導 讀

煉油裝置長周期運行具有良好的經濟和社會效益，國內外石化企業均把裝置長周期運行作為關鍵績效指標。Exxon Mobil、BASF等公司煉油裝置的連續運行周期均已達到5年或以上。近年來，我國煉油裝置的長周期運行水平不斷提高。截至2018年底，某大型石化公司所屬煉油企業全廠或單系列達到“四年一修”目標的有20家企業。

煉油裝置運行周期延長也提高了運行的風險。煉油生產是典型的流程工業，設備是生產穩定運行的關鍵因素。煉油設備運行環境惡劣多變，關鍵設備易損件多、故障率高。一旦發生設備故障可能導致重大事故，輕則影響生產效率；重則導致系統停車、生產中斷，造成重大經濟損失，甚至會出現惡性事故。石化行業的事故往往造成巨大損失，如美國墨西哥灣漏油事故、Texas煉廠爆炸事故、聯碳公司印度Bhopal事故、意大利ICMESA工廠的Seveso事故、英國Buncefield油庫火災爆炸事故等。所以，裝置運行周期的延長必須要建立在風險可控的基礎上。

當前，我國煉油裝置運行周期確定方法是對標國外同類裝置的運行水平，結合國內實際，綜合專家分析意見確定的。這種方法簡單易行，有利于企業的計劃排產和大檢修實施。但是，也存在科學性不強，裝置運行后期進入“耗損失效期”，工藝單元失效風險逐漸呈現“集中化”的特征，直接導致過程安全風險的提高等問題。

裝置運行周期評估技術

煉油裝置運行周期是指其在兩次停工大檢修之間的運行時間段(從停工大檢修后，裝置連續進料開始至切斷進料準備停工大檢修為止)。以“四年一修”為例，要求煉油裝置連續運行46個月以上，并始終保持裝置高效率、低損耗、滿負荷。

可靠性是指系統、設備或零部件等在規定的條件和時間內，完成規定功能的能力，以裝置的可靠性分析為核心，進行裝置運行周期的評估具有可行性。裝置運行周期評估技術研發技術路線見圖1。

其通過對故障數據的統計、計算，得到裝置的可靠性；并通過設備完整性現狀評估，對裝置的設備管理能力進行評估，得到修正系數；裝置可靠性和修正系數的乘積為裝置修正可靠性。通過計算裝置運行不同時間段的可靠性，得到裝置可靠性隨時間變化的規律曲線，為運行周期確定提供決策依據；并得到每一時間段設備可靠性最差排名，找到階段性的管理重點。

01

裝置可靠性計算

①設備可靠性計算

收集裝置基本數據、故障數據，建立關鍵設備故障數據庫，應用概率論統計模型進行設備可靠性計算，得到關鍵設備的可靠性。

a）資料收集。根據項目需要，收集的資料主要為反映裝置基本情況的資料和反映裝置故障情況的資料。

b）建立結構化的故障數據庫。對收集的數據進行整理和清洗，建立結構化的故障數據庫。對缺少故障數據以及數據不足的設備依據OREDA標準進行數據補充，并假定服從指數分布。

c）進行單體設備的可靠性計算。根據單體設備故障的數據，應用基于統計數學和可靠性理論的計算方法，進行單體設備的可靠性分析計算。故障數據回歸采用Weibull分布模型，數據采用最可能估算結果進行可靠性分析，最樂觀估算數據作為輔助參考。

②可靠性方框圖建立

RBD即系統可靠性方塊圖，是系統單元及其可靠性意義下連接關系的圖形表達，表示單元的正常或故障狀態對系統狀態的影響。可靠性方塊圖是利用互相連接的方塊來顯示系統的失效邏輯，分析系統中每一個成分的失效率對系統的影響，以幫助評估系統及裝置的整體可靠性等。圖中的串聯結構表示鏈上的任何一個單元發生故障時，則系統發生故障；并聯結構表示僅當所有單元均發生故障時，系統發生故障。

可靠性方塊圖不同于結構連接圖，各單元的連接方式不一定與其物理連接方式相一致；物流走向不代表物流在流程中的真實走向；方塊圖中串聯的各單元的先后順序不影響系統的邏輯關系。可靠性方塊圖中的每一個方塊既可以代表某個子系統，也可代表某個具體設備，或某設備上某具體零部件。

③系統、裝置可靠性模擬計算

a）系統模擬計算結果。將各設備在不同時間段內(1年、2年、3年、4年)的可靠性計算結果與系統可靠性方塊圖(RBD)相關聯，模擬計算系統的可靠性。

b）裝置模擬計算結果。根據系統可靠性模擬計算結果及各系統的邏輯關系，計算出裝置可靠性，并進行設備管理能力系數修正，做出裝置可靠性曲線，為裝置檢修周期的確定提供理論依據。

 

④關鍵設備確定

根據計算分析結果，確定設備可靠性最差排名，可靠性較差的設備確定為應重點關注的關鍵設備。對這些設備，應針對性地加強其運行、維護，并采取措施提高檢修質量，從而提高裝置可靠性，確保安全、長周期運行。

02

設備管理能力評估

裝置的設備管理能力評估是對裝置設備管理的一個綜合檢查度量，反映基層單位的設備管理水平及對設備風險的綜合管控能力；設備完整性管理水平越高，裝置長周期運行的安全風險越小。

參考國際通用做法、結合我國石化裝置實際情況，制定《裝置維修與可靠性管理評估表》，對裝置設備管理能力進行多維度打分，其總得分與國際大型石化公司平均得分的比作為可靠性修正系數FE。

03

修正可靠性及結果

裝置計算可靠性與修正系數FE的乘積作為裝置修正可靠性。以年為單位，計算裝置在不同時間節點的修正可靠性，并繪制可靠性隨時間變化規律曲線，按照可靠性高低獲取設備可靠性最差排序。

評估技術在常減壓裝置的應用

某公司3#常減壓裝置是主要的原油一次加工裝置。裝置2009年12月建成投產。設計加工沙輕和沙重混合原油(混合比為1∶1)，混合原油硫含量2.56%，處理能力為1000×104t/a。裝置主要由原油電脫鹽脫水部分、常壓蒸餾部分、減壓蒸餾部分、輕烴回收部分等組成。目的產品主要有:石腦油、航煤組分油、柴油組分油、蠟油組分油、減壓渣油及輕烴。裝置內設有塔頂注氨、注緩蝕劑、注水等防腐設施，為防止減渣系統結垢，設有阻垢劑注入系統。裝置的主要工藝特點有:采用國產高速電脫鹽技術、原油預閃蒸工藝、常壓塔采用多種高效塔盤、KBC減壓深拔技術、蒸汽+機械混合抽真空工藝等。

2012年8月份，該裝置進行了首次大檢修；9月24日，裝置交付生產，組織開工。2016年8月9日，裝置停工進行建成后的第二次大檢修，實現了“四年一修”目標。以此裝置為對象，對其運行周期內的可靠性變化進行了統計分析。

01

關鍵績效指標KPI確定

根據3#常減壓裝置的實際情況，對于單個設備以連續運行3年及4年后可靠性為KPI指標；對于裝置整體劃分為脫前原油換熱/電脫鹽/脫后原油換熱系統、初餾系統、常壓蒸餾系統、減壓蒸餾系統等子系統，以周期末各子系統連續運行3年及4年后可靠性為KPI指標。

02

建立結構化的數據庫

對收集的故障數據進行整理和清洗，建立結構化的故障數據庫，共整理設備故障數據1519條。對缺少故障數據以及數據不足的設備依據OREDA標準數據庫等進行數據補充，并假定服從指數分布。

03

進行單體設備的可靠性計算

采用化工工業設備故障的常見模型Weibull模型對歷史故障數據進行了回歸。應用最優擬合技術，獲取最佳韋伯參數，為后續的模擬提供數據支持。將韋伯參數與可靠性分析軟件相結合，對系統和設備進行模擬，部分設備的可靠性計算結果如表1所示。

04

可靠性方框圖建立

根據工藝流程及故障邏輯關系，將裝置劃分為脫前原油換熱/電脫鹽/脫后原油換熱系統、初餾系統、常壓蒸餾系統、輕烴回收系統、減壓蒸餾系統等5個單元，畫出每個單元的RBD圖，分析系統中每一個成分的失效率對系統的影響，以幫助評估系統的整體可靠性。典型單元RBD示例見圖2。

05

設備管理能力評估

按照制定的《裝置維修與可靠性管理評估表》對3#常減壓裝置進行設備管理能力評估，結果如圖3所示，其在維修培訓、預防性維修、維修自動化、可靠性工程等方面與國際大公司平均水平尚有差距，需要著重加強相關工作，提高設備管理能力。

06

裝置、系統可靠性模擬計算

①可靠性模擬計算結果

以可靠性作為主要評價指標，模擬計算結果顯示當裝置運行周期由3年改為4年時，無論是各子系統還是裝置的整體可靠性均有不同程度的降低，見表2。

對于全裝置不考慮管理修正因子，3年末系統的可靠性為0.9165，到4年末則下降到0.6925；考慮管理修正因子，3年末系統的可靠性為0.8907，到4年末則下降到0.6730。就是說裝置檢修周期從3年提高到4年后，裝置發生故障的概率大大增加。因此，3#常減壓裝置檢修周期從3年延長到4年應慎重考慮。

 

②可靠性最差設備排名

3年內及4年內對可靠性影響大的關鍵設備見表3、表4。

從設備可靠性最差排序可以看出:對于動設備，重點關注減一線及減頂回流泵(P-201A/B)、常頂循泵(P-107A/B)、常一線泵(P-104A/B)等；對于靜設備，重點關注常頂空冷器(A-101A-L)、穩定塔頂空冷器(A-301A/B/C)等。

分析發現，裝置運行周期由3年延長為4年時，穩定塔頂空冷器(A-301A)、減頂一級抽空器(EJ-201A/B/C)，減頂二級抽空器(EJ-202A/B/C)、減頂三級抽空器(EJ-203)、機械抽真空系統(PA-201)、常四線泵(P-117A/B)等設備可靠性降低較多。

結論和建議

a）通過對裝置故障數據進行統計分析，計算不同時間段裝置可靠性的變化，可以對裝置運行周期確定提供決策參考。但由于統計數據是對以往故障的統計，確定運行周期還需綜合考慮原料質量、管理水平、檢維修質量等因素。

b）依據煉油廠總流程及生產特點，分析裝置故障后對全廠安全影響、四大平衡(物料平衡、熱量平衡、氫氣平衡、瓦斯平衡)、產品出廠、環保排放的影響，確定影響全廠運行周期的關鍵裝置，并繪制全廠生產裝置及系統RBD圖，可以計算煉油廠的可靠性隨時間變化情況，進而科學決策煉油廠運行周期。

c）設備故障數據是可靠性分析的基礎，故障數據記錄是否齊全、格式是否規范直接影響可靠性分析結果。我國石化企業存在故障記錄內容不統一、格式不規范問題。建議按標準ISO 14224-2016《石油、石化和天然氣工業設備可靠性和維護數據的收集與交換》要求，記錄故障部位和現象的詳細描述、規范化定義設備故障模式(代碼)、故障原因和詳細描述、采取的維修方法和詳細描述(包括維修方法類型)等內容，并符合國際標準規范的模板，逐步構建我國石化行業故障數據庫。