大型制氧系统的可靠性管理

余良柱 高 远

作者通联：宝山钢铁股份有限公司能源环保部制氧分厂上海市 200941

E-mail：yuliangzhu@baosteel.com

制氧设备的稳定性与可靠性会直接影响到制氧系统运行的安全。宝山钢铁股份有限公司制氧系统共有8台空气分离装置（其中3台国产），因设备产地及相关维护标准的各不相同，给制氧设备的安全运行及现场维护与管理工作等，均带来不便。保证大型制氧系统的长期稳定与可靠运行不仅是长期而艰巨的任务，也是做好设备管理工作的一道难题。宝钢公司通过对多年来设备维护与管理经验进行总结，以及借鉴国际知名气体公司的相关模式等，摸索出适合冶金行业生产特点的制氧系统设备的可靠性管理措施与方法，取得了较好效果。

一、对故障种类的分析与判断

通过对2005—2008年制氧系统各类故障原因进行统计与分析，主要为设计、施工质量、维护不当缺陷和操作不当缺陷所致，故障比例分别为23%、22%、50%和5%，故障时间分别为80%、11%、6%和3%。缺陷特点及造成的危害与后果，主要有以下方面。

1.设计缺陷

（1）从故障次数来看，设计缺陷虽然处于第二位，但在故障时间上却高居第一。例如，因保温设计不合理引起1#和2#空气分离装置（以下简称空分）的空气冷却塔液面计被冻坏，引起空分被迫停车；空分内管道因应力补偿系数设计小，造成管道拉裂、拉断产生泄漏现象；5#空分的氩气生产装置因下塔输送管道设计失误，造成空分运行不稳定和氩气无法正常生产；因空气管道的消声器选型不当，造成填充材料泄漏和主换热器功能下降等，至今未能恢复；因氮氧化物在膜式冷凝蒸发器上的堵塞，造成“死端沸腾”问题；6#空分的高压板式换热器，因未设计温度保护装置，造成钎焊失效、板式泄漏与损坏；1#、2#膨胀机叶轮因应力设计失误，造成叶轮开裂；空压机叶轮叶片因焊接不牢及长年受气流冲刷，出现裂纹现象。

（2）除单体设备存在设计不合理缺陷外，系统性的设计缺陷造成的危险会更大，后果也更严重。例如，由于新老系统衔接方面的设计缺陷，造成氮气系统的吸入母管出现压力控制缺失，参数选取不当造成氮气纯度超标。因系统的安全保护机构设计不合理，造成设备停机现象频繁发生，例如，主换热器热端温度与空气进板式阀门间没有设置连锁保护装置，造成设备运行时的安全隐患加大。而无谓的多重联锁机构，常使仪表控制系统引发误报警情况，造成设备停机。

2.施工缺陷

施工质量是引起设备运行初期故障的主要原因，据统计，因施工问题引发的设备故障为75%，主要有：水管管道冲洗不干净，导致流量计堵塞；仪表管吹扫不完全，导致电磁阀、定位器失效，以及阀门气缸磨损等；5#空分的空压机和膨胀机因漏装油封，引发漏油和被迫停车；5#空分的主空压机因对中精度低和气封失效等，造成齿轮箱和推力盘受损严重及振动异常；因仪表气管管路的清洁度不达标，造成定位器损坏、阀门失效；因开关柜、控制柜的接线松动引起误动作，因密封不严引发电气短路；因塔内管道焊接及支架安装位置不合理，造成管道破裂、泄漏，导致扒砂情况发生；接地系统因安装不当，造成防雷电安全系数降低；出现多台液体泵的旁通阀被装反。

3.维护不当缺陷

公司实施的设备管理模式是点检定修制，强调的是设备周期性预防与维护性管理，对员工的设备操作及维护水平的要求都比较高，但在新设备运行初期，因维护人员缺乏经验及操作水平较低，常出现以下情况。

（1）公司对检修作业的质量管理，主要是通过检修作业标准和检修技术标准来实现的，由于检修人员的工作经验少或检修水平较低，不仅无法确保检修进度及质量，在一些辅助设备检修上也常出现质量问题等。例如，在拆卸设备时，经常出现装配精度降低或部件被损坏等情况。欠维护问题主要体现在，设置的维护周期过长、维护方式过于简单等，不仅不能及时判明失效或劣化倾向问题，对损坏的备件也不能做到及时更换。

（2）由于不同厂商供应的备件质量参差不齐，造成同一型号不同厂家的备件质量相差较大。例如，作为无库存备件的轴承，常因质量问题造成设备停机；有些国产备件因质量较差，不但不能保证设备正常运转，还会引发安全事故等。因此，备件质量差及选用不当问题，也是造成设备周期性预防与维护工作开展不好的主要原因。

二、改进措施

1.设计方案优化

（1）运行人员提前进入项目的设计阶段。为达到设计方案优化的目标，公司将设计与运行工作紧密地结合在一起，实行了工程与运行部门共同参与设计方案的安全审查、工程安全检查和开车前的安全验收等工作，对检查出的问题不但要求设计部门及时整改，而且将其作为运行案例予以备案。例如，结合多年的设备故障情况，对设备的联锁结构进行了设计方案优化，在保证安全运行的基础上，尽可能减少不必要的联锁装置，减少由此而引发的联锁故障及误动作问题。

（2）做好设备选型工作。公司原来设备选型主要以设备运行与维护经验及实际使用情况为主，先拟出设备清单后再确定所需设备，造成个人主观意见多或片面结论多。通过借鉴国外知名气体公司的经验，重新制定了设备选型方案。将技术、市场调研工作做实、做细，并细化和量化到每个工作环节中。例如，在设备前期管理的每个细节都设置了采购门槛，避免可靠性较差、技术功能落后设备的进入，要求供应商对设计方案问题进行可靠性修改。

2.对施工质量实施控制

（1）由专业工程师监督施工质量。对施工质量的控制，不可过分依赖工程总承包及分承包单位的质量控制体系，而应委派本企业的专业工程师，按照公司的标准工作程序及借鉴以往空分设备的安装、调试及运行经验等，做好监督、协调和质量检查等工作，并实施严格的质量控制程序。

（2）做好工程项目的收尾工作。新项目投产的第一年往往是事故高发阶段，尤以小故障和备件损坏情况居多，其原因多为运输或安装不当造成的。因此，新设备从投产之日起，每3～6个月就应进行1次全面的检修，不但可及时发现和消除设备隐患，还可对收尾项目和施工质量等进行盘点和总结。

3.加强维护与运行管理

（1）选择合理的设备维护模式。为确保空分设备实现无大修管理目标，将故障隐患消灭在萌芽状态，公司根据设备的不同特点及重要性等，采取了不坏不修、定期维护、条件维护和预见性维护模式。不坏不修模式，主要指液体充填泵之类设备，这类设备的结构一般比较简单，损坏部分通常是密封件，即便出现了故障问题，也不会影响系统的正常运行，通过液体装车仍可确保生产的正常运行；定期维护模式，主要针对空压机和空分系统，例如，空压机在运行一段时间后会出现严重的结垢情况，此时既可采用定期维护清洗，也可采用与空分的加温周期同步进行清洗，但需要定期进行水质检验等；预见性维护模式，此模式对员工的技术要求比较高，不仅要有较好的设备故障判断和预控能力，还需会应用各类检测工具以及具有丰富的现场管理经验等，还要有强大的技术保障系统做支持。例如，各种监测与化验等技术手段。

（2）运用设备可靠性维护管理系统。公司对重点项目的设备管理，通常是通过设备管理信息平台进行的，主要包括：资产管理、维护计划（包括工单制定）管理、备件管理（包括采购与计划制定）、供货商管理、设备档案（包括维护档案等）管理、设备故障统计管理和费用分析控制管理等。其中设备故障统计管理和整改措施的实施是降低故障率和提高可靠性的最有效方法，不仅能避免设备事故的重复发生，对事故预防也有很好的辅助作用。为此，公司设计了隐患登记表和故障整改表，对表上所列项目要求员工必须做到认真填报、及时安排、定期跟踪和确保按期完成。

4.加强故障监测，提高技术分析功能

（1）采取故障监测。以前实施的监测工作都是以周期性检查为主，但效果不理想。为此，公司根据相关的工作标准和规范，以及以往的现场维护经验等，重新制定了监测周期。例如，为有效掌握油品的相关参数及油品变化趋势，在油品化验上通常是每半年进行1次，但在个别指标出现变化时，则采取了增加检验次数、及时调整机组运行方式或更换油品，以预防设备故障的发生。针对设备的重要性实施了不同的监测技术，主要有振动分析、超声探测、红外成像和油品分析，以达到掌握设备状况、及时发现故障征兆、提前确定维修方案和防止重大事故发生的目的。

（2）减少重复性故障发生。通过对非计划停机、重复性故障等进行分析，不但要找出引发故障的根本原因，制定出整改措施并在系统中登录，每年还要对设备运行状况进行一次综合性评估。主要包括：设备技术状态、功能失效方式、故障产生的影响、故障后果评估、采取的控制措施。对重点设备既要界定出高风险控制点，还应根据评估结果制定出质量控制计划。例如，进一步优化了维护程序、设备故障处理预案、备件计划修正方案及员工培训计划。

5.加强检修质量控制

（1）控制检修计划的生成。为防止发生欠维修和过维修的情况，公司采用将异常信息与检修作业挂钩，把合理调整检修周期与年修项目相结合措施，严格控制检修计划的生成。例如，根据设备运行情况把空分、氧压机的年修周期从2年延长到3年；对氮压机实行了状态维修，延长了电气设备的预防性试验周期；根据实际运行状态，把水泵、风扇等故障率较高的设备检修周期，从2年缩短到1年，较好地控制了检修计划与检修项目的生成。

（2）加强检修作业质量管理。公司将检修质量管理与技术把关等工作，全部交由工程师和点检员负责。但通常情况下是外协人员多、而管理人员少的状况，外协单位为降低检修成本，有时会省略一些必要的工作步骤而造成事故隐患。为此，企业一方面要求技术和点检人员应加强检修技术知识的学习，另一方面则要求检修单位要加快检修作业标准和检修方案的制定，并通过设置见证点和停止点等共同把好检修质量关。

6.提高操作人员的维护及标准化作业意识

（1）提高操作人员的设备维护意识与能力。宝钢公司的8台空分和2个控制室共有员工58人，因人员少、工作量大，造成多数员工对设备管理工作不够重视。为此，公司开展了TPM贯彻及合理设置点检项目与调整点检周期的措施，例如，减少了点检操作技能要求较高的项目，增加了频率高、但易于掌握的项目与内容，做好备用设备的定期切换等工作。为提高员工的设备管理意识与能力，采用了由设备维护人员带领操作人员共同对设备进行检查的办法，不但提高了操作人员判断设备异常状况的能力，也在提高设备管理意识方面，起到了较好的推动作用。

（2）提高员工的标准化作业意识及操作能力。实践证明，制定标准化作业程序是保证设备运行的较好方法，通过把所有操作程序用规程和预案方式制定出来并严格执行，是杜绝操作事故发生的重要措施。公司结合设备的实际运行状况及系统在不断变化等情况，及时修订和完善了操作规程。例如，制定了低压母管压力控制及设备异常情况处理的系列预案，不但要让员工做到有章可循，还应做到违章必究。

三、结语

宝钢公司通过学习国内外企业大型制氧系统的先进管理模式与方法，从设备设计和工程施工质量控制、现代化设备诊断技术应用、长周期可靠性控制理念方面，进行了取长补短和不断尝试与实践，在降低设备维护费用和改进可靠性指标管理上有了新的突破和收获，设备管理工作的整体水平有了较大提高，保证了制氧系统设备的安全、稳定和长周期运行。