RCA工具在燃气透平发电机组故障排查与维保体系中的应用

RCA工具在燃气透平发电机组故障排查与维保体系中的应用韦涛;宋力
【摘要】燃气透平发电机组是石油开采设施配置电站时常用机组,其正常运转和维保直接关系到石油生产和生活.本文介绍了始于上世纪90年代末引入设备管理领域的RCA(根本原因分析法)工具的概念和实施过程以及燃气轮机机组维保体系现状,同时通过两例详细的RCA过程实践,提出了将RCA工具引入燃气轮机维保体系中的应用策略或推广方案,构建了RCA工具参与下的维保体系模型.
【期刊名称】《资源节约与环保》
【年(卷),期】2012(000)005
【总页数】7页(P160-166)
【关键词】RCA;燃气透平发电机;设备维保体系;故障案例分析
【作者】韦涛;宋力
【作者单位】中海油能源发展采油服务公司,天津塘沽,300452;中海油能源发展采油服务公司,天津塘沽,300452
【正文语种】中文
1.前言
RCA（Root Cause Analysis）工具，即根本原因分析工具，是一种找出和消除重复导致事故事件发生的根本原因的工具。

现今RCA工具在整合事件资源、人力资源，运用固定的分析流程得出处理方案，以最终达到消除事故事件的直接原因、根
本原因和系统原因表现出突出的先进性。

在燃气透平发电机组维保体系中，将RCA工具建立在以已有设备故障现象数据的前提下展开针对该故障的地毯式诱因
普查，在给处理故障指出一个明确的方案的同时，也为机组隐患排查和零部件及系统性能有了一个直观的认识与掌握，将会对现有燃气轮机的维保体系起到一个很好的补充与优化的作用。

2.RCA的概念和内容
根据美国能源部1992年发布的《根本原因分析指南》中，把根本原因定义为：指一种原因，当这种原因被纠正以后，将会防止此类事故或者类似事故的再次发生。

PII公司对RCA定义为：通过一整套系统化、逻辑化、客观化和规范化的分析方法，找出设备故障的机理和根本原因，并通过制定合理的纠正措施彻底消除这些根本原因，从而恢复设备的功能，防止同样或类似故障重复发生的一种解决设备故障问题的分析方法。

RCA在设备管理方面的实施过程基本上包括以下几个部分：
2.1 数据收集
在设备维保管理中，当设备出现失效或者异常情况时，需要立即展开RCA数据收集，收集的数据包括设备故障前、故障发生时、以及故障发生后的基本运行参数、现场零部件表面情况、设备运转环境因素、操作人员操作过程以及其他一些同事故发生的有关因素。

2.2 事故原因分析及措施制定
在事故原因分析过程中，通常采用因果分析图法。

因果分析图遵循追溯原则，同时包含三要素，即最近端直接原因、证据、解决方法（如图一）。

在做设备故障失效RCA过程中，需要管理团队各个职责人员的参与，组成RCA
团队。

团队成员应包括设备管理部门主要负责人作为RCA组长（负责协调设备维保各个部门成员的合作与安排）、参与设备故障处理的专业技术人员、设备所属操
作人员等。

2.3 解决方案制定、实施与评估
根据分析完因果分析图，检索出故障处理的解决办法和需要各个部门完成的工作，列出工作布置表。

各个部门根据部署表的内容和时间要求进行故障现象的确认和解决，将确认和解决的结果记录在部署表内。

当找到事故的根本原因并做处理措施后，要对处理措施做评估，确保该措施能够彻底解决类似事故，防止类似事故的再次发生。

表一 RCA解决方案部署表
2.4 RCA数据引申应用
当设备故障处理完毕后，针对RCA数据进行引申应用。

包括将类似事故的所有原因的解决方法与系统原有设备维保工作的项目对比，找出系统中不全面、不精确或者错误的维保内容，加以纠正与补充。

针对设备故障的根本原因是设备零部件故障或原设计不合理的情况，只要有充分的证据和前例，可以以RCA数据作为依据进行设备系统改革创新。

3.燃气透平发电机维保体系现状
据了解，在大多燃气透平发电机的维保体系中广泛使用的是预防性维修PM （Preventive Maintenance）和简单的预知性维修PcM(Predictive Maintenance)相结合的维修体系。

预防性维修的特点是为了降低零部件或系统失效概率或防止功能退化，按照预定的时间和标准实施的强制维修和检查。

采油设施设备管理部门根据燃气轮机厂家给出的参考资料和设备使用要求，制定了包括 800h、2000h、4000h、8000h PM 工单，结合计算机软件（如MAXIMO管理软件）形成了燃气透平发电机的预防性维修管理制度。

该制度通过多年的实践证明，对燃气轮机的稳定运行和机组寿命起到
了重要作用。

但是，PM制度也存在明显的不利方面：
（1）以时间为基准的强制行维修或仅有的强制检查势必造成过度维修或过少维修。

（2）设备投产初期PM制度不适用于已经运转多年时间的老设备和老系统。

（3）PM制度中的工单内容制定是以厂家标准工况为基础的，但设备所处工况包
括环境因素、负载轻重情况、燃料品质等都有所区别，如果一概只按照PM工单
执行设备维保工作，可能会造成设备维保偏失。

轮机的预知性维修PcM是在对燃气轮机运转数据的监测基础上进行的。

燃气轮机数据监测主要在以下几个方面：
（1）操作人员点检数据和运行数据的抄录。

人员在燃气轮机橇内运行情况的检查、橇外仪表数据抄录和监控软件。

人员巡检和数据记录的目的是随时观察橇内外有无异常情况，掌握机组运转数据有无明显变化趋势，这种以人的能动性为基础设备数据监测有助于操作人员对机组运转状态的直接把握。

（2）监控软件的数据监测系统。

包括重要参数的历史记录和曲线分析、机组运转综合性能分析、机组压气机污染指数计算以及机组的报警关断系统等。

这些实时、充分的数据记录给维保工作提供了直接的依据。

（3）机组滑油的油液分析。

目前维保体系中规定了对机组的滑油每三个月取样化验以监测机组内部轴承和齿轮箱的磨损状态等机组重要因素。

燃气轮机的预知性维修是建立在数据的基础上的，这就要求设备管理人员对数据的较高敏感度和对数据的勤于观察。

依靠预知性维修，我们可以确切的掌握机组的运转状态是否健康，同时可以根据数据决策需要做的检修或保养。

但是，预知性维修的盲区在于零部件本身质量的变化，因为局部的零部件失效造成机组故障无法在预防性维修中涉及到。

除了预防性维修和预知性维修外，海上燃气轮机机组的故障在处理完后都以故障报告的形式给出。

故障报告包含三个部分，故障描述、故障分析、解决方法，这几个
部分都是针对故障解决完后形成的直接报告，不涉及引起故障的其他可能原因和预防措施，同时其解决方法针对性强，往往治标不治本，造成故障的反复出现。

总体而言，目前的燃气透平发电机维保体系较为全面涵盖了机组的维保内容和性能监测。

但在故障处理方面没有给出明确的方法和策略，同时维保内容相对固定而不能因机组服役期延长等外界因素而改变，另外现有维保体系未涵盖对长期使用的系统零部件的失效预期与检查。

4.RCA在燃气透平发电机维保体系中的应用案例
笔者所在渤海明珠号FPSO上配置有燃气透平发电机4台，其中两台
ROLLS&ROYCE机组是早期建造FPSO期间配置，距今几近20年，两台SOLAR 机组与2003设施整体改造时新增发电机。

近年来，几台主机动力部分多次达到预订大修时间，也顺利完成主机大修或交换机组项目。

然而，伴随机龄的增长，机组的辅助系统包括滑油系统、燃料系统等经过多年的使用，经常会出现意想不到故障，给电站稳定和日常生产生活造成一定的影响。

笔者所在渤海明珠号维修部门在引进RCA工具后，成功处理了多次机组疑难故障，同时在处理故障后针对RCA过程中的数据和分析内容，建立了一些新的检查制度、针对特殊零部件失效情况提出了系统改进等，在故障处理过程中也对所属系统零部件进行了彻底的检查。

在今年年初至今，渤海明珠号运用RCA工具，成功处理了机组喘振故障、起机速度爬坡失败故障、机组滑油高温故障、机组橇内火气报警事故以及机组起机停滞等疑难故障。

在此以SOLAR机组橇内火气报警导致停机故障和R&R机组起机爬坡失败故障为例，详述RCA在燃气轮机故障处理和管理中的
实践方式。

4.1 案例一：SOLAR T60机组橇内火气报警故障RCA过程
（1）数据收集
3月1 3日，SOLAR D机经过维修各部门详细检查并恢复CO2气瓶后，用燃油启
机试验。

在燃油方式下启机后各参数无异常，切换到燃气模式以观察吹扫阀动作和柴油管线温度。

发现吹扫阀在主燃油关断阀动作后开启，约10S左右关闭（逻辑动作要求20S。

）。

在此过程中检测柴油管线温度，没有发现温度有明显上升。

为了再次确认，重复了切油再切气的过程，同样观察到阀动作和温度无异常。

在观察半小时后，SOLAR D机带载供电。

设施操作人员在D机带载后，每隔十分钟对柴油管线温度进行检测，离喷嘴距离稍远的位置开始温度均为30～50℃左右，并在C机上测量同样位置对比，温度几乎一致。

加密观察直到晚上21：00，确认无异常后，每隔2小时巡检定点测量温度。

21：00后回复火气系统自动状态。

此过程持续到3月15日，仍无任何异常现象。

3月16日上午8：15，为了停机检查天然气压缩机，将三台主机切换到燃油模式。

9：30，燃油模式切换到燃气模式，切换的过程中观察吹扫阀动作和柴油管线温度正常。

此后每两小时巡检定点测量燃油管线温度，直到下午17：00左右的巡检无异常；
下午19：00设施操作人员照例打开撬门准备测量温度时，发现柴油管线pigtail 和燃油分配器（如图二）部烧红。

图二平发电机pigtail燃油分配器
（2）因果分析图
图三因果关系图局部视图
根据事故的数据分析，海上维修团队讨论的结果，做出如图三因果关系分析图，原因锁定在以下几个方面，包括燃油吹扫阀泄漏或吹扫时间过长、主燃料管线上的单向阀破损泄漏、PCD反窜或循环、燃油分配块有缺陷等几个问题上。

（3）解决方案部署表
以下是针对以上四个原因的检查方案部署表和完成情况。

（总体RCA部署表更全面，此处以四个方面为简例）
部门检查发现，燃油分配块在燃料分支管线上有非常细小的裂纹缺陷（如图四），同时比较新旧型号燃油分配块，发现型号差异表现在燃油分支馆内的阻尼孔差异，新型号滑油分配块有阻尼孔用于阻止喷嘴间的高温气体窜流。

图四燃油分配器
（4）RCA分析结果引申
本次RCA找出了故障的根本原因和解决方法，在整改过程中，RCA的收获不仅仅是处理了故障，通过RCA中的各种原因分析和检查情况，我们大致可以得出以下需要关注和改进的地方：
1）橇内由于燃料管线或阀门等部件的外漏碰上高温表面是可能造成机组橇内失火的潜在隐患。

所以需要制定针对燃烧类设备定期的火灾隐患排查，包括对管线表面缺陷、接头是否松动、管线震动磨损情况以及火气系统等的检查和确认。

由此RCA，我们建立了全船燃烧类设备的火灾隐患专项检查制度。

表二检查方案部署表
2）老型号燃油分配阀的内在设计问题是造成此次事故的一个重要原因。

而我们的设备管理中却没能及时更近厂家的服务公告，及时更换新型号燃油分配块。

由此，我们在今后的工作中要及时与服务商沟通，了解最新服务公告等信息。

在RCA过程中，我们对相关零部件进行了检查，发现了一些平时没有机会发现的隐患。

例如在检查主油路上的单向阀时，发现单向阀内O型密封圈已经缺失四分之一，无法起到密封作用，失去了其设计功效。

但在此次RCA前几组仍然在此隐患下运行，只是还没因此发生故障而已。

由此，我们体会到针对辅助系统的一些长期服役的部件，我们需要做定期检查或者更换。

4.2 案例二：双罗A机火气关断报警后启动爬坡失败故障
(1)数据和信息收集
双罗机组在发生火气报警后，在高速带载情况下停机。

操作人员将火气报警复位后
启动机组，发动机点火正常，发动机转速从2200rpm开始上升到5600rpm，报警停机。

报警描述为：TURBINE STAGNATION。

检查此报警条件为：监测透平启动过程中，判断连续3秒内，发动机每秒转速上升小于40转。

判断为加速过程中燃料和气路供应问题。

现场对燃油管线上的滤器进行检查更换，包括橇外双联滤器，橇内Y型滤器，燃油泵出口高压滤器。

清洁燃料气滤网。

再次启动机组，观察bleed valve状态。

机组在启动加速到5600附近，同样的报警停机。

Bleed valve有空气排出，因转速低排气量很小。

在排除燃料系统滤器等节流问题后，进行RCA分析全面排查。

(2)RCA因果分析图
通过维修团队集思广益，采用头脑风暴的形式对机组故障可能原因进行分析，列出因果分析图如下：
图五因果分析图局部图
(3)RCA措施部署和结果
图六燃料系统图
在RCA过程中，基本排除高温超速和机组转阻大两个大方向的原因后，我们将问题锁定在机组动力不足的角度。

根据前期机组保养和故障排查工作，我们将问题重点集中到如下几个重点排查方面，一下是排查点和排查结果：（附燃料系统图）表三排查结果表
(4)RCA引申
1）在此次故障处理RCA过程中，我们检查了包括燃油系统、燃气系统、仪表气系统，这些系统都是导致机组爬坡故障的可能因素。

在此检查过程中，我们对这些系统的有了更加深入的了解和状态的掌握。

2）在最终根本原因的分析发现，速度感应阀是一个容易损坏的机械传动部件，容易造成机组无法运转，参与讨论的人员认为有必要对这种机械感应防喘方式做一个
改革创新，即该造为以采集速度信号和电磁阀控制模式的防喘方式。

5.RCA在燃气透平发电机维保体系中应用模型
结合以上对海上现有燃气轮机的维保体系现状的介绍和两个RCA运用案例的分析，我们可以发现，RCA工具是建立在以已有设备故障现象数据的前提下展开针对该
故障的地毯式诱因普查，在给处理故障指出一个明确的方案的同时，也为机组隐患排查和零部件及系统性能有了一个直观的认识与掌握，总体而言，RCA工具的应
用是对现有燃气轮机的维保体系起到一个补充与优化的作用。

具体模型如下：
5.1 RCA工具参与下的燃气透平发电机维保体系模型
5.1 该模型对P M体系的优化与补充
RCA过程以现有设备状态为基础对设备可靠性做出分析，给出措施和意见，这些
措施中就包括建立以时间为基础的新的定期工作项目或者RCA发现已有PM工单时间间隔和工作项目不适合的情况，根据新的RCA结果，我们可以对已有PM工单进行改进，也即对PM体系的一个优化的过程。

5.2 该模型对PdM体系的优化与补充
1)PdM预知性维修体系是建立在现有监测数据的基础上展开对机组性能和机组零
部件可靠性的未来预期和维修保养。

简言之，预知性维修是对未发生的事情提前做出故障判断和处理。

RCA过程中，我们将已经发生的故障做出详细分析，这些故
障分析案例将为PdM预知性维修体系提供更加真实可靠的数据，丰富了预知体系中的的内容和方向。

2)RCA过程中，不仅仅处理了故障，也利用这个机会进一步大面积的对某个系统
进行了检查和确认，得出的结果可以作为机组性能和状态预测的基础，即RCA过
程给PdM提供了机组某系统现状数据信息，丰富了预知性维修数据库，也某些系统预知性的盲区。

5.3 该模型的其他作用
1)RCA过程中，涉及的原因多种多样，包括系统性的原因，例如人员管理、岗位职责明晰、现有备件管理制度等。

在RCA过程中，对不合适的人员管理理念和设备管理理念做出分析和判断，有助于我们对不合时宜的理念和制度做出改变。

2)RCA的结果暴露出系统的设计缺陷或选型缺陷，如果要彻底改变故障的频发，我们需要对系统进行优化创新。

例如R&R机组的防喘控制信号采用的是机械传动速度信号，速度感应阀容易出现故障导致机组趴窝，多次影响机组运行，由此我们可以在此对防喘系统做技术优化。

所以RCA工具是设备优化创新的重要推动力。

3)团队成员在参与RCA过程中，通过集体讨论和辩论的形式详细地了解了系统知识，提高了团队成员的技术水平和维修团队的整体实力。

参考文献：
【1】徐东明.RCA/CA：根源分析和纠正措施.科教文汇（下半月）2006年04期【2】赵婉.可靠性工程师资格考试辅导教材之三——根源分析方法.质量与可靠性【3】高立刚，吕群贤.设备失效根本原因分析技术和方法及其在广东核电的应用[J].核科学与工程，2004,（24）：2.
【4】刘义乐.RCA在设备管理中的应用.维修精粹
【5】李保文.设备管理创新与TnPM.中国机械工程学会TnPM推进中心。