机械状态监测和故障诊断的RCM技术研究

王佳佳，张团结，张志敏

（渤海装备石油机械厂 钻井装备分厂，河北 任丘 062552）

0 引言

作为目前国际上用来确定设备预防性维修需求而通用的以可靠性为中心的维修技术，RCM 技术是一种对维修制度进行优化的系统工程。该技术利用设备的可靠性状态，运用逻辑分析法对维修的内容、类型以及间隔期等加以确定，从而用最少的维修资源消耗，达到对设备故障进行有效检修的目的，可以使企业的经济效益得到进一步提高。

1 基于状态监测和故障诊断的RCM 技术

伴随设备发展而产生的状态采集与分析技术是一种对故障发展趋势进行预测的技术，主要是通过将设备运行状态数据采集后，再利用相关软件，对设备运行状态是否存在故障隐患加以判断，根据相关采集数据，为设备维修决策提供有效依据［1］。对正在运行的设备变化进行定期检测即为设备状态监测，通过对设备运行状况的实时监测，有效防止故障突发状况，充分掌控设备风险产生原因和风险等级，并依据风险等级安排维修计划，以确保设备能够正常工作。在判断与识别的阶段所产生的故障诊断技术，设备状态监测的数据及资料，都应当成为设备技术诊断的基础。RMC 是分析风险的方法，状态监测是获取机组运行状况的一种手段，二者在制定维修策略中均起着基础性作用，共同服务于最终检修策略。结合RMC 分析及状态监测，一方面是为了预防维修和预知维修；另一方面是为了主动维修而使得设备故障得到彻底根除。

2 RCM 与离线状态监测的融合

本文以某石化工程120 万t 加氢装置压缩机为例，研究其机械离线状态监测及故障诊断的RCM 技术，从而指导往复式压缩机运行维护及日常保养。

2.1 故障形式

该压缩机选用两台往复式压缩机，由同步电机驱动，反应部分采用双面辐射方形炉；分馏部分油品加热炉采用单排、单面辐射圆筒炉。通过RCM 对该石油加氢往复式压缩机的电机、曲轴、气阀、缸套以及十字头等几个关键部位分析可知，其关键部位的故障形式主要包括几种：1）活塞、缸套以及气阀出现磨损；2）十字头出现了松动；3）曲轴和电机出现机械松动；4）电机转子出现不平衡；5）电机轴出现窜动以及机组对中不良等现象；6）气缸出现破裂以及密封产生泄漏等［2］。利用RCM 软件分析这些失效模式所产生的影响，对失效后果引起的生产效益、成本损失等进行评价，再结合失效后的维修成本来确定相应的维修策略。利用离线状态监测系统，对往复式压缩机失效状态的监测，确定可能的失效模式，并将其向RCM小组反馈，然后经RCM 分析得出最终的失效等级及相应的维修策略。

2.2 RCM 与离线状态监测的具体融合

分成4 个步骤：1）利用柴油加氢装置分析并总结历年来往复式压缩机的检修维修记录以及故障诊断专家所诊断出的故障结果等，对往复式压缩机的电机、十字头、缸套以及曲轴轴承等关键部件的失效模式加以确定；2）利用RCM 分析煤种失效模式，对其产生故障的原因、风险等级和维修策略进行分析探讨，并将其录入Excel 文件内［3］；3）将“RCM 决策”及“RCM 决策库”加入故障诊断专家程序内，利用编程，将录入的Excel 文件内容向“RCM决策库”内导入，然后将其在故障诊断专业系统内以数据库的形式进行存储；4）在采集往复式压缩机的振动数据后，通过对RCM 决策系统的诊断故障及往复式压缩机故障诊断的应用，最终得到往复式压缩机诊断的结果。而对应的风险等级、失效原因以及维修策略可以通过RCM 决策功能得到，然后用书面报告形式将维修策略存档。

2.3 C++Builder 对Excel 的调用

通常情况下，该石化公司的120 万t 柴油加氢装置往复式压缩机利用C++Builder 来开发故障诊断专家系统，当将RCM 软件与故障诊断专家系统进行融合时，C++Builder 自带报表功能较少的缺陷可以利用Excel 电子表格来弥补。C++Builder 对Excel 的调用一般有利用QLE 技术和利用ODBC 数据库技术两种方法，前者采用的QLE 技术，指的是对象的连接和嵌入，它在创建符合文档时，采用一种源于不同应用程序信息的方法，该方法比较简便，且具有普遍的应用范围。第一，利用故障诊断专家系统，对设备关键的部位失效模式加以分析，得出各种失效模式下的失效等级和风险等级，并以风险等级的高低确定相应的维护策略，并将得到的诊断结果和维护策略录入Excel 表格内。第二，利用C++Builder 将“RCM决策”及“RCM 决策库”加入故障诊断专家程序内，然后从故障专家系统中借助QLE 技术对记录好的Excel 表格进行调用。查询RCM 决策，便能得出失效模式、风险等级以及维修策略等在不同测点的表现形式［4］。

3 基于状态监测和故障诊断的RCM 技术

基于状态监测和故障诊断的RCM 技术主要包括状态监测、故障诊断以及RCM 决策三部分，三者相辅相成，其中状态监测将实时的设备信息提供给故障诊断，而故障诊断则依据RCM 决策将故障模式报告出来，同时在RCM 决策的指导下能够有效保证状态监测的高效性与合理性。

3.1 状态监测

利用传感器以及计算机信息技术监测检查运转中的设备整体或者零部件，这种技术即为状态监测。其主要目的是判断该石油加氢装置往复式压缩机设备是否正常运转，是否出现异常或者不良征兆，或者追踪及预测其异常状况，对其磨损程度进行确定。从而有效掌控设备发生故障之前的信息，方便在事发前采取有效的措施对故障进行预防，进而达到降低停机损失与维修费用的目的。通常通过采集设备各种运行状态参数数据的方法来实现状态监测，而监测测点则一般在设备核心部位、发生故障比较频繁的部位、以及故障产生对设备造成严重影响的部位等。状态监测参数则主要为振动信号，辅助参数包括介质的流量、压力、温度，以及电动机的电流和电压等。

3.2 故障诊断

其目的主要包括探察隐患、对故障根源进行定位，从而有效分析症状信息，进而对影响生产的故障原因加以确定，以便能彻底消除故障。当采集设备的实时振动数据后，采取专家系统来实现设备的故障诊断，即将各个领域内的专家故障诊断知识在知识库内储存，利用人工智能模拟专家决策的推理和判断过程，得出诊断报告。并且该专家系统可以不断吸收故障实例，使准确率得以持续提高。

3.3 RCM 决策

基于状态监测和故障诊断的RCM 技术核心关键是如何利用状态监测和故障诊断所确定的设备作为依据对设备进行RCM 决策，其具体流程包括分析故障模式与故障原因、评价故障风险等级、逻辑决断和确定维修策略四部分。与传统RCM 技术相比，基于状态监测和故障诊断的RCM 技术具有多方面的优点。首先，其日常维护及预知维修管理均具有基于状态监测的实时数据；其次，RCM决策、故障诊断与状态监测构成一个统一的动态系统，其中状态监测和故障诊断将实时信息提供给维修决策，而维修决策则对两者又具有指导作用。因而，基于状态监测和故障诊断的RCM 技术具有实时性和动态性。

3.4 具体应用分析

由于往复式压缩机的结构比较复杂，且功率和压力较大、转速和流量较大，并具有繁多的监控仪表，因而对运行和检修具有很高的要求，而一旦其在设计制造、安装运行或者检修过程中出现问题，均会使设备产生故障，严重时甚至会带来人员伤亡。对该石化厂的柴油重整加氢装置大型往复压缩机的电动机、气阀、缸套、十字头、活塞等关键部位的测点进行振动数据采集，并对压缩机的速度、流量、温度和压力等参数进行记录。然后运用专家系统将采集到的数据加以分析处理，利用相应的RCM 技术对设备故障进行诊断，获得故障诊断报告，从而得出压缩机关键部位的故障模式、风险评价以及做出最终维修决策。

4 结语

利用故障诊断技术和RCM 技术对往复压缩机进行现状分析，将RCM 决策功能融入故障诊断专家系统，形成基于状态监测和故障诊断的RCM 技术，在得到故障诊断报告的同时，还能获得包括失效原因、风险等级以及维修决策在内的RCM 决策，从而将故障诊断与RCM 技术有效地结合在一起，在很大程度上提高了往复式压缩机故障检修效率和企业经济效益。

［1］黄君玲，张来斌，段礼祥，等.基于状态监测和故障诊断的RCM技术［J］.石油机械，2011，39（4）：60-63.

［2］冯廷敏.基于状态监测的以可靠性为中心的智能维修系统［D］.北京：北京化工大学，2008.

［3］王青华.机组状态远程监测虚拟仪器及发电设备状态检修技术研究［D］.南京：东南大学，2004.

［4］吕家将.基于RCM 分析的电厂风机状态检修系统研究［D］.武汉：武汉大学，2005.

［5］李莉.CFB 锅炉性能与状态监测的研究［D］.南京：东南大学，2003.