基于成本约束的石油化工系统风险分析方法研究.pdf

第 4 1卷第 1 期 2 0 1 2年 1 月 石油化工设备 P ETRO- CHEMI CAL EQUI P MENT Vo1 ． 41 NO ．1 J a n ． 2 0 1 2 文章 编 号 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 2 0 1 0 0 0 4 0 7 基于成本约束的石油化 工系 统风险分析方法研究 程光旭 ，胡海军 ，王玉 乔 ，汤杰国 ，沈晓艳。 1 ．西安交通大学 能源与动力 工程学 院，陕西 西安7 1 0 0 4 9 ；2 ．中国石化 洛 阳分公司 ， 河南 洛 阳4 7 1 0 1 2 ；3 ．中国石化 洛 阳工程公司 ，河南 洛 阳4 7 1 O 0 3 摘要大型石油化工系统工 艺过程复杂、 操作条件 苛刻 ， 容 易发 生故障并 引起停机和安全事故。 F ME C A为国内外常用的风险分析方法之一， 在研究 F ME C A的优点和不足之处， 采用 系统故障的 平均经济后果， 考虑系统的维修效果和成本， 提 出了一种新的 F ME C A C o s t 风险分析方法， 并应用 于连续重整催化反应 系统风险分析 。结果表明， F ME C A C o s t方法比传统的 F ME C A方法更为有 效 ， 更 接近 工程 实 际。 关键 词 石油化工系统；催化反应系统；可靠性 ； 风险 中图分类 号 TQ 0 5 0 ． 1 ；TB 1 1 4 ． 3 3 文 献标 志码 A 表 1 改造前后塔板校核结果对b b 由表 中可以看出， 改造后顶循 1 ～4 塔板的 降液管液泛 、 管底隙速度均降至一般经验要求范围 内。塔板压降、 阀孔动能因子 、 降液管停 留时间、 塔 板压降及液流强度等水力学指标均控制合理 。 4 结语 双层 固阀塔板具有结构简单 、 不易堵塞及加工 成本低的显著特点 ， 特别适用于焦化 、 催化等重油二 次加工过程的改造设计。流体力学试验表明， 双层 固阀塔板结 合传统筛 板塔板 与 F 1浮 阀塔 板 的优 点 ， 具有塔板压降小 、 雾沫夹带量少 、 传质效率高及 通量大等优点 。工业实践证 明， 双层固阀塔板是技 术含量高 、 综合性能优 良的新型高效塔板， 可广泛用 于石油化工等行业的老塔改造与新塔设计。 参考文献 E l i 兰州石油 机械研 究所． 现代塔 器技 术 第 2版 [ M] ． 北 京 中 国石化出版社 ， 2 0 0 5 1 - 3 ． [ 2 ] 时钧 ， 汪家鼎 ， 余 国琮 ， 等．化学工程 手册 第 2版 [ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 1 9 9 6 1 4 6 5 ． [ 3 ] 孙兰义， 刘立新， 郑明光．双层固定阀塔板[ P ] ． 中国专 利 2 o o 6 2 O 0 8 1 6 6 5 ． 2 0 0 7 3 2 1 ． [ 4 ] 孙兰义 ， 刘立新 ， 杨德 连． 半 椭圆固定 阀塔板 性能研 究 [ J ] ．化工进展 ， 2 0 0 7 ， 2 6 6 8 7 8 8 8 1 ． [ 5 ] 李军， 孙兰义 ， 胡有元 ， 等．S F V全通导向浮阀塔板的开 发及工业应用[ J ] ．化工进展 ， 2 0 1 0 ， 2 9 8 1 5 7 6 1 5 7 9 ． [ 6 - I 余国琮． 蒸馏过程和设备的现状与展望[ J ] ． 化学工程 ， 1 9 9 2， 2 0 2 2 O 一 2 5 ． [ 7 ] 杨 宝 华， 严 罅． AD V 系列 浮 阀塔 板 的 开 发与 应 用 r J ] ．石油化工设计， 2 0 0 4 ， 2 1 2 4 1 - 4 5 ． [ 8 ] 胡有元．延 迟焦化 主分馏塔 的模 拟与设计 [ D ] ． 青 岛 中国石油大学 华东 ， 2 0 1 0 ． 许编 收稿 日期 2 0 1 1 0 7 2 8 基金项 目国家“ 8 6 3 计 划” 资助项 目 N O 2 0 0 9 AA 0 4 Z 4 0 2 ；中央高校基本科研 业务 费专 项基金 N O X J J 2 O l O O O 7 6 作者 简介 程光旭 1 9 6 0 一 ， 男 ， 山东 菏泽人 ， 教授 ， 博士 ， 主要从 事化 工系统及装备 的可靠性研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 程 光旭 ， 等 基于成本约束 的石油化工 系统风 险分 析方 法研 究 S t u d i e s o f Ri s k An a l y s i s Ba s e d o n Co s t Co n s t r a i n t CHENG Gu a n g X l i 。HU Ha i - j u n 。WANG Yu q i a o 1 ． Sc ho ol o f Ene r g y a nd Po we r Engi ne e r i ng． Xi ’ a n Chi n a； 2 ．SI NOPEC Lu o ya ng Co m p a ny， f o r Pe t r o c he mi c a l Co mp l e x S y s t e ms ．T ANG J i e g u o ．S HE N Xi a o - y a n 。 J i a o t o n g Un i v e r s i t y，Xi ’ a n 7 1 0 0 4 9， Luo y a ng 4 71 01 2， Ch i na； 3 ．S I NOPE C Lu o y a n g En g i n e e r i n g Co mp a n y，Lu o y a n g 4 7 1 0 0 3，Ch i n a Ab s t r a c t ．Th e p e t r o c h e mi c a l u n i t s a r e e a s i l y s u b j e c t e d t o e q u i p me n t f a i l u r e s ，s y s t e m h a l t o r e ve n s a f e t y a c c i de nt s b e c a us e of t he i r c o m p l e x t e c hn i c a l pr o c e s s e s a n d r i g or o us ope r a t i on c o nd i t i o ns ．I n vi e w o f p e t r o c he m i c a l c ompl e x s y s t e m ，s t ud y of r e l i a b i l i t y a nd r i s k a n a l ys i s a r e v e r y i m p o r t a n t ．Th e t r a d i t i o n a l F M ECA t h e Fa i l u r e M o d e ，Ef f e c t a n d Cr i t i c a l i t y me t h o d wa s r e v i s e d by c on s i de r i n g m a i nt e na n c e c o s t i n t h i s r e s e a r c h wo r k． A n e w r i s k a n a l ys i s m e t ho d s p e c i f i e d a s FM ECA Co s t ，whi c h r e v e a l s f a i l u r e mo de l ha z a r d by qu a nt a n t i v e r i s k a nd c o ns i de r i ng ma i n t e n a nc e e f f e c t，wa s p r op os e d t o s ol ve t he d i f f i c ul t y pr o bl e ms i n r i s k a n a l y s i s o f c o m p l e x s y s t e ms ． Th e me a n t i me b e f o r e f a i l u r e MTB Fo f r e p a i r a b l e e q u i p me n t wa s u s e d t o c a l c u l a t e d t h e a v e r a g e f r e q u e n c i e s o f f a i l u r e mo d e l s ．Th e f a i l u r e c o n s e q u e n c e wa s c l a s s i f i e d i n t o t wo k i n d s n o r ma I e c o n o mi c c o n s e q u e n c e a n d s a f e t y c o n s e q u e n c e ．Th u s t h e me a n c o n s e q u e n c e i s t h e p r o b a b i l i t y we i g h t e d a v e r a ge o f e c o n omi c c ons e qu e nc e a nd s a f e t y c ons e qu e nc e ． The FM ECA Cos t m e t h od wa s a p pl i e d i nt o t he c a t a l y t i c r e a c t i o n s y s t e m CRS ． Te n f a i l u r e mo de l s wi t h hi g he s t r i s ks we r e r e v e a l e d ． M e a nwh i l e，t he c o r r e s p od i n g pr e v e n t i v e m e a s u r e s we r e g i ve n． Ke y wo r d s p e t r o c h e mi c a l s y s t e m；c a t a l y t i c r e a c t i o n s y s t e m ；r e l i a b i l i t y；r i s k 随着我国石油消费能力 的快速增长 ， 炼油装置 也 逐渐 向大 型化 方 向发展 。石 化装 置具 有设 备 品种 多、 工艺复杂 、 操作压力高及介质易燃等特 点， 在生 产过 程 中 ， 由于某 种原 因容 易 出现故 障 ， 继而 可能 引 发装 置停 机 、 人 员伤 亡 及 环 境 污染 事 故 。为 了提 高 石化系统运行的可靠性 ， 必须对设备进行定期检测 及维修。维修后系统 的可靠性与检修及维修成本直 接相关 ， 增加维修次数或延长停机维修时间都有利 于提高设备可靠性 ， 但维修成本会相应地大幅增加 。 据 不完 全统 计 ， 炼油 企业 中有超 过 3 O 的人 员从 事 各 种 维 修 活动 ] ， 系 统运 行 维 修 费用 占总 运行 预 算 的 2 O ～5 O ％_ 2 ] 。因此 ， 尽可能提高装置运行 的可 靠性并减少其维修费用是企业追求的 目标之一。 对于可维修系统 ， 按照石化设备维护规定 ] ， 大部 分 动设 备 机 泵 需要 按 固定 的周期 进行 预 防性 维修 ， 大部分静设备 换热器 、 储罐 、 反应器 需要按 固定 周期 对设 备进 行 内部 或 外 部 检 测 ， 如 果 发 现 严 重的缺陷或隐患时， 则立即进行维修 。工程中， 维修 后设备并不能达到完好如新的状态 G AN， Go o d As Ne w ， 即维修的效果是非理想的_ 8 ] 。 对于非理想维修 ， 可 以应用故障模式 、 效应及危 害度分析 F ME C A 进行风险分析_ 9 ’ ] 。但是 ， 大型 装备结构 比较复杂 ， 设备具有多种故障模式 以及相 应 的维修方案 ， 每种方案 的维 l l ； 方式 、 内容及效果也 不 同， 都会对设备的后续故障过程产生复杂的影响 ， F ME C A在风险分析中不能很好地考虑这两方面的 影响， 使计算结果与实际工程情况差别较大。因此 ， 考虑维修成本， 改进 F ME C A方法成为重要 的研究 课题之一。目前 ， 基于成本 约束 的可靠性分析方法 研究并不 多， 几 乎是基 本原 理的 简单 应用[ 1 。因 此 ， 攻 克这些 难题 无论 从 理 论 上 还 是 工程 上 都 具 有 重要的价值。 本 文根 据 维 修 方式 和 效 果 的不 同 ， 试 图研 究 一 种基于考虑维修效果和成本的定量风险分析方 法， 并 且运 用该 方 法对连 续重 整催 化反 应 系统进行 了风 险分 析 。 1 复杂 系统可靠性计算 1 ． 1 设备可靠度计算 可靠度计算是 进行故障分 析和 F ME C A 分析 的前提 。设备的故障过程 可以用故障率 函数描述， 则可靠度为 R x， T e x p { 一 I a t ， Tp x d } 1 J 0 式中， T为预防维修 的周期 ， 3 2为运行 的时 间， 月 ； R x， T 为周期为 丁时设备的可靠度 函数； z， T 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工设备 2 0 1 2 年第 4 1卷 为周期为 T时设备的故障率函数 ； t 为中间变量 。 当采用定期维修方式时， 运用比例役龄消减模 型描述设备的故障过程 ] ， 则有 z， 丁 一A ～ T 2 其 中 k x ／ T 0 ≤p ≤ 1 式 中， z 为不进行预 防维 修时设备 的故 障率 函 数； p为提高因子 ， 表示维修效果 。 根 据 威 布 尔 双 参 数 模 型 z ， 设 备可靠度表示为 R x ， T e x p { 一 ∑A T --A 1 z 3 其 中 A i沪[ 卜 r 三 二 z二 ] L 0 J 式中， p为故障率分布的形状参数 ， 0为故 障率分布 的尺度参数 ， 月。 当采用定期检修方式时， 检测后是否进行预防 维修取决于缺陷的发生时间。如果在检测前发生并 未导致故障， 则进行预防维修， 否则不维修 。 采用包含非理想维修的延迟时间模型对这种故 障过程建模 ] ， 设备可靠度表示为 R x ， T 一∑P ， T E 1 一 I g f 1 d “ I g f 1 F 1 ～ T一“ d ] 4 其 中 P ， T 一∑P J， T I g ， l “ 1 [ 一 T一 ] d u g J l 钍 一A t ‘ △ e x p 一 l ‘ s d s J Ai Ff 1 一e x p { 一 I ’ h s d s J A i △l 一△ 惫 1 1 --p t 式中， “为缺陷发生时间， 为延迟时间， 月 ； △ 为第 i 次检测 时， t 进 行检 测维修后 产生 的累 积役龄 ； “ 为缺陷的初始瞬时发生率 即故障率 ， 对于多 部件复杂设备可认为其服从指数分布；P ， T 为 i T处进行检测维修的平均概率 ， 其中， P O ， 1 ， i 1 ， 2 ， ⋯； g “ 为经过在 t 处进行 的检测维 修后缺陷的概率 密度函数 ； 在等周期检测情 况下 ， t i T； F 为经过在 t i 处进行的检测维修后不 发生故障 的概率 ； h 为故障初始 的瞬时 发生率 即故障率 ， 可认为服从双参数的威布尔分布 。 1 ． 2 系统可靠性计算模型 复杂系统的可靠性计算与设备 零件 可靠性计 算有所不同， 需要考虑不同功能、 不同层次、 不 同数 量的子系统之间的相互关联、 相互影响[ 1 。对 于设 备规模庞大、 结构复杂的石油化工系统， 可以根据工 艺流程分析设备与系统功能之间的关系后得出系统 的可靠性结构 ， 然后将设备抽象成独立的单元 ， 简化 系统的规模。 假设一个复杂系统 由 个设备组成 ， 这些设备 都执行定期维修或定期 检修策略， 则系统 的可靠度 可表示为 R。 ￡ 一f R1 ， T 1 ， R 2 ￡ ， T 2 ， ⋯ ， R ， Ti ， ⋯ ， R ￡ ， 5 式中， ， 为系统可靠度函数 ， 具体形式与系统可 靠性结构有关 ； R ￡ ， T 为第 i 个设备 以 T 为周期 进行定期维修或定期检修时在 t 时刻的可靠度。 可靠性计算常用的指标是系统的平均无故障时 间， 用下式计算 MT B F I R t d t 6 r ∞ J 0 对于一个复杂系统来说， 式 6 几乎不能得到解 析表达式。本文采用数值方法计算系统的平均无故 障时间。 2 F ME C A _ C o s t 风险分析方法 F ME C A方法在风 险分析 中有广泛 的应用 ， 但 该方法采用恒定故障率计算故障模式的频率 ， 并运 用严酷度或风险排序数粗略评价故 障模式的后果 。 石化系统中的设备一般是可修设备 ， 而且用简单 的 指标分析故障模式的后果并不精确。 利用复杂可修设备 的 MTB F计算故障模 式的 发生频率， 定量分析故 障模式造成 的一般经济后果 和安全后果。运用风险值判 断故障模式 的危害， 提 出一种 F ME C A C o s t 风险分析方法。 2 ． 1 故障模式风险计算 故障模式风险定义为 Q厕一F C0 l J 7 式中， 为第 种故障模式的风险值 ， F r 为第 种 故障模式的平均发生次数； C 。 ． j 为第J种故障模式的 平均后果损失 ， 万元。 一 个设备的总风险是设备所有故障模式的风险 的总和 ， 即 Q 一 ∑Q ， 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 程光旭 ， 等 基于成本约束 的石油 化工系统风险分析方法研究 式中， Q 为设备的总风险， 万元 ； 为设备 的故障模 式总数。 2 ． 2 故障模式平均次数计算 在 F ME C A方法中， 第 J种故 障模式发生的平 均 次数 为 l_ ] F ， 一a , a 。 t 9 式 中， 为该零部件按第J种故障模式出现的次数 与该零部件 出现的全部故 障次数之比， 。 为产品 的 故障率 ， t 为工作时间， 月。 对于可修设备 ， 如果发生故障时进行更新 ， 则其 平均故障率为 1 1 一 M T BF 1 0 则第 J种故障模式在时间 t内发生 的平均次数 约为 Fr e ,j --a j 一 雨 亍 1 1 大部分故障模式 的 a 可以从 维修记 录中统计 得出。工程中， 由于设备运行时间短 ， 部分在同类设 备上发生过的故障模式还没有在本设备上发 生， 按 以下原则确定未发生故障模式 a ， 的值 ， 见表 1 。 表 1 未发生故 障模 式 a ， 取值 序号 a j取值 范围 取值说 明 1 。 ． 。 。 1 论 鳘 嚣 筹 在 同 类 设 备 上 从 未 发 生 过 但 存 在 理 z 。 ． 。 。 ～ 。 ． 。 过 套 等 麦 生 故障模式在其他企业的同类设备上发生多次 ， 3 0 ． 0 1 ～O ． 1或者在本企业的同类设备上发生过 ， 但在本设备 上没有发生过 假设设备共发生 。 次故障， 其 中第 种故障模 式发生了 ” 次。如果可能发生但在本设备上没有 发生过的故障模式有 M 种 ， 并且 已经按表 1确定取 值 ， 为 了保 证 ∑ 一 1 ， 定 义 已 经 发 生 故 障模 式 的 a ， 为 d ， 一 1 一 ∑a 1 2 ， z 0 i 1 2 ． 3 基于成本的故障后果计算 F ME C A 能够详 细地 分析设 备故 障模 式 的机 理 、 影响和危害性 ， 采用简单定量方法来计算故障的 风险。例如， 它采用风险排序数 RP N 方法和危 害 度分析法。RP N 考 虑 了故 障造成 的后果 、 故障发 生的概率和故障发生前检测 到的难易程度 ， 计算公 式 为 RPN SOD 1 3 式 中， S为故 障模式的危害程度 ； 0为故障发生的概 率 ； D为故障查明难度。 S 、 0、 D 的取值 范 围均为 1 ～1 O 。具体取 值是 RP N 的关键， 需要借助于人 的经验。RP N 值越大 ， 则越危险， 由此找出危害度较大的部件。在缺乏确定 的故障率数据时， R P N方法是一个半定量的方法 ， 有 一 定的主观性和不确定性 ， 分析结果并不准确m] 。 危 害度分析方法是简单定量方法 ， 用严酷度表 征故障模式 的后果 比较简单 ， 每级严酷度的判 断标 准不具体、 不清晰， 在工程 中难 以掌握， 导致评价结 果 易受 主观 影 响 。 为解决 以上问题 ， 本文采用费用指标分析故障 的后果 ， 用故障引起 的总费用代替严酷度， 并将后果 分 为一般 经 济损失 后 果 维 修 、 停 产 和灾 难 性 后 果 火灾、 爆炸、 毒性泄漏 ， 对两者计算故 障模式的平 均风险值作为衡量其危害的指标。 设备发生某种故障， 可以造成部件损坏， 并产生 维修费用和停产损失 称为一般经济后果 ， 也可以引 起灾难性事故， 如火灾、 爆炸、 毒性泄漏事故， 并产生 人员伤害、 经济损失和环境污染 称为灾难性后果 。 石油化工企业一般采取了较严格的监控和消防措施 ， 发生火灾、 爆炸、 毒性泄漏等事故的概率比较低。 2 ． 3 ． 1一般 经济后 果 一 般经济后果只产生维修费用和停产损失 ，用 下 面公式 表示 L 1 CE Cf C DT PLPD DT 1 4 式中， C 为固定维修费用 ， P L P D为平均每 日停工损 失， 万元 ； C 为单位时间可变维修费用 ， 万元／ d ； DT 为停机时间， d 。 每 日停工损失可以根据故障对装置生产的影响 估算得 出， 如果装置停机 ， 则每 日停工损失就是装置 每 日的平均利润 ； 如果装置减产 ， 则每 日停工损失为 减 少产 量产 生 的利润 。 2 ． 3 ． 2 灾难 性 后 果 灾难性后果会引起严重的人员伤亡、 经济损失 和环境污染 ， 其中经济损失不仅包括直接财产破坏 费用 财产损失 ， 还应包括恢复生产所需要 的维修 费用 和停 工损 失 ， 即 C D LP Lv CE 1 5 式 中 ， C 。为灾 难 性后 果 ， L 为人 员 损失 ， Lv为 环境 损失 ， C 为一般经济后果 ， 万元 。 石油化工系统中灾难性事故主要是由泄漏引起 的， AP I 根据多年的事故记录和实验数据， 给出一种 估算泄漏流量和事故损失的方法 。对于火灾和爆炸 事故 的人身伤害 、 财产影 响和环境影响的面积统一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工设备 2 0 1 2年第 4 1 卷 的计算 方法 为L 1 An 1 6 式中， A为设备损坏影响面积或人员伤害影响面积 ， m ； a 、 b 为与物质和后果相关 的常数； z为泄漏总量 k g 或泄漏速率 k g ／ s 。 若流体泄漏后可能会发生多种火灾 、 爆炸事故 ， 则后果影响面积是多种事故的影响面积的概率平均 值 。获得事故的人身伤害、 财产影响和环境影响的 面积后 ， 各种损失费用为[ 1 ． Cf AE DE 1 7 LP AP DP VP 1 8 LvAv Dv 1 9 式中， A 为财产损失影响面积 ， A 为人员损失影响 面积 ， A 为环境损失影 响面积 ， m ； D 为财产密 度 ， D、 ， 为环境损失密度 ， 万元／m。 ； D 为人员密度， 人／ m。 ； V 为人员伤害赔偿金 ， 万元／ 人。人员伤亡 的经济损失标准可 以按 2 O a所在地城镇居 民人均 可支配收入计算r 1 ， 文中取 V 一 3 2万元／ 人 。D 、 D 和 D 、 ， 取值参照企业情况选定 ， 文献[ 1 9 ] 给出了 不同泄漏管径下的停工时间 DT。 2 ． 3 ． 3 平 均后 果 设备故障可能只产生一般经济后果 ， 也可能产 生灾难性后果 。平均后果应该是两者的概率加权平 均值， 有下式 C。 一 1 一 C。 D 2 0 式 中， C 。 为故障的平均后果 ， 万元 ； 为故障引发灾 难性后果的条件概率， 取值见表 2 。 运用 F ME C A C o s t 方法对系统所有设备进行 风险评价后 ， 对所有故障模式的风险进行排序 ， 对其 中风险较高的故障模式提出防范意见。 、 表 2 推荐取值准则 3 连续催化重整装置催化反应再生 系统风 险 分析 3 ． 1 重整装置及催化反应工艺流程 催化重整工艺是炼油企业的一种重要二次加工 工艺 ， 常因为发生意外故障而导致系统非计划停机 ， 甚至可能引发重大安全事故 。 文 中选择某 炼油 厂连续 重整装 置 的催化 反应 系 统作为研究 重点 ， 其 催化反 应系 统工艺 流程见 图 1 [ 1 ， 图中位号表示 H2 0 1 A～H2 0 1 D为加热炉 、 自 图 1 连续重整催化反应系统流程图 R2 0 1 ～ R 2 0 4为 反 应 器 、 E 2 0 1 A ／ B、 E 2 0 2 A／ B 为 热 交换器 、 A2 0 1为空冷 器、 K2 0 1为压缩 机 、 D2 0 1 ～ D2 0 2为分离 器 、 P 2 0 1为汽 轮机 、 D2 0 4为 高压 吸 收罐 。 3 ． 2 催化反应再生系统可靠性计算 反应系统是一个串联系统， 可靠度方程为 2 5 R 一I I R ￡ ， T I I R ， T R7 ￡ ， T7 。 l 一 1 t 3 R9 ￡ ， T 9 RP 2 0 1 RK 2 o 2 R6 R8 R1 2 ￡ ， T1 2 2 1 式中， R 为系统的可靠度函数； T 为第 i 个设备 的预防维修周期 ； R ￡ ， T 为第 i 个设备 以 T 为周 期时的原始可靠度 函数 ； RP z o 。 为冷储 备 系统 P 2 0 1 系统的可靠度函数； R 。 为冷储备系统 K2 0 2 A／ B ／ C ／ D的可靠度 函数 ； R ￡ 为第 i 个设备 的原始可靠 度函数 。 式 2 1 没有显式 的解析式， 只能通过数值方法 求得其 特性 。 重整装置中的典型设备包括压力容器、 管道、 加 热炉、 机泵及仪表阀门等几大类 ， 针对每个设备 ， 分 析每种故障模式产生的原 因， 并依据设 备技术手册 和工程经验确定检测和维修方法 。企业一般2 ～3 a 进行一次大修 ， 具体的大修周期需要根据生产要求 和维修准备情况确定。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 程光旭 ， 等 基 于成本 约束的石油化工系统风险分析方法研究 3 ． 3 催化反应再生系统 F ME C A C o s t 分析 全面衡量设备及其故障模式的相对危害性 ， 需 要采用风险分析方法 。本文结合企业要求和工程实 际 ， 应用 F MEC A C o s t 方 法对催 化 反应 系统进 行 风 险分析。根据设备 的平 均无故 障工 作时间 MT B F 计算在 3 a的平均故障次数。对于本设备未发生 的 故障模式 ， 根据表 2的原则并结 合工程经验确定其 a ， ； 对 于已经发生的故障模式 ， 统计其发生次数 ， 计 算其 占总故障数的比值 a ， 然后再确定故障模式的 平均 发生 次数 。 假设任何时刻只有一个设备处于故障状态 ， 根 据设备故障对系统的影响确定停产损失。在催化反 应 系 统 中 ，E 2 0 1 A／ B、 E 2 0 2 A／ B、 D 2 O 2 A／ B 发 生 故 障 ， 只 会 使 系 统 减 产 一 半 ； K2 0 1 、 T2 0 1 、 R 2 0 1～ R 2 0 4 、 H2 0 1 AC D ／ B、 A2 0 1 、 D 2 0 I 、 D 2 0 4等 发 生 故 障， 则会使系统停机 。根据企业 2 0 0 6 2 0 0 8年运行 数据统计 ， 由于设备故 障造成的连续重整装 置维修 费用和停产损失近 3 0 0万元／ a 。当装置按照 9 4 的负荷运行时 ， 每 日利润为 2 6 ． 9万元 。假设部分泄 漏、 破裂故障会引发火灾爆炸事故， 但是工程中设备 发 生大 尺寸 泄漏 的 可 能性 不 大 ， 可 认 为 泄漏 故 障 都 是微泄漏 。由微泄漏引起的火灾事故 ， 热交换器、 反 应器、 加热炉需要停机 2 ～4 d 进行修理口 。 经与企业工程师讨论 ， 主观确定泄漏故 障引起 火灾后果 的条件概率 7 7 。将 上述参数代入式 2 O ， 计算 出各故障模式的风险值 ， 风险值较大的 1 O个故 障模 式 见 表 3 ， 其 对 应 的 平 均 无 故 障工 作 时 间 MT B F 见表 4 。 表 3 催 化反应系统重要设备 F ME C A - C o s t 分析表 第 1部分 从表中可以看 出， E 2 0 2 A／ B管束堵塞、 D 2 0 1内 部 结垢 严 重 、 E 2 0 1 A／ B大 法 兰 泄 漏 、 壳 体 或 焊 缝 出 现 裂纹 有较 大 的风 险 ， 需 要 在 生 产 和 维护 中进 行 重 点关注 。E 2 0 1 A／ B、 E 2 0 2 A／ B及 D2 0 1具有多个高 风险的故障模式是影响系统风险的关键设备 ， 需要 提高其 可靠性以降低系统 的风险。 计算 的理论次数和实际情况 比较吻合， 表明分 析方法正确， 计算结果可靠。针对这 1 0个故障模式 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 O 石油化工设备 2 0 1 2年第 4 1 卷 制定相应 的改进措施 ， 可 以显著 降低 系统的风险。 可见 F ME C A C o s t 方法 比较全面考虑 了故障模式 的后果和概率， 评价 比较科学 。以经济损失风险作 为安排维修优先次序 的准则 ， 再将经济风险降到可 允许的范围内时 ， 尽量节省维修费用。 4 结语 F ME C A- C o s t 方法考虑 了维修效果对 风险 的 影响， 根据故障数据或主观意见获得故 障模式的频 数比以计算故障模 式的平均故障次数 ， 再乘 以故障 模式的后果得到故障模式 的风险值 ， 用定量 的风险 表示故障模式的危害性 ， 并将故 障模式导致 的后果 分为一般经济后果和灾难性后果 ， 其 中经济后果包 括维修费用和停工费用， 而灾难性后果包括人身伤 害 、 经济损失 维修费和停工损失 和环境损失。采 用此方法对连续重整装置的反应一 再生系统进行了 风险分析 ， 找 出了系统 中风险最高的 1 0种故障模 式 ， 由此可提出针对性的预防措施， 以减少故障发生 的机会 。 参考文献 [ 1 ] T h a n g a ma n i G， Na r e n d r a n 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