負(fù)荷無明顯變化，判斷氮?dú)饪諌簷C(jī)啟停壓力帶設(shè)置區(qū)間過寬對癥結(jié)影響較小，確定為非要因。

②要因確認(rèn)2：加卸載控制氣路密封漏氣。

確認(rèn)內(nèi)容：加卸載控制氣路密封漏氣，將導(dǎo)致制氮空壓機(jī)的加載效率降低，空壓機(jī)將會長時(shí)間處于加載狀態(tài)而無法到達(dá)額定排量值。儀表部門對空壓機(jī)控制氣路密封進(jìn)行檢查，并更換設(shè)備內(nèi)部密封部件。

確認(rèn)方法：單因素實(shí)驗(yàn)法、現(xiàn)場調(diào)查、調(diào)查分析。

結(jié)論：檢查內(nèi)部氣路泄露及更換密封件后發(fā)現(xiàn)制氮空壓機(jī)負(fù)荷無明顯變化，判斷加卸載控制氣路密封不嚴(yán)對癥結(jié)影響較小，確定為非要因。

③要因確認(rèn)3：氮?dú)庥脩暨^多。

確認(rèn)內(nèi)容：制氮機(jī)及制氮空壓機(jī)的制氮量是否滿足現(xiàn)場各用戶用氣量。

確認(rèn)方法：現(xiàn)場調(diào)查、調(diào)查分析。

結(jié)論：制氮空壓機(jī)的額定制氮量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于日消耗量，判斷氮?dú)庥脩暨^多對癥結(jié)無影響，確定氮?dú)庥脩暨^多為非要因。

④要因確認(rèn)4：氮?dú)庀到y(tǒng)下游用戶存在漏點(diǎn)。

確認(rèn)內(nèi)容：使用泡沫對現(xiàn)場氮?dú)饬鞒踢M(jìn)行排查，查看是否存在氮?dú)庑孤丁?/p>

確認(rèn)方法：現(xiàn)場調(diào)查、調(diào)查分析。

結(jié)論：通過對全平臺氮?dú)庥脩舻穆c(diǎn)排查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場無漏點(diǎn)，判斷氮?dú)庀到y(tǒng)下游用戶存在漏點(diǎn)對癥結(jié)無影響，確定為非要因。

⑤要因確認(rèn)5：制氮空壓機(jī)加卸載頻繁。

名詞解釋：根據(jù)廠家推薦負(fù)荷核算出加卸載頻次大于42次/天即為頻繁。

確認(rèn)內(nèi)容：降低空壓機(jī)的加卸載頻次，觀察改變工況前后空壓機(jī)的能耗情況。

確認(rèn)方法：現(xiàn)場調(diào)查、調(diào)查分析、單因素實(shí)驗(yàn)法。

結(jié)論：降低制氮空壓機(jī)的加卸載頻次后發(fā)現(xiàn)制氮空壓機(jī)能耗下降明顯，判斷制氮空壓機(jī)加卸載頻繁對癥結(jié)影響較大，確定為要因。

通過以上5項(xiàng)末端因素分析，最終確認(rèn)導(dǎo)致氮?dú)庀到y(tǒng)負(fù)荷高的主要原因?yàn)橹频諌簷C(jī)加卸載頻繁。

2 對策方案實(shí)施與優(yōu)化

2.1 方案優(yōu)選

要因確認(rèn)后，現(xiàn)場針對上述要因應(yīng)用 5W1H原則制定了對策、措施及階段性目標(biāo)，見表4[4]。方案優(yōu)選見表5，經(jīng)過綜合評估，選擇方案一實(shí)施。

表4 對策表Tab.4 Countermeasure table

表5 閥門更換方案優(yōu)選表Tab.5 Valve replacement scheme optimization table

2.2 改造方案描述

目前，由于設(shè)計(jì)原因膜組之前僅有一隔離球閥，故當(dāng)?shù)獨(dú)獬隹趬毫_(dá)到額定壓力的情況下，氮?dú)獬隹谂帕炕緸榱悖罅康膲嚎s空氣經(jīng)過膜組之后全部從放空口泄放，此時(shí)的泄放對于系統(tǒng)來說就是浪費(fèi)性消耗，也是空壓機(jī)頻繁加卸載的主要原因。從提質(zhì)、增效、降本 3個(gè)方面考慮，可通過改造、組態(tài)的方式將膜組之前的隔離球閥更換為一臺棄置的壓力調(diào)節(jié)閥，通過氮?dú)鈨薜膲毫刂崎y門的開閉狀態(tài)，在保證氮?dú)庀到y(tǒng)供氣穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)上，有效降低制氮空壓機(jī)加卸載頻次，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降低氮?dú)庀到y(tǒng)故障頻次的目的。

2.3 改造過程

將加熱器之后膜組之前的隔離球閥更換為壓力調(diào)節(jié)閥，需要確認(rèn)以下 5個(gè)方面：閥門型號、信號來源、控制邏輯、中控組態(tài)、現(xiàn)場施工。

結(jié)合現(xiàn)場加熱器到膜組之間隔離球閥空間的大小，合理預(yù)制連接管線，利用原有彎頭，既保證節(jié)約材料，又保證新調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障時(shí)可以及時(shí)將原有隔離球閥恢復(fù)。利用中控 PCS系統(tǒng)到現(xiàn)場制氮機(jī)控制盤中電纜的備用線芯，僅需要從制氮機(jī)現(xiàn)場控制盤通過橇塊內(nèi)部電纜橋架鋪設(shè)電纜到調(diào)節(jié)閥即可；利用干燥過濾之后的純凈壓縮空氣進(jìn)入加熱器前的預(yù)留口，接出調(diào)節(jié)閥控制氣管線。合理利用現(xiàn)場資源，有效降低了施工工作量并節(jié)省了資源。改造后的流程，空壓機(jī)系統(tǒng)部分沒有改變，在膜制氮部分將加熱器之后膜組之前的隔離球閥更換為壓力調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥的控制信號為氮?dú)鈨薜膲毫π盘枴?/p>

通過以上5個(gè)方面的工作，最終成功實(shí)現(xiàn)通過氮?dú)鈨薜膲毫刂崎y門的開閉狀態(tài)，在保證氮?dú)庀到y(tǒng)供氣穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)上有效降低了制氮空壓機(jī)加卸載頻次。對策實(shí)施完成后，現(xiàn)場對實(shí)施結(jié)果進(jìn)行了安全、質(zhì)量、管理、成本等方面的驗(yàn)證，膜制氮系統(tǒng)運(yùn)行更為安全、穩(wěn)定；施工質(zhì)量嚴(yán)格按照行業(yè)要求把關(guān)，未發(fā)現(xiàn)有質(zhì)量驗(yàn)收不合格項(xiàng)目；壓力調(diào)節(jié)閥門為廢棄閥門，整個(gè)對策的實(shí)施真正做到了“降本增效”，未造成公司管理成本損失。總之，整個(gè)活動的實(shí)施未造成任何負(fù)面影響。

3 效果檢查及鞏固措施

通過氮?dú)庀到y(tǒng)優(yōu)化改造，制氮空壓機(jī)能耗下降至每天約 700kW·h，基本達(dá)到廠家推薦的工作能耗。氮?dú)鈨扌略龅膲毫刂崎y門狀態(tài)，在保證氮?dú)庀到y(tǒng)供氣穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)上有效降低了制氮空壓機(jī)加卸載頻次，進(jìn)而降低了膜制氮系統(tǒng)能耗，達(dá)到改造對策目標(biāo)，對策實(shí)施有效。

對策實(shí)施前后、現(xiàn)場作出對策實(shí)施前后氮?dú)庀到y(tǒng)故障頻次對比柱狀圖，如圖3所示。

圖3 氮?dú)庀到y(tǒng)故障頻次對比柱狀圖Fig.3 Comparison histogram of fault frequency of nitrogen system

從圖3可知，對策實(shí)施前后對比，氮?dú)庀到y(tǒng)故障頻次大大降低，超過了 QC小組活動設(shè)定的 3次/月的目標(biāo)，達(dá)到了2次/月，實(shí)現(xiàn)了研究目標(biāo)。

對鞏固期(現(xiàn)場選擇 2個(gè)月)內(nèi)氮?dú)庀到y(tǒng)故障頻次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)期內(nèi)氮?dú)庀到y(tǒng)未發(fā)生過故障關(guān)停事件。統(tǒng)計(jì)認(rèn)證在鞏固期內(nèi)，對策實(shí)施成果持續(xù)有效，見表6。

表6 鞏固期氮?dú)庀到y(tǒng)故障頻次統(tǒng)計(jì)表Tab.6 Statistics of failure frequency of nitrogen system in consolidation period

為了確保本次活動的成果形成標(biāo)準(zhǔn)化，小組全體成員均對活動進(jìn)行了總結(jié)，升級了新的工藝文件，并納入質(zhì)量管理體系長期實(shí)施。成果文檔匯總見表7。

表7 文件資料統(tǒng)計(jì)表Tab.7 Document statistics

升級新的操作、檢查保養(yǎng)程序后對操作人員進(jìn)行宣貫和培訓(xùn)，并納入到新員工的培訓(xùn)內(nèi)容。

4 總 結(jié)

本文針對氮?dú)庀到y(tǒng)負(fù)荷高影響因素，利用“關(guān)聯(lián)圖”的方式進(jìn)行深入透徹的分析，找出了 5個(gè)末端因素，通過現(xiàn)場試驗(yàn)、查閱記錄、實(shí)地調(diào)查和仔細(xì)核算完成要因選擇，最終確認(rèn)導(dǎo)致氮?dú)庀到y(tǒng)負(fù)荷高的主要原因?yàn)橹频諌簷C(jī)加卸載頻繁。現(xiàn)場針對要因應(yīng)用5W1H原則制定了將膜組之前的隔離球閥更換為一臺調(diào)節(jié)閥的對策，提升了渤海某海洋石油平臺氮?dú)庀到y(tǒng)的安全穩(wěn)定性。現(xiàn)場制定了提升渤海某海洋石油平臺氮?dú)庀到y(tǒng)安全穩(wěn)定性相關(guān)文件作為進(jìn)一步鞏固措施，以期為提升渤海海洋石油平臺氮?dú)庀到y(tǒng)安全穩(wěn)定性提供參考借鑒。