往复压缩机基于状态监测与故障诊断的RCM技术研究

往复压缩机基于状态监测与故障诊断的RCM技术研究
【摘要】本文将以某石化公司120万吨/年柴油加氢装置往复压缩机组为例，以现有故障诊断与RCM技术为基础，基于实现两者结合的目的，研究一种基于状态监测与故障诊断的RCM技术。

该技术将RCM与先进的状态监测和诊断技术手段相结合，使其不但具有设备状态监测实时性和设备故障智能诊断功能，并且达到降低维护成本，提高往复压缩机的可利用率，延长大修周期的目的，进而提高整体的经济效益。

【关键词】RCM决策；状态监测与故障诊断；融合
0 前言
以可靠性为中心的维修（RCM）是一种方法或过程，用来确定必须完成哪些作业才能确保某种有形资产或系统能够继续完成使用者所需的各种功能。

它是建立在风险和可靠性方法的基础上，并应用系统化的方法和原理，系统地对装置中设备的失效模式及后果进行分析和评估，进而量化地确定出设备每一失效模式的风险及失效原因和失效根本原因，识别出装置中固有的或潜在的危险及其可能产生的后果，制定出针对失效原因的、适当的降低风险的维护策略。

设备状态监测与故障诊断技术是一种预测故障发展趋势的技术，是伴随着设备发展而来的状态采集与分析技术。

通过采集设备的运行状态数据，从而分析设备的运行状态是否存在故障隐患，对设备的运行状态进行分析和诊断，为维修决策提供一定的数据支持。

设备状态监测是对设备在运行过程中物理现象的变化进行的定期检测，其目的是随时监视设备的运行状况，防止发生突发故障，掌握劣化规律，合理安排维修计划，确保设备的正常运行。

故障诊断技术是状态监测后的识别和判断阶段，设备状态监测所获得的数据、资料是设备技术诊断的依据，因此状态监测是诊断技术的必要组成部分。

RCM是一种系统的风险分析方法，状态监测是获取机组运行状况的一种手段，两者都是制定维修策略的基础，以维修策略为目标，服务于最终的检维修策略。

将RCM分析和状态监测相结合，既具有预防维修和预知维修的特点，又具有主动维修根除设备故障的特点，有助于我们更好的了解设备运行状况，做到预知维修，减少装置不必要的停车，提高生产效率。

目前，国内还没有类似的应用，我们以某石化公司120万吨/年柴油加氢装置往复式压缩机为例，尝试离线状态监测和RCM分析相融合，来指导往复式压缩机的日常运行及维护保养。

1 离线状态监测和RCM的融合
1.1 融合的思路
对于往复式压缩机来说，我们通过RCM对其进行设备关键度分析，得出关键部位有5个，分别为：气阀、缸套、十字头、电机和曲轴。

对这5个关键部位
进行分析得出11种主要故障模式，它们分别为：（1）活塞磨损；（2）缸套磨损；（3）十字头松动；（4）气阀磨损；（5）曲轴机械松动；（6）电机转子不平衡；（7）电机机械松动；（8）电机轴窜动；（9）机组对中不良；（10）密封泄露；（11）汽缸破裂、泄露。

通过RCM软件，我们对这11项失效模式进行影响分析，确定失效后果，评价安全、环境、维修成本和生产损失等级，并根据总体失效等级的高低以及历年维修记录、装置上有经验人员来讨论确定每种失效模式下的维修策略；而离线状态监测系统又通过对往复式压缩机的状态监测，确定压缩机可能的失效模式，并把失效模式反馈给RCM小组，同样通过RCM的分析得到最后的失效等级和维修策略，我们再结合状态监测给出的结果，做出最终的维护维修策略，达到二者的相互融合。

1.2 方案确定
经过RCM小组和故障诊断实验室的多次讨论，初步确定了RCM软件和故障诊断专家系统的融合方案，实验室利用专家诊断系统为RCM提供压缩机关键设备的失效模式，RCM小组根据提供的失效模式利用RCM软件给出每种失效模式所对应的维修决策和风险等级，然后把这些维修决策和风险等级以数据库的形式链接到故障诊断专家系统从而实现这两个软件的结合。

具体的实施步骤如下：
（1）根据柴油加氢装置对往复式压缩机历年来的检维修记录、故障诊断专家系统所诊断出的故障诊断结果进行分析总结，确定出往复式压缩机关键部件（如曲轴轴承、十字头、缸套、进排气阀、电机等）的各种失效模式。

（2）将每种失效模式应用RCM分析软件进行分析，确定出它们所对应的故障原因、风险等级（包括对安全风险、环境风险、生产损失风险、后续维修成本风险、总体风险）及相应的维修决策（包括维护策略、维修任务、任务描述、维修时间间隔、维修人员）。

软件分析得最终结果为包括以上内容的Excel文件。

（3）在故障诊断专家系统程序的基础上进行修改，加入“RCM”这一项，包括“RCM决策”和“RCM决策库”两个内容。

通过编程，将上述Excel文件的内容导入到“RCM决策库”，以数据库的形式在故障诊断专家系统内存储起来。

同时将此系统更名为“往复压缩机故障诊断与RCM决策系统”。

（4）对往复式压缩机进行振动数据采集后，应用往复式压缩机故障诊断与RCM决策系统的“诊断故障”项，得出往复式压缩机的诊断结果，然后通过“RCM”项的“RCM决策”功能得到对应的失效原因、风险等级和维修决策，并且可以通过“保存”或者“打印”按钮形成书面报告，便于维修决策的执行和存档。

1.3 融合的实现
120万吨/年柴油加氢装置压缩机的故障诊断专家系统主要是采用Borland C++ Builder 开发，它不仅具有新颖的可视化设计工具，还配有数据库引擎，可
以通过SQL连接或ODBC访问多种数据库，并具有开发基于Client/Server模式的数据库应用程序的能力。

当我们进行故障诊断专家系统和RCM软件的融合时，通过EXCEL电子表格的处理功能可以解决C++ Builder 自带报表工具功能少的缺陷。

C++ Builder调用Excel常用的方法有两种：一种是利用OLE技术调用Excel。

OLE（对象的连接和嵌入）是微软公司提出的标准，它提供了一种用源于不同应用程序的信息创建复合文档的强有力方法。

第二种是利用ODBC数据库技术调用Excel。

第一种方法比较简单，方便，本文采用第一种方法。

首先，对故障诊断专家系统提交的关键部位的失效模式进行失效影响分析（FMEA），得到在各失效模式下的失效可能性，失效等级及总体风险等级，通过总体风险等级的高低来确定该失效模式下的维护维修策略，同时，将故障诊断专家系统得出的诊断结果和FMEA结果及维护维修策略融合到已经确定好模版的EXCEL表中，如表1。

然后，我们利用C++ Builder在故障诊断专家系统中添加“RCM决策”和“RCM决策库”，通过OLE技术从故障诊断专家系统调用上述Excel表格，得到如下结果如图2。

通过RCM决策的查询，就可以非常直观的看到每台压缩机不同测点下的各种失效模式，而且得到了由RCM分析出的该失效模式下的风险等级及维修策略，这就极大的方便了工程技术人员对设备的管理和维修维护。

1.4 融合的效果
传统的对往复压缩机进行故障诊断和RCM决策必须使用两个软件（故障诊断专家系统和RCM分析软件），才能既得到故障诊断结果又得到相应的故障后果和维修决策，这势必会产生资源浪费，降低工作效率和准确度，特别是当往复式压缩机产生高风险失效时，如果不能及时给出预防维修策略就容易引发事故，不利于保证往复式压缩机的可靠性，而将两者之间进行融合后可弥补相互的不足，实现同一软件既可以给出往复式压缩机的故障诊断结果，又可以给出相应的RCM决策，对于提高压缩机的可靠性，减少不必要的停车有很大的生产意义。

2 结论
通过对往复压缩机故障诊断技术和RCM技术进行现状分析，提出故障诊断与RCM结合的方案，并以软件的形式实现。

通过在故障诊断专家系统的基础上加入RCM决策功能，形成了“往复压缩机故障诊断与RCM决策系统” 。

该系统既可以实现往复式压缩机的故障诊断，给出故障诊断报告，又可以给出相应的RCM决策（包括失效原因、风险等级和维修策略），实现了故障诊断和RCM技术的有机结合。

对于提高往复压缩机故障检修效率，优化配置企业维修资源，节约企业成本，提高经济效益等都将产生重大的工程实际意义。

【参考文献】
[1]马芙蓉，张治军.关于状态监测与RCM 的发展思考[J].职校论坛，2009（33）.
[2]张菡英.现代设备管理方法之一：设备状态监测与故障诊断简介[J].山东化工，2010，30.。