化工机械设备失效数据研究

表( 要求操作模式
&('朱江&!8; 系统常见故障排除经验&F'&自动化应
用")%$%+%I, (0120'&
&3'程永红分析处理及
维护防范措施& F' &中国仪器仪表")%$$+%), (9I20$&
&9'刘一福"吕锋"刘晓军&!8; 网络和控制器故障的
分析及防范& F' &电力安全技术")%%0+%9, (I2$$&
没有独立于初始事件因此不能作为独立保护层
建立化工机械设备失效数据库是未来的发展趋势目
9场景频率计算 场景频率按式$计算
前很多企业已经根据设备失效联锁误动作等情况开始逐
2"/ m2&/ s23/ s
4 !m$
5+)/!s6.m$
5+)/.
$
式中27/ 为初始事件Z的后果8的发生频率*e2&/ 为
民经济息息相关"近年来"化工行业生产保持着总体增长" 关失效率信息"但是可能没有按照有用的形式进行收集#
但工业增加值增速整体居于低水平状态# 化工行业经营 例如某些化工企业的设备维修记录"统计信息不全$未对
效益持续变差"营业收入近三年来持续下降"化工行业安 不同类型的设备进行分类等情况"设备维修完全取决于现
初始事件Z的发生频率*e23/ 为使能条件发生概率*e
5)+Zf为初始事件Z中第f个使能条件数据55)+Z+为
初始事件Z中第+个阻止后果8发生的独立保护层的失效
概率 *e
通过场景频率计算问题发生频率为9s$%2( *e
步建立相关设备失效数据库 通过化工设备失效数据库 的建立可以使设备在;#7评估中选用准确的数据避免 ;#; 系统过度保护节省大量费用还可以避免因;#; 系统 保护不足而出现安全问题 同时还可以将化工机械设 备失效数据库的相关数据用于设备的预知性维修策略中 降低安全生产事件的发生概率提高设备的经济性和可 靠性
没有考虑不同的应用环境等# 选用此类数据可能会造成 商提供的数据来源主要来自实验室得出的数据和用户反
安全完整性等级';#7(的定级结果不准确"导致安全仪表 馈的数据# 在实验室得出的失效数据通常会基于一定的
系统';#;(配置不合理"存在两个极端情况#
假设条件来得出失效数据"如有大约)95的设备交付后被
序号故障名设称备
设备 设备 平均 平均故障 介质供货商失效概率周期'年(
$ 压力调节阀正己烷厂家) %&$ $%
) 压力传感器正己烷厂家( %&$ $%
化工机械设备失效数据库的作用 3&$ 提高;#7评估的工作质量 在;#7评估中"可通过化工机械设备失效数据库直接 调用相关设备的失效数据"用7"6W方法进行;#7定级"使 ;#7定级结果更为准确"从而实现对;#; 系统的合理配置#
项目基金中海油安全技术服务有限公司科研项目(
VW`"6分析!;#7定级与验证工具研发
作者简介陶富云+$'I($4,"男"汉族"山东无棣人"
关键词化工机械设备%安全仪表系统+;#;,%安全完整性等级+;#7,%基本过程控制系统+\68;,%安全仪表功能+;#D,
'化工行业现状及化工机械设备面临的问题
是必须有大量的检维修数据"才能进行统计分析# 另外"
化工行业是国民经济的产业支柱"它的发展状况与国 许多化工企业都有设备维修记录"里面体现了;#; 系统相
第一种情况"化工机械设备处于过度保护状态"导致 存放在仓库里'未投用("其余设备在线使用的设备工作状
安全仪表功能';#D(回路投入费用偏高"维保费用高"影响 态为每天两个班次"每周操作9 天# 实际上"化工企业的
企业盈利#
机械设备不是这样的使用状态"有的机械设备是不间断连
第二种情况"化工机械设备因保护措施不足而处于危 续使用的# 供货商收到反馈的设备失效数据与用户自己
($%' 关闭造成凝液泵抽空损坏凝液介质泄漏遇点火源 在化工机械设备正常运行过程中通过化工机械设备
发生爆炸 该公司的风险容许度频率为$s$%29 *e
失效数据库的相关数据开展分析明确该提前更换或维护
)初始事件频率的确认 本次选定初始事件为7#82 的部件从而避免因设备失效造成工艺流程的偏离杜绝
记录和第三方数据库获取失效率信息*$+"但仍然无法解决 不合理# 因此"在化工企业实际检维修工作情况的基础上
根本问题"如许多企业虽有检维修记录"却没有按照有效 建立化工机械设备失效数据库非常必要#
的形式进行收集整理)供货商记录没有考虑工艺条件或工 )&) 供货商记录
艺环境)第三方数据库只是按照设备类别进行了整理"但 购买设备后"可以由供货商提供设备失效数据# 供货
($%' 液位控制回路故障其失效频率为$s$%2$ *e
因设备失效而造成的安全生产问题 例如维修人员根据
(使能条件确认 由于凝液罐U2($%' 处于普通 化工机械设备失效数据库的数据知道到某个压力变送器
工艺区因此点火概率选取为9%5 现场人员) 小时巡 要达到出现故障周期的年限了维修人员可在压力变送器
<i#!W
行检修后"需要将检修信息录入化工机械设备失效数据库
设备可靠性手册*9+等# 这些数据基于不同专业公司的实 中"录入内容主要包括设备名称$设备介质$设备所属工艺
际现场经验"按照设备类别整理"但这些数据没有考虑不 系统$设备投用日期$设备故障日期等内容"如表$ 所示#
同的应用环境且信息不全面"无法对某些设备的;#7评 如查询液位调节阀的故障"可以通过相关要素内容查询"
是有差异的# 因此"将维修设备的介质$工况等因素填入 气出口管路均为带压状态# 凝液罐受液位控制回路'7#82
系统中"进行分类统计# 例如将介质分为原油$汽油$柴 ($%'(控制"7#82($%' 检测凝液罐'U2($%'(液位"通过液位
油$天然气$液化石油气$正己烷$海水等"将化工机械设备 调节液位阀'7U2($%'( 控制液位# 经凝液罐'U2($%'( 脱
些政府机构"参与该数据项目的收集工作)此外还有著名 面的要求#
的 海上平台可靠性数据 "=<!W'"XXCL>BN=N?/ZM/?/Oe!ZOZ(
(&$ 数据实时更新
手册*(+$美国化工协会过程设备可靠性数据库6<=! 在设备正常生产过程中"当现场人员发现问题对其进
以及 安全 ' 6B>,NCC<c^/KTN-O=N?/ZM/?/Oe!ZOZ( *3+
的材质进行分类# 这样我们就能得出准确的设备故障的 气处理后的凝液输往下游工艺单元进行处理# 7#8($%' 控
失效概率"如输送海水的碳钢材质管道腐蚀概率较高"输 制回路具备提醒中控操作人员的高液位报警'7WV2($%'(
送柴油的碳钢材质管道腐蚀概率较低#
和低液位报警'7W72($%'(的功能# 目前需要确定凝液罐
0风险评估与决策 7#82($%' 液位控制回路故障
导致7U2($%' 关闭造成凝液泵抽空损坏凝液介质泄漏
遇点火源发生爆炸后果等级为9 级风险容许度频率为
后果发生频率为 $s$%29 *e
9 s$%2( *e
为保证后果发生频
率小于$s$%29 *e需要对凝液罐U2($%'配置液位低低联
$
正己烷缓冲罐 液位调节阀27U2)%$I
正己烷正己烷系统厂家$
)%%'&'&'
)%$'&$)&$3
卡阀滞门"开开关启动困作难气内缸壁活摩塞擦被力破加坏大"
(&) 数据进行分类管理
例如!凝液罐'图$(# 来自上游工艺设施的凝液进入
由于受介质$工况等因素影响"设备故障的失效概率 凝液罐'U2($%'("凝液供料管道$凝液罐'U2($%'(及伴生
估和预知性维修工作提供数据支持#
可以了解到在哪个工艺系统$哪种设备$哪种介质的工况
优化化工机械设备失效数据的统计方法
下"调节阀容易出现故障# 还可以通过设备投用日期$设
为了保证;#7定级过程中引用的数据更为准确"并提 备故障日期了解到设备在此工况下的故障周期#
表$ 故障数据录入内容
序号 设备名称和位号 设介备质 工设艺备系所统属 供设货备商设备日投期用 设备 日故 期障 设备故障现象 设备故障原因
锁相关;#7等级按照#<80$9$$ 的要求确定如表( 所示
参考文献 &$' & 美' 保罗格润"& 美' 哈瑞7&谢迪&安全仪表系统 工程设计与应用& [' &第二版&张建国" 李玉明" 译&北京( 中国石化出版社")%$I& &)'朱明飘"席亚宾&!8; 系统常见故障分析及处理措 施探讨& F' &自动化与仪器仪表")%%I+%9, (0920I&
险状态"随时可能发生安全事件#
留存的检维修记录存在很大差异"供货商的提供的数据一
同时"此类数据无法提前预知设备故障情况"导致预 般不符合实际情况# 造成这种状况的主要原因是很少有
知性维修策略实施难度增大#
用户在机械设备超过质保期后仍将故障信息提供给供货
因此"建立能区分不同工艺条件$不同供货商及其产 商# 如现场服役十年的变送器"用户对实际检维修中获取
全事件频发是造成此情况的主要原因之一# 为避免安全 场人员的管理经验来决定设备是否维修或更换"丧失了失
事件的发生"获取设备失效率信息是非常重要的一个环 效数据对于执行预知性维修策略的指导意义"同时还会影
节# 目前行业中相关人员主要是通过检维修记录$供货商 响;#7评估对于设备失效概率的取值"导致;#; 系统配置
供货商记录和第三方数据库获取失效率信息"下面就化工 更容易出现故障或损坏#
机械设备数据收集方法进行分析!
因此"供货商在以上这些情况下收集的设备失效数据
)&$ 检维修记录
通常不具备统计意义#
化工企业的检维修记录是最好的数据源# 它能代表 )&( 第三方数据库
应用环境$维护规程以及供货商的关注点等一手信息# 但 目前行业中已经有了一些可用的商业数据库"如
(&( 数据取值范围广
' U2($%'( 液位低联锁的;#7等级#
通过大量化工企业进行网络数据共享"便于统计"在
大数据统计的情况下"化工企业通过数据查询就可以了解
到设备的故障情况"取同类设备$同类介质的故障数据的
平均值作为;#7定级中使用的数据及制定设备预知性维
修策略的依据"如表) 所示#
表) 设备平均失效概率和平均故障周期
图$ 凝液罐 进行;#7定级的步骤如下!

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机械化工
科技风 年 月
$场景识别与筛选 场景由初始事件和后果构成 机械设备失效数据库对提高;#7评估质量是非常重要的
选定的初始事件为7#82($%' 液位控制回路故障导致7U2 3&) 优化预知性维修策略
)(
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科技风 年 月
机械化工
6!; 数据手册即;#JY<D;#; 的可靠性数据*)+"由多家国 高预知性维修技术的水平"需要在化工行业中建立一套化
际石油公司$控制及安全设备供应商$专业咨询单位及一 工机械设备失效数据库# 故障数据库应具备以下几个方
品型号的化工机械设备失效数据库"对于化工机械设备开 的失效数据一般不会反馈给供货商的#
展预知性维修工作和;#7评估工作是尤为重要的#
另外"供货商的失效数据"特别是现场的仪表设备"一
(化工机械设备数据收集方法现状分析
般没有考虑工艺条件或环境因素# 仪表设备在恶劣$强腐
化工机械设备数据收集方法主要有通过检维修记录$ 蚀的环境中使用"远比在洁净的工艺条件下和工作环境中
机械化工
!"#!$%&$'(') *+&,-./&$01$21(3$&)%)()$%)I
科技风 年 月
化工机械设备失效数据研究
陶富云4赵 宁4叶海春
中海油安全技术服务有限公司!天津!#$$"%*
摘4要通过建立化工机械设备失效数据库"合理选取失效数据进行安全仪表系统评估"使安全仪表系统得到合理配 置%建立化工机械设备失效数据库可以实现设备的预知性维修"降低设备突发故障的频率"为安全生产保驾护航#
检$ 次每次在此区域停留$) 分钟所以人员暴露概率选 出现故障前对此压力变送器进行维护检修或更换避免因
取为$%5
压力变送器故障而出现工艺偏差从而保障了工艺系统的
3独立保护层评估 虽然7#8($%' 控制回路具备提 安全运行
醒中控操作人员的低液位报警7W72($%'的功能但是它 化工机械设备失效数据发展趋势展望