基于FMEA 的天然气管道设备维修策略探究

2022-03-07杨赫冯霄王瑾撖啸

石油化工建设 2022年11期

杨赫冯霄王瑾撖啸

1.国家管网广东运维中心广东广州 510000；2.中国石油天然气销售南方分公司广东广州 510000

故障模式及影响分析（Failure Mode and Effect Analysis，FMEA）是对设备的各种故障模式故障类型、故障位置、故障参数及现象、故障后果及影响等因素进行详尽分析，实现对故障模式原因的挖掘，并提出对应改进及维修措施的分析方法[1]。FMEA 在维修工作中的应用可以实现对本层系统，上层系统和更高层系统中所有故障模式的功能影响分析，并进行影响评估[2-3]。从实际维修开始，针对经常发生并产生重大影响的主要故障模式，分析各个级别的所有可能的故障原因并指导维修决策[4]。

1 现有维修策略模式

天然气管道设备维修策略分为故障维修、计划性维修、预防性维修三种方式，每种方式对应一定的选用原则。但目前还存在一定的问题，例如维修策略标准不够细致、维修决策缺乏依据、维修策略缺乏针对性，导致设备某些隐性故障不能及时发现，同类故障屡次发生。

2 故障模式及影响分析

2.1 设备非正常状态分析

根据FMEA 分析的原则，通过梳理历年来天然气管道设备出现的故障、维护保养过程中发现的隐性问题，结合业内专家分析出的设备可能存在的其他风险，从设备故障模式、失效原因方面进行综合分析，识别和评定设备可能失效的各种潜在故障及可能造成的后果，最终得出设备主要的非正常状态共计113 项如表1 所示。

表1 设备非正常状态分析示例表

2.2 设备故障风险分析

结合天然气管道运行管理实际，将设备非正常状态造成后果的严重性、发生的可能性以及检测的难易程度分别划分成10 个等级如表2 所示。利用RPN 来计算确定故障综合风险[5]，根据公式（1）来确定每种风险的RPN。

表2 设备非正常状态风险标准评判表

式中：S——故障造成后果的严重性；

O——故障发生的可能性；

D——故障检测的难易程度。

注：内部资源指公司内部维抢修机构或公司库存的备品备件；外部资源指公司以外的单位（厂家、外部维抢修单位等）或需要额外购买的备品备件。

通过对天然气站场重要设备进行分析，并征询管理人员及业内专家意见，完成对113 项非正常状态的综合评价，得到RPN 值如表3 所示。

表3 设备非正常状态风险综合评价表

通过实施失效模式与影响分析，确定了RPN 法中严酷度S、发生度O、可监测度D 的评价标准，然后对非正常状态下设备进行失效分析，在失效分析的基础上运用RPN 法对各种故障模式进行评价，得到各类故障的RPN 值。通过FMEA 分析可以系统了解各类故障的风险值，为后面开展维修策略优化和提高设备可用度提供了依据。

3 维修策略优化

通过SPSS 软件对上述113 项非正常状态综合评价结果进行统计分析，求得RPN 的均值和标准差，再利用最大最小值划分出故障风险水平，可得到其故障风险水平标准和置信区间。统计分析结果：MinRPN=9，MaxRPN=180，μRPN=73.62，σRPN=40.39

风险水平标准区间：正常水平MinRPN＜RPN ＜（μRPN- σRPN）；半临界水平（μRPN- σRPN）≤RPN ≤（μRPN+σRPN）；临界水平（μRPN+σRPN）＜RPN ＜MaxRPN。根据数据进行分类，设备风险水平分布图如图1 所示，专业分布图如图2 所示。由图可见落入临界水平的风险共有21 项，占总数的19%，需要立即采取新的维修策略进行控制。

图1 设备风险水平分布图

图2 设备风险专业分布图

按照降低S、O、D 取值的思路，制定控制策略如表4所示。

表4 控制策略表

最终对113 项非正常状态综制定新的策略如表5 所示。经过重新制定维修策略后，原21 项落入临界水平的风险RPN 值均有较大程度的降低，最终全部落入半临界水平。

表5 新维修策略应用

在FMEA 分析的基础上，综合考虑各类故障模式的严酷度、可监测度、发生度和RPN 后，通过建立维修逻辑决策树将113 类故障模式优化为预存关键备品备件、制定应急措施、优化处置流程、定期更换易损部件、提高设备维护标准、改进设备性能、增加检查频次、增设辅助监测及主动预警系统，对每类设备的故障模式有针对性制定维修策略，有效提高了设备的可用度，保障设备的安全持续运行。因此，可以认为本次实施FMEA 优化是成功的。