现代煤化工设备管理及维护研究

2023-03-22陈拥军王红柱

设备管理与维修 2023年2期

陈拥军，王红柱

（湖北三宁化工股份有限公司，湖北宜昌 443200）

0 引言

煤化工是以煤炭为原料的化工生产技术。时至今日，煤化工可分为传统煤化工和现代煤化工两种模式，前者包含氨合成、生产尿素、甲醇、甲醛、醋酸、电石、乙炔衍生物等工艺；后者包含煤制油生产、煤制天然气生产、煤质烯烃生产、煤质二甲醚生产等。由于生产过程长时间处于高温环境下，加之煤原料以及添加剂等化学物质参与化学反应，导致生产环境相对恶劣，存在很多可能影响煤化工设备性能的因素。为了保证生产效率，尽量降低因频繁更换、维修煤化工设备及零部件而造成的成本支出，需制定较为完善的煤化工设备管理及维护方案。

1 设备长周期连续运行容易出现的问题

1.1 不同工艺技术引发的设备性能受损

煤化工生产过程可根据对煤炭原料加工处理方式的不同，分为气化、液化、焦化3 种模式[1]。

（1）气化：是指高温加热状态下，使反应炉中的煤炭与氧气、水进行反应，生成物中包含氢气、一氧化碳（上述两种物质可合成烯烃）、甲醇、合成氨（尿素）等。甲醇作为新型煤化工加工生产的原料，可进一步合成醋酸（羟基化反应）、二甲醚（脱水反应）、甲醛（氧化反应）[2]。

（2）液化：对煤炭资源直接液化（加氢），可生成液态烃，制备成可燃气、煤油等商品。还有一种模式，首先将煤炭气化，制成合成气，之后通过催化作用实现对合成气的液化，制作成烃类燃料以及含氧化合物燃料，如低碳混合醇、二甲醚等，将其转化为合成气体，再利用其催化反应将合成气液化，生产出烃类燃料以及含氧化合物燃料，如低碳混合醇、二甲醚等。

（3）焦化：是指在完全隔绝空气的情况下，对煤炭资源进行加热，使其高温分解，产生的焦炉气是制作甲烷、乙烯的原材料，焦炭可制作成电石和乙炔，煤焦油可分离出苯酚、甲酚、二甲酚、萘等物质，粗苯可分离成苯、甲苯、二甲苯等。

无论选用哪一种加工方式，加工过程都必然伴随温度、容器内压力的变化。受此影响，煤化工设备的性能会逐渐下降。比如因多种因素产生的气体、液体在排出的过程中均具有较高温度，会增加裂解气中的不饱和烃在压缩机流道、管线中的聚合量[3]。受此影响，煤化工系统中设备的振动幅度会增大，机组功耗会明显提升，导致运营成本提高。

1.2 腐蚀和冲蚀引发的设备性能受损

煤化工生产过程中，数量众多的容器罐体、管道、泵、压缩机、仪表等设备在运行的过程中难免接触一些带有腐蚀性的化学成分。这类腐蚀损害主要分为两种：①腐蚀，金属或其他材料会在一定条件下发生电化学反应；②受微生物的作用而在材料表面出现很多杂质[4]。最常见的是钢铁材料设备及管道生锈。其二，冲蚀，金属及其他材料的设备在使用期间会产生机械运动，其中装载的液体也会随之运动。在这个过程中，液体内的悬浮物、颗粒等会对设备本身造成摩擦，逐渐引起伤损、导致性能下降。

1.3 温度过高或过低引发的设备性能受损

许多由金属材料制造的仪器设备，在高温时会有性能下降的情况。另外，高温也可改变金属材料仪器设备的结构及理化性能。在煤炭化学工业中，当出现晶粒增大、过烧、石墨化等现象时，一些仪器设备可能会出现永久变形，有的甚至完全报废[5-6]。而温度较低时，一些用于煤化工生产的化学试剂会迅速冻结，同样会导致煤化工设备损坏。

2 现代煤化工设备日常运行维护管理策略

2.1 现代煤化工设备管理思考

2.1.1 煤化工设备的管理任务

提高煤化工设备管理水平的目的在于保证工厂的所有设备处于相对完好的状态。要使设备的效率得到最大化，需持续地提升工艺装备的质量，才能达到较好的投资效果。设备的首要管理工作包括：

（1）围绕煤化工生产新工艺、新设备进行基础性的研究，定期更新技术。

（2）探索煤化工生产技术可提升、可创新之处，进一步提高生产效率。

（3）不断提升设备的生产专业化、柔性化程度。因此必须制定工厂年度投资计划，年度技术改造项目的预期标准，工厂投资评估和评估标准。只有全面收集与设备相关的评价结果，才能对设备的运行工况进行全方位、客观的评价，才能做好设备管理维护工作。

2.1.2 制定完善管理方案

当前，煤化工设备管理一般采用“设备全寿命周期管理”模式。整个设备的生命周期包括规划设计、选型、定制、制造、安装调试、性能验收、投入使用、日常维护及检修、特定时间段进行改造与更新、性能完全失效且无维修价值后报废等阶段。根据相应阶段，可分为前期管理、试生产阶段的初期管理、进入煤化工生产现场后的使用管理、日常维护管理（包含润滑管理）、故障管理、设备及预备件的精度管理、围绕台账及档案等资料的资产管理、技术改造管理等。对上述管理要点进行整理，选取下列重点内容进行分析。

（1）前期管理。前期管理的要素包含：①煤化工厂与上游设备生产商开展合作时，必须将自己的全部诉求准确无误地告知对方，务必确保设备的型号、标准、配置与生产工艺匹配，且价格应该在可承受范围内；②围绕设备进行招标采购时，应严格遵守招投标流程，确保投资制度、形式、评标环节均不出现问题，确保设备满足质量要求；③设备进场之后，应依次按照安装调试→交付→性能验收的流程进行检验，每一个环节完成后均应有双方负责人员签字。

（2）日常管理。煤化工设备的日常使用管理涉及以下3 个方面的内容：①保证设备正确使用，需组织操作人员参与岗前培训，所有人员必须持证上岗，建立“定人、定机、定责”机制，即每一名操作人员具体操作哪一台设备均是固定的，该设备出现问题之后，该操作人员便是第一责任人，需要配合调查；②建立完善的煤化工设备使用规章制度，首先要根据生产厂家提供的设备说明书，结合现场实际情况，编制设备使用守则，其次需设定现场设备执行操作规程，所有进场人员均需严格执行，再次应制定设备维护保养规程，明确现场所有岗位的职责；③设备的综合检查监督，由设备专员和班组长共同负责，每日巡视工作必须由两名人员协同完成，避免疏漏。

（3）故障管理。煤化工设备的故障发生率曲线呈现“浴盆”的形态，即使用阶段初始故障发生率较高，中期偶然发生故障，后期进入劣化期，故障发生率进一步上升。此外，设备使用磨合期故障发生率极低，正常使用期会伴随正常磨损，故障发生率始终处于较为平稳的趋势；进入剧烈磨损阶段后，设备的磨损速度会大幅提升。针对煤化工设备的故障进行管理时，首先应当注意对故障、缺陷程度进行区分，并配以相应的处理标准。具体而言：①微小缺陷，该故障不会导致设备停机，所有功能也不受影响，则通过合理的养护，进行健康管理，防止故障进一步扩大，需主动、靠前维修；②中等缺陷，会引起小停机、在不同程度上影响设备功能，适用劣化管理标准，应预防故障，可根据设备的状态制定具体的维修方案；③大型缺陷，已经发展到“随时可能引发故障”的阶段，如果忽视则后果不堪设想，需按照故障管理常规标准进行维护，如纠正异常工况、事后维修。

（4）点检制度。围绕煤化工设备制订点检制度，侧重点有如下4 个：①定点，要检查清楚煤化工设备的重点和弱点；②定项，应明确主要的检验项目，包括技术水平、仪器设备是否匹配等；③定标，对点检项目的判定准则进行判定，如相关的技术要求等；④定周期，需根据设备说明书、生产工艺、生产期间不同机组设备承受荷载等灵活确定点检周期。

2.2 现代煤化工设备维护思考

2.2.1 建立三级维护保养机制

（1）一级保养。人员安排为：以设备日常操作人员为主，以维修工人为辅。保养要点为：制定周期性保养计划，需对重点设备、易磨损的零部件进行拆解，之后依次进行清洗检查→擦拭润滑→间隙调整→紧固复位等作业。一级保养全过程内必须严格遵守行为规范，并如实、详细地填写检查保养记录。

（2）二级保养。人员安排为：维修人员为主，操作工人为辅，同样需要制定周期性维护保养计划，但检测维护标准需要全面升级，对系统整体运行工况进行校验，重点检查仪表的精度，对所有设备均进行润滑作业，修复相关缺陷。完成设备、零部件的复位之后，还需调整精度，一切符合标准后方可重新投入使用。

（3）三级保养。重点是磨损养护，需进行润滑管理。其主要作用是：避免煤、化学工业设备各个部位由于机械摩擦造成的非正常磨损，避免润滑剂污染、泄漏等问题，预防润滑失效，改善设备的可靠性，减少维护费用。

2.2.2 不同时期的养护策略

从某种程度上来看，设备养护与人类疾病预防存在相似之处，即针对设备运行不同时期的特点，采取针对性的养护方案，降低故障发生率，延长使用寿命。例如日常保养，主要进行点检、调整、清洁工作；巡回点检可以周期性了解设备的功能；定期整备包含调整设备参数、更换机械油及磨损零部件，或定期进行大规模整修。此外，还需有针对性地运用预防修理思维，发生异常情况之后需要引起重视，排除安全隐患，保证设备正常运转。