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现代大型炼化企业动设备状态监测与故障诊断业务新模式的研究与实践

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崔国彪 张恩贵 刘江 肖仁勇 马宏伟 文冰

(中国石油四川石化有限责任公司,成都,611930)

摘 要:状态监测与故障诊断技术对石化企业核心动力设备的安全运行至关重要。笔者详细分析了状态监测与故障诊断技术在石化行业应用现状,结合四川石化企业新体制新机制的管理要求,对症下药,首次提出了“四集监测”模式理论模型,在实践中探索出一系列有效举措,取得了满意效果。本文提到的理论方法对石化企业进一步优化动设备监控管理有较强的借鉴意义。

关键词:动设备;状态监测;故障诊断

状态监测与故障诊断技术是预知动设备在役隐患情况、深入分析设备健康状态、精准识别故障原因的有效举措,已在石化行业中得到了广泛应用,但从目前国内很多石化行业的实践情况分析,成效并不乐观。为此,笔者深入分析了行业实践中存在的问题及原因,首次提出了“四集监测”模式理论模型,并通过实践探索出一系列有效方法举措,取得了满意效果。下文对其进行了详细介绍,以供行业参考借鉴。

一、大型炼化企业状态监测与故障诊断业务开展现状分析

状态监测与故障诊断技术引入国内石化行业已有40余年,取得了很大的成绩,但由于企业重视程度、工作思路、覆盖广度、开展深度、能力水平等因素的综合制约,该项技术在国内石化行业实践过程中的效果并未充分得到发挥。

(一)监测技术应用现状分析

一是上线不多。动设备作为石化企业核心动力设备,其数量庞大,据不完全统计,一般的大型企业动设备平均数量为4000~6000台。大型国有企业一般会按照设备重要性、危险性等因素将设备划分为ABC三级,根据企业资金情况将A类及部分B类设备安装在线监测系统。但由于投资大、见效慢,监测产品上线率一直不高,据不完全统计,目前国内大型炼化企业安装在线监测系统的设备平均不足百台,平均上线率还不到2%。

二是系统繁杂。据不完全统计,目前国内市场上已有的监测产品有近百种,而在石化行业中普遍应用的也有10余种。很多企业同时上线了多款监测系统,不仅系统多、数据杂,而且各系统数据采集方式、存储结构、数据格式以及遵从的传输协议都存在很大差异,各系统厂家进行技术封锁和数据保护,严重阻碍了系统之间数据共享和集成分析。

三是融合不深。目前市场现有动设备监测产品大多数仅有数据采集和频谱显示功能,其功能图谱故障征兆提取的技术弱,系统功能少,数据挖掘和深度处理能力弱;同时,未有效集成大量有用的工艺性参数,数据的二次加工和有用信息的挖掘深度远远满足不了大型石化企业动设备管理的实际需求。

四是维护不勤。由于监测系统架构逻辑复杂、技术要求高、维护难度大,目前国内石化行业监测系统故障维护大多由系统厂家实施,系统厂家在产品售后保修期内都会无偿解决,但保修期满后由于维护成本高,多数系统厂家都不愿意提供长期的无偿服务,企业也没有找到服务定额标准,以至于监测产品就成为“僵死系统”,长期瘫痪、形同虚设。

(二)故障诊断开展情况分析

一是能力不精。故障诊断技术的研究和应用虽已经历了长时间发展,但该技术任然入门难度大、培养周期长、投入成本高,国内长期从事状态监测的专业技术人员稀少,很多专家心里“留一手”,“传帮带”就直接“难产”,很多员工觉得太难,有些觉得学成后上升空间很小,接触一段时间就放弃了,技术人员能力不精,诊断不及时、结论不精准也就成为必然选择。

二是队伍不强。有的企业设了专岗,但专业定岗人数少;有的企业人才队伍弱,安排理论水平低的维修工人担任,或安排闲散人员转岗担任;有些新建企业甚至不设状态监测岗位,或仅设兼职。技术队伍不强,技术力量薄弱已成为现状,监测技术很难大面积铺开,设备管理难以深化。

三是模式不新。国内早期建立的部分石化企业有设备研究所或监检测中心,状态监测专业往往隶属于这些机构,配置少数的几个人,主要负责数量很少的在线机组的监测;数量庞大的离线设备一般不做日常频谱检测,而是由设备维修人员进行简单测振,当发现异常后再邀请监检测中心做振动频谱检测分?。因此在正常阶段和故障前期未开展设备频谱检测,很多早期故障无法提前获知,故障数据也无法进行深入的对比分析,诊断难度很大。

四是重视不够。故障诊断工作难度大、要求高,领导重视至关重要。有的企业员工觉得故障诊断工作总是得罪人,排斥这项技术;有的企业“吃瓜”群众多,巴不得你诊断不准,诊断人员的积极性很难长久建立。有的企业设备管理思路僵化,不认同这项新技术;有的企业领导以偏概全,觉得技术人员诊断不准,就片面排斥这项技术;有的企业领导觉得你诊断正确是应当,批评多、表扬少。

二、四川石化动设备“四集监测”模式实践内涵

为了克服状态监测与故障诊断行业面临的这些矛盾和问题,四川石化公司领导高度重视,按照现代企业制度要求,全面推行新体制新机制,采取高度集中的一级管理模式和“公司机关—装置集群”两级管理架构,实现组织机构扁平化管理。以供应链管理思想为指导,建立了“核心业务集约化运营、非核心业务综合一体化外包、生活后勤社会化保障”的运营管理框架。

为全面贯彻“设备管理安全可靠、设备状态预知掌控、设备维修科学经济”的管理理念,四川石化按照“专业集成、知识管理、委托代理、授权作业”的管理模式,借鉴兄弟单位先进经验,立足现状,全局谋划,培育监测管理创新动力,全面深挖细抠监测技术提质潜力,全力推进提升监测服务增效能力,积极探索装备健康状态全寿命周期管理,创新提出了“四集监测”管理模型(即:集成运营、集成联动、集成监测、集成分析),走出了一条具有四川石化鲜明特色的监测发展之路。

(一)集成运营:五大系统集成运营,确保监测开展高效

为满足企业现代化管理需求,结合公司自身情况,四川石化公司在建厂初期就确定了“系统集成运营”的建设思路,率先在国内开发了“五合一”状态监测平台,实现“汽轮发电机、离心压缩机、往复压缩机、关键机泵在线监测以及机泵群离线检测”五大系统集成运营,统一监管,实现设备机械类型、服役周期数据的全面覆盖,为监测诊断工作提供平台支撑,保证监测诊断工作的高效开展。我们以此为指引,分步实施以下三项工作。

一是对四类84台机组进行在线集成实时监测。通过技术整合,我们将4台汽轮发电机、21台离心压缩机、22台往复压缩机、37台高危关键机泵的在线监测数据集成到统一平台进行集中监控,减少了监测系统数量,监测人员工作效率提高了近30%。同时,降低了监测系统及数据库的维护任务,精简了维护人员和成本,目前全公司仅配置系统维护工程师1人。

二是对3051台机泵群离线精密检测数据集成管理。我们配置了15台统一的精密检测仪器,按照公司年度检测计划,对全厂所有泵、风机、压缩机等动设备开展离线数据采集、上传及频谱精密分析,通过数据集成,平台涵盖了检测工作所有组织流程,确保了数据检测准确性、数据记录规范性、数据保存完整性。目前,数据准确性达到99.99%,数据规范性达到99%,数据完整性达到100%,不仅实现了无纸化记录,而且大幅提高了数据管理效率,保障了分析工作开展高效。

三是实现了84台在线机组和3051台离线设备的集成分析。石油化工系统是一个庞大而复杂的有机体,任何一个环节的异常都有可能导致或伴生着另个异常的出现。将在线机组的实时异动情况作为“风向标”,及时跟踪观察其它机组或设备运行情况,灵活调整装置设备离线检测频次,以提高监检测工作的针对性和有效性,已成为公司监测业务特色之一。目前为止,我们已成功应对计划停开工、非计划紧急停开工动设备状态监检测任务近50余次,及时发现工艺类异常振动30余起。

(二)集成联动:六类预警集成联动,齐保异常发现时效

大型机组各项参数指标的异动征兆以及监测系统的性能状态是日常管理的核心工作,我们提出了“预警集成联动”的建设思路。为此,监测平台成功实现了设备参数异常小波动报警、异常超标报警、机组开停状态变化报警、机组运行周期超时报警、监测系统通讯异常报警、传感器故障报警等六类预警功能完美集成,解决了“隐患缠身、查找被动”的技术难题。此外,我们还重点实施了以下三项工作。

一是在六大预警功能的基础上,专门开发了监测参数快变报警功能,一旦报警触发,监测系统将对各项参数进行加密采集,实现毫秒级数据记录,为异常分析提供可靠的数据支撑。目前,已及时预警乙二醇K201高速透平压缩机喘振故障,渣油加氢、蜡油加氢往复压缩机十字头抱死等突发性机组故障10余次。

二是制定可行可靠的报警策略。为保障状态监测专业技术人员、状态监测中心主管负责人、检修部领导、生产部包机设备工程师、生产部生产/工艺/设备部长、机动处主管及领导、公司主管领导能第一时间收到机组报警信息,结合公司设备管理体制,我们基于平台的六类预警,建立了“四级预警门限、四类预警方式、七级告知体系”的报警策略,取得非常满意的效果。

三是平台实现预警信息秒级触发,光电信号、调度大屏、手机短信、电子邮件等瞬时联动。通过这些举措,实现了预警信息在时间上超前触发,?空间上全域覆盖,形成“由点到面”的联动模式。目前为止,平台共计触发各类参数预警已达1600多次,漏警率、误警率均远低于0.01%。目前已及时发现A、B类关键设备故障120余次,A、B类重要设备未发生一起重大机械故障。

(三)集成监测:多维数据集成监测,力保数据融合功效

故障诊断是一门复杂的技术工作,仅仅通过传统的状态监测系统来分析振动波形频谱已远远不能满足现代企业设备管理的要求,四川石化摒弃传统企业监测模式,提出了“数据集成监测”的建设思路,通过大范围、大规模的融合机器其它相关状态信息,进行多层次、多角度、多维度的观察与分析, 从中提取有关机器行为的有效特征。

一是冲击脉冲、振动加速度、振动烈度集成监测。比如, 采用振动烈度来评价bwinapp最新版、齿轮运行状态难度大,四川石化下大力气全面推行加速度检测工作,已实现全厂离线设备全覆盖,目前共计发现bwinapp最新版故障400余起,功效显著。

二是油液分析与润滑油参数、振动信息集成监测。公司从2017年9月开展油液分析工作,对全厂41台在线监测机组润滑油进行定期检测,结合润滑油各项参数,机组振动状态、轴心位置、轴位移以及透平液压控制机构的运行情况,综合评价机组油液及机组运行情况。已发现数起润滑油品质不合格,实施在线换油,通过按质换油保障了机组长周期安全运行。

三是机组工艺参数与振动信息集成监测。2013年初,监测平台在国内首次通过OPC接口技术从MES系统大规模、大范围引入机组实时的温度、流量、压力等生产工艺性参数,与设备健康性指数集成分析。已发现在线机组工艺类故障50余次,因及时提醒、优化操作,均未导致非计划停工,保障了生产连续,A类离心压缩机组未烧毁一套干气密封,在线机泵未损坏一套机械密封。

四是各类新技术与振动信息的集成监测。四川石化研发了各类专业诊断图谱、数据挖掘技术、智能分析算法等多项新技术,技术人员能快捷、高效的评价设备健康状态,功效显著。例如,2015年通过二维全息谱图,成功识别了芳烃异构化压缩机叶轮轮毂开裂故障。

(四)集成分析:模式创新集成分析,严保靶向诊治疗效

如果说状态监测是手段,那么故障诊断就是目的。四川石化全力做好“+”法,善于“+”一切有益的因素,通过“+”的合作模式,集各家之长,大力整合国内优势技术资源,提出“创新集成分析”的建设思路,与国内知名的技术服务商形成长期稳定的战略联盟,群策群力,借脑引智,建立了强大的技术分析诊断服务团队。现已精确诊断机组故障679台次,准确率达90%,为故障精确分析、原因靶向定位、状态预知掌控提供了强大的智力保障,主要做法如下。

一是建立“2+13”人的现场联合分析团队。四川石化在国内挑选了2名优秀的专业技术人才担任动设备状态监测技术的日常管理及技术分析工作,并与专业监测技术服务商强强联手,实施13人全天候长期驻场服务,形成“2+13”人的现场联合诊断技术团队。

二是建立“现场+远程”的包干联合诊断团队。对于疑难杂症,专业监测技术服务商按照四川石化的要求,及时安排服务商总部技术专家参与远程会议、开展机理分析,并定期组织专家到现场处理“卡脖子”的技术难题,发挥一体化外包资源整合优势,形成“现场+远程”联合分析团队。

三是建立“公司+总部”的技术专家支持团队。公司通过网络专线将烟机数据实时通讯到中国石油兰州石油化工机械厂烟气轮机远程监测中心,将所有在线机组监测数据实时同步通讯到中国石油北京总部和中国石油辽阳石化远程诊断中心,专业主管和技术专家能实时掌控,远程把脉。

四是建立“业主+厂家”的装备技术保障团队。邀请大型透平压缩机组、往复压缩机组、关键机泵的设备厂家,如沈鼓、苏尔寿等,与四川石化设备技术人员一道,共同实施设备日常巡检、周联合巡检、每月机组特护、隐患专项排查,共同参与技术问题跟踪、分析,发挥设备制造厂家技术、专业、经验优势,建立“业主+厂家”技术保障团队。

五是建立“人工分析+专家系统”双重分析保障机制。四川石化以北京化工大学高金吉院士50余年故障诊断经验为基础,在动设备监测平台上开发了智能诊断专家系统,现已能精确诊断不对中、旋转失速、喘振等常见故障,提高了诊断效率,形成了“人工分析+专家系统”双重分析机制。

通过“四集监测”模式的成功实践,四川石化实现了五大系统集成运营的技术潜力和平台分布式计算优势更加凸显,机组智能预警模型及技术更加科学快捷,数据融合分析力度更加深入,故障诊断更加及时精准性,

三、四川石化动设备“四集监测”模式夯实举措

在探索实践“四集监测”模式过程中,我们深切体会到,要想持续提升动设备监测管理水平,不断巩固已有的监测创新成果,必须通过一些列扎实有效的举措,才能构建稳定的监测业态格局。

(一)要通观全局,必须在“全”上下功夫

如何做好高质量监测服务,做到“六全”是基本,即“全员、全方位、全覆盖、全过程、全天候、全生命周期”监测服务。在人员组织上,做到“全员”,组织设备厂家、监检测单位、维修单位、操作人员、管理人员等积极参与,充分调动广大职工的积极性和创造性,共同参与设备运行状态管理。在检监测参数上,做到“全方位”,不仅要对设备健康性指数进行监测,如bwinapp最新版振动、温度、油液等,还要对设备工艺性参数进行跟踪监测,如介质压力、温度、成份、洗油等。在检监测范围上,做到“全覆盖”,对公司所有A、B、C类3000多台设备实现9个生产部全部覆盖,不留任何盲肠死角,设备全面受控。在检监测业务上,做到“全过程”,对监检测作业的全过程严格执行“十定十有”,“十定”即“定流程、定路线、定人员、定仪器、定设备、定测点、定参数、定标准、定周期、定表格”,“十有”即“有组织机构、有管理制度、有工作目标、有检测计划、有定期培训、有问题分析、有检修反馈、有经验总结、有监督考核、有整改跟踪、有阶段评价”。在监检测时间上,做到 “全天候”,不仅监测系统要做到24小时完好运行,而且要求监检测人员执行“5+2” 、“白+黑”工作模式,并创造性地提出了“监检测工作没有节假日”的业务要求。在设备管理上,做到“全生命周期”,监测技术管理人员参与设备从规划、设计、安装到运行、检修、更新的全生命周期管理,最终实现设备服役过程数据的全周期监测。

(二)要严字当头,必须在“严”上下功夫

监测工作是一个系统工程,必须严到每个节点,严到整个链条,严到全寿命周期,实现点、线、面的严密受控。严肃执行“三不放过”是我们的总原则:做到异常现象原因没有搞明白不放过;故障发生、发展的机理未研究透不放过;设备问题未根治不放过。这一原则贯彻,保障了机组问题追踪的持续性、完整性,使得班组一直致力于设备问题的研究和机理的探索,同时也就为设备问题的根治提供了思想保证。严格落实特护制度是关键,我们扎实开展机组“五位一体”特护工作,不断夯实特护成果,创造性地延伸“特护”含义,提出“8特”管理,即“A类设备必须特护、B类独生子设备必须特护、检修期间在役设备必须特护、超温超振设备必须特护、高频检修设备必须特护、高危泵超过4.0mm/s必须特护、修后24小时运行设备必须特护、新切换6小时运行机泵必须特护”,盯住了重点设备,实现了监测资源的最优配置,保障了监测工作的方向性、针对性和经济性。严厉“十率”考核制度是保障,监测中心认真梳理专业管理、外包管理的核心要素,严明十项考核指标,即“考试通关率、员工出勤率、人员流动率、作业违章率、数据漏检率、汇报延时率、诊断准确率、报告闭环率、指令执行率、服务投诉率”。这些需要持之以恒,常抓不懈。

(三)要精益求精,必须在“精”上下功夫

建设一只“精准性、及时性、完备性”的专家技术服务团队是我们的总要求,并在实践中形成了“1234”管理的具体要求。“1”就是要求做到“一中心”,不论是业主还是服务商,都要以“设备健康安全”为中心,对象统一、目标一致,不偏不改;“2”就是要求做到“两精准”,即在线监测系统、离线检测采集的数据要精准,故障分析的诊断结论要精准,要求数据实事求是,不弄虚造假,不漏测误测,不漏警误警,要求故障原因分析力求落到点上,给出的诊断结论和维修建议要具体化、要有针对性、可操作性,要能指导检修作业高效开展,要能使设备病灶得到一次性彻底根治。“3”就是要求班组做到“三及时”,即班组发现问题要及时、分析问题要及时、反馈问题要及时,确保问题‘不过夜’,隐患无死角。“4”是就是要求做到“四完备”,要求所有工作都按照PDCA方法开展工作,从监检测计划的制定、问题的发现、故障的分析、隐患的处理必须全程参与,甚至人员培训、安全学习等都必须做到做好完备性管理(即PDCA管理)。

(四)要勇于创新,必须在“人”上下功夫

监测管理工作则是人、仪表感知、装备状态的互动关系,其最根本的、起主导作用的是人,实施“四集”模式必须要依靠精品的队伍。打造一只“从故障诊断转型为故障研究”的学习型、研究型团队是我们的总目标,四川石化希望班组的每一位员工都能刻苦专研故障诊断知识,戒骄戒躁,勇于探索,确保每一起机组故障的分析过程经得住推敲、分析结论经得住检验,逐步提高班组成员的诊断水平,努力使他们成为?备“及时性、精准性、完备性”综合性故障诊断专业人员。为逐步实现这一总目标,构建富有活力的责任体系、创建积极向上?班组学习文化是其中两个重要举措。我们以构建责任体系为抓手,建立责任网格,锁紧责任链条,压实主体责任,横向到边、纵向到底,真正形成主动负责、积极担责、认真履责、全力尽责的责任格局。我们以技术问题为导向,坚定不移开展问题追踪排查,每周定期都会在班组中积极开展“专业知识深入讨论会”、“新技术研讨会”、“诊断经验分享会”等主题活动,引发班组思考,激发团队活力和创新能力。7年来,我们着力在育精品文化、建精品队伍、创精品品牌上下功夫,破除思维定势,为全面实施动设备全寿命周期“四集监测”管理模式提供坚强保证,成效显著。

(五)要持之以恒,必须在“制”上下功夫

监测管理工作要常态化运行,持续发力,坚持不懈地抓下去,不能靠“人治”,必须靠“法治”。针对2013年原始开工前,监检测系统调试问题多,我们编制了《四川石化设备检修部状态监测平台(网)管理规定》;为做好公司84台大机组、3000余台设备的精密检测,我们编制了《四川石化设备检修部状态监测班在线、离线机组监护工作管理办法》;针对2014年开工期间,动设备故障频发,我们编制了《四川石化设备检修部状态监测班工作情况汇报管理规定》、《四川石化设备检修部状态监测班紧急情况应急处置方案》等。根据监检测业务的特点,我们在实践中形成了“设备故障诊断分析报告、专项分析报告、固定期间设备运行分析报告” 等3类报告制度和模板。针对开工期间乙烯三机频繁出现异常振动,创造性的开启《状态监测开工保运日报》;针对催化装置一段时期的低频振动问题,创造性的实施《重症设备监护运行日报》。针对大检修,我们编制了《大检修期间动设备监检测工作方案》《动设备状态监测停开工保运方案》等。这些制度及方案的及时制定、实施、修订,为监检巡工作的有序开展、问题的及时发现、汇报、处理提供了行动指南。今后要不断地通过总结、提炼,不断地把措施变经验,把故事变案例,把标杆变标准,把方法变制度,建立一套科学规范的长效机制,确保实现监测管理效益最大化的目标。

五、结论

通过7年的探索研究,四川石化深入践行“四集监测”模式,企业装备预知维修管理水平得到全面提升,设备全寿命周期运营成本持续降低,取得了令人满意的效果。未来,四川石化将以更加开放的格局、思维、视野,持续创新,力争在集成运营的广度、集成联动的速度、集成监测的精度、集成分析的深度上不断取得新突破,进一步把监测技术优势做专、诊断治疗效益做大、监测业务规模做强,为企业高质量发展和行业动设备健康管理不断注入新的发展内涵和创新动力。

参考文献

[1]高金吉.工业互联网赋能装备智能运维与自主健康[J].计算机集成制造系统,2019,25(12):3014-3025.

(信息来源:中国化工学会)

(图文无关)