現代大型煉化企業動設備狀態監測與故障診斷業務新模式的研究與實踐
崔國彪 張恩貴 劉 江 肖仁勇 馬宏偉 文 冰
中國石油四川石化有限責任公司 成都
摘要：狀態監測與故障診斷技術對石化企業核心動力設備的安全運行至關重要。筆者詳細分析了狀態監測與故障診斷技術在石化行業應用現狀，結合四川石化企業新體制新機制的管理要求，對癥下藥，首次提出了“四集監測”模式理論模型，在實踐中探索出一系列有效舉措，取得了滿意效果。本文提到的理論方法對石化企業進一步優化動設備監控管理有較強的借鑒意義。
關鍵詞：動設備；狀態監測；故障診斷
正文：
狀態監測與故障診斷技術是預知動設備在役隱患情況、深入分析設備健康狀態、精準識別故障原因的有效舉措，已在石化行業中得到了廣泛應用，但從目前國內很多石化行業的實踐情況分析，成效并不樂觀。為此，筆者深入分析了行業實踐中存在的問題及原因，首次提出了“四集監測”模式理論模型，并通過實踐探索出一系列有效方法舉措，取得了滿意效果。下文對其進行了詳細介紹，以供行業參考借鑒。
一、大型煉化企業狀態監測與故障診斷業務開展現狀分析
狀態監測與故障診斷技術引入國內石化行業已有40余年，取得了很大的成績，但由于企業重視程度、工作思路、覆蓋廣度、開展深度、能力水平等因素的綜合制約，該項技術在國內石化行業實踐過程中的效果并未充分得到發揮。
（一）監測技術應用現狀分析
一是上線不多。動設備作為石化企業核心動力設備，其數量龐大，據不完全統計，一般的大型企業動設備平均數量為4000~6000臺。大型國有企業一般會按照設備重要性、危險性等因素將設備劃分為ABC三級，根據企業資金情況將A類及部分B類設備安裝在線監測系統。但由于投資大、見效慢，監測產品上線率一直不高，據不完全統計，目前國內大型煉化企業安裝在線監測系統的設備平均不足百臺，平均上線率還不到2%。
二是系統繁雜。據不完全統計，目前國內市場上已有的監測產品有近百種，而在石化行業中普遍應用的也有10余種。很多企業同時上線了多款監測系統，不僅系統多、數據雜，而且各系統數據采集方式、存儲結構、數據格式以及遵從的傳輸協議都存在很大差異，各系統廠家進行技術封鎖和數據保護，嚴重阻礙了系統之間數據共享和集成分析。
三是融合不深。目前市場現有動設備監測產品大多數僅有數據采集和頻譜顯示功能，其功能圖譜故障征兆提取的技術弱，系統功能少，數據挖掘和深度處理能力弱；同時，未有效集成大量有用的工藝性參數，數據的二次加工和有用信息的挖掘深度遠遠滿足不了大型石化企業動設備管理的實際需求。
四是維護不勤。由于監測系統架構邏輯復雜、技術要求高、維護難度大，目前國內石化行業監測系統故障維護大多由系統廠家實施，系統廠家在產品售后保修期內都會無償解決，但保修期滿后由于維護成本高，多數系統廠家都不愿意提供長期的無償服務，企業也沒有找到服務定額標準，以至于監測產品就成為“僵死系統”，長期癱瘓、形同虛設。
（二）故障診斷開展情況分析
一是能力不精。故障診斷技術的研究和應用雖已經歷了長時間發展，但該技術任然入門難度大、培養周期長、投入成本高，國內長期從事狀態監測的專業技術人員稀少，很多專家心里“留一手”，“傳幫帶”就直接“難產”，很多員工覺得太難，有些覺得學成后上升空間很小，接觸一段時間就放棄了，技術人員能力不精，診斷不及時、結論不精準也就成為必然選擇。
二是隊伍不強。有的企業設了專崗，但專業定崗人數少；有的企業人才隊伍弱，安排理論水平低的維修工人擔任，或安排閑散人員轉崗擔任；有些新建企業甚至不設狀態監測崗位，或僅設兼職。技術隊伍不強，技術力量薄弱已成為現狀，監測技術很難大面積鋪開，設備管理難以深化。
三是模式不新。國內早期建立的部分石化企業有設備研究所或監檢測中心，狀態監測專業往往隸屬于這些機構，配置少數的幾個人，主要負責數量很少的在線機組的監測；數量龐大的離線設備一般不做日常頻譜檢測，而是由設備維修人員進行簡單測振，當發現異常后再邀請監檢測中心做振動頻譜檢測分析。因此在正常階段和故障前期未開展設備頻譜檢測，很多早期故障無法提前獲知，故障數據也無法進行深入的對比分析，診斷難度很大。
四是重視不夠。故障診斷工作難度大、要求高，領導重視至關重要。有的企業員工覺得故障診斷工作總是得罪人，排斥這項技術；有的企業“吃瓜”群眾多，巴不得你診斷不準，診斷人員的積極性很難長久建立。有的企業設備管理思路僵化，不認同這項新技術；有的企業領導以偏概全，覺得技術人員診斷不準，就片面排斥這項技術；有的企業領導覺得你診斷正確是應當，批評多、表揚少。
二、四川石化動設備“四集監測”模式實踐內涵
為了克服狀態監測與故障診斷行業面臨的這些矛盾和問題，四川石化公司領導高度重視，按照現代企業制度要求，全面推行新體制新機制，采取高度集中的一級管理模式和“公司機關—裝置集群”兩級管理架構，實現組織機構扁平化管理。以供應鏈管理思想為指導，建立了“核心業務集約化運營、非核心業務綜合一體化外包、生活后勤社會化保障”的運營管理框架。
為全面貫徹“設備管理安全可靠、設備狀態預知掌控、設備維修科學經濟”的管理理念，四川石化按照“專業集成、知識管理、委托代理、授權作業”的管理模式，借鑒兄弟單位先進經驗，立足現狀，全局謀劃，培育監測管理創新動力，全面深挖細摳監測技術提質潛力，全力推進提升監測服務增效能力，積極探索裝備健康狀態全壽命周期管理，創新提出了“四集監測”管理模型（即：集成運營、集成聯動、集成監測、集成分析），走出了一條具有四川石化鮮明特色的監測發展之路。
（一）集成運營：五大系統集成運營，確保監測開展高效
為滿足企業現代化管理需求，結合公司自身情況，四川石化公司在建廠初期就確定了“系統集成運營”的建設思路，率先在國內開發了“五合一”狀態監測平臺，實現“汽輪發電機、離心壓縮機、往復壓縮機、關鍵機泵在線監測以及機泵群離線檢測”五大系統集成運營，統一監管，實現設備機械類型、服役周期數據的全面覆蓋，為監測診斷工作提供平臺支撐，保證監測診斷工作的高效開展。我們以此為指引，分步實施以下三項工作。
一是對四類84臺機組進行在線集成實時監測。通過技術整合，我們將4臺汽輪發電機、21臺離心壓縮機、22臺往復壓縮機、37臺高危關鍵機泵的在線監測數據集成到統一平臺進行集中監控，減少了監測系統數量，監測人員工作效率提高了近30%。同時，降低了監測系統及數據庫的維護任務，精簡了維護人員和成本，目前全公司僅配置系統維護工程師1人。
二是對3051臺機泵群離線精密檢測數據集成管理。我們配置了15臺統一的精密檢測儀器，按照公司年度檢測計劃，對全廠所有泵、風機、壓縮機等動設備開展離線數據采集、上傳及頻譜精密分析，通過數據集成，平臺涵蓋了檢測工作所有組織流程，確保了數據檢測準確性、數據記錄規范性、數據保存完整性。目前，數據準確性達到99.99%，數據規范性達到99%，數據完整性達到100%，不僅實現了無紙化記錄，而且大幅提高了數據管理效率，保障了分析工作開展高效。
三是實現了84臺在線機組和3051臺離線設備的集成分析。石油化工系統是一個龐大而復雜的有機體，任何一個環節的異常都有可能導致或伴生著另個異常的出現。將在線機組的實時異動情況作為“風向標”，及時跟蹤觀察其它機組或設備運行情況，靈活調整裝置設備離線檢測頻次，以提高監檢測工作的針對性和有效性，已成為公司監測業務特色之一。目前為止，我們已成功應對計劃停開工、非計劃緊急停開工動設備狀態監檢測任務近50余次，及時發現工藝類異常振動30余起。
（二）集成聯動：六類預警集成聯動，齊保異常發現時效
大型機組各項參數指標的異動征兆以及監測系統的性能狀態是日常管理的核心工作，我們提出了“預警集成聯動”的建設思路。為此，監測平臺成功實現了設備參數異常小波動報警、異常超標報警、機組開停狀態變化報警、機組運行周期超時報警、監測系統通訊異常報警、傳感器故障報警等六類預警功能完美集成，解決了“隱患纏身、查找被動”的技術難題。此外，我們還重點實施了以下三項工作。
一是在六大預警功能的基礎上，專門開發了監測參數快變報警功能，一旦報警觸發，監測系統將對各項參數進行加密采集，實現毫秒級數據記錄，為異常分析提供可靠的數據支撐。目前，已及時預警乙二醇K201高速透平壓縮機喘振故障，渣油加氫、蠟油加氫往復壓縮機十字頭抱死等突發性機組故障10余次。
二是制定可行可靠的報警策略。為保障狀態監測專業技術人員、狀態監測中心主管負責人、檢修部領導、生產部包機設備工程師、生產部生產/工藝/設備部長、機動處主管及領導、公司主管領導能第一時間收到機組報警信息，結合公司設備管理體制，我們基于平臺的六類預警，建立了“四級預警門限、四類預警方式、七級告知體系”的報警策略，取得非常滿意的效果。
三是平臺實現預警信息秒級觸發，光電信號、調度大屏、手機短信、電子郵件等瞬時聯動。通過這些舉措，實現了預警信息在時間上超前觸發，在空間上全域覆蓋，形成“由點到面”的聯動模式。目前為止，平臺共計觸發各類參數預警已達1600多次，漏警率、誤警率均遠低于0.01%。目前已及時發現A、B類關鍵設備故障120余次，A、B類重要設備未發生一起重大機械故障。
（三）集成監測：多維數據集成監測，力保數據融合功效
故障診斷是一門復雜的技術工作，僅僅通過傳統的狀態監測系統來分析振動波形頻譜已遠遠不能滿足現代企業設備管理的要求，四川石化摒棄傳統企業監測模式，提出了“數據集成監測”的建設思路，通過大范圍、大規模的融合機器其它相關狀態信息，進行多層次、多角度、多維度的觀察與分析, 從中提取有關機器行為的有效特征。
一是沖擊脈沖、振動加速度、振動烈度集成監測。比如, 采用振動烈度來評價軸承、齒輪運行狀態難度大，四川石化下大力氣全面推行加速度檢測工作，已實現全廠離線設備全覆蓋，目前共計發現軸承故障400余起，功效顯著。
二是油液分析與潤滑油參數、振動信息集成監測。公司從2017年9月開展油液分析工作，對全廠41臺在線監測機組潤滑油進行定期檢測，結合潤滑油各項參數，機組振動狀態、軸心位置、軸位移以及透平液壓控制機構的運行情況，綜合評價機組油液及機組運行情況。已發現數起潤滑油品質不合格，實施在線換油，通過按質換油保障了機組長周期安全運行。
三是機組工藝參數與振動信息集成監測。2013年初，監測平臺在國內首次通過OPC接口技術從MES系統大規模、大范圍引入機組實時的溫度、流量、壓力等生產工藝性參數，與設備健康性指數集成分析。已發現在線機組工藝類故障50余次，因及時提醒、優化操作，均未導致非計劃停工，保障了生產連續，A類離心壓縮機組未燒毀一套干氣密封，在線機泵未損壞一套機械密封。
四是各類新技術與振動信息的集成監測。四川石化研發了各類專業診斷圖譜、數據挖掘技術、智能分析算法等多項新技術，技術人員能快捷、高效的評價設備健康狀態，功效顯著。例如，2015年通過二維全息譜圖，成功識別了芳烴異構化壓縮機葉輪輪轂開裂故障。
（四）集成分析：模式創新集成分析，嚴保靶向診治療效
如果說狀態監測是手段，那么故障診斷就是目的。四川石化全力做好“+”法，善于“+”一切有益的因素，通過“+”的合作模式，集各家之長，大力整合國內優勢技術資源，提出“創新集成分析”的建設思路，與國內知名的技術服務商形成長期穩定的戰略聯盟，群策群力，借腦引智，建立了強大的技術分析診斷服務團隊。現已精確診斷機組故障679臺次，準確率達90%，為故障精確分析、原因靶向定位、狀態預知掌控提供了強大的智力保障，主要做法如下。
一是建立“2+13”人的現場聯合分析團隊。四川石化在國內挑選了2名優秀的專業技術人才擔任動設備狀態監測技術的日常管理及技術分析工作，并與專業監測技術服務商強強聯手，實施13人全天候長期駐場服務，形成“2+13”人的現場聯合診斷技術團隊。
二是建立“現場+遠程”的包干聯合診斷團隊。對于疑難雜癥，專業監測技術服務商按照四川石化的要求，及時安排服務商總部技術專家參與遠程會議、開展機理分析，并定期組織專家到現場處理“卡脖子”的技術難題，發揮一體化外包資源整合優勢，形成“現場+遠程”聯合分析團隊。
三是建立“公司+總部”的技術專家支持團隊。公司通過網絡專線將煙機數據實時通訊到中國石油蘭州石油化工機械廠煙氣輪機遠程監測中心，將所有在線機組監測數據實時同步通訊到中國石油北京總部和中國石油遼陽石化遠程診斷中心，專業主管和技術專家能實時掌控，遠程把脈。
四是建立“業主+廠家”的裝備技術保障團隊。邀請大型透平壓縮機組、往復壓縮機組、關鍵機泵的設備廠家，如沈鼓、蘇爾壽等，與四川石化設備技術人員一道，共同實施設備日常巡檢、周聯合巡檢、每月機組特護、隱患專項排查，共同參與技術問題跟蹤、分析，發揮設備制造廠家技術、專業、經驗優勢，建立“業主+廠家”技術保障團隊。
五是建立“人工分析+專家系統”雙重分析保障機制。四川石化以北京化工大學高金吉院士50余年故障診斷經驗為基礎，在動設備監測平臺上開發了智能診斷專家系統，現已能精確診斷不對中、旋轉失速、喘振等常見故障，提高了診斷效率，形成了“人工分析+專家系統”雙重分析機制。
通過“四集監測”模式的成功實踐，四川石化實現了五大系統集成運營的技術潛力和平臺分布式計算優勢更加凸顯，機組智能預警模型及技術更加科學快捷，數據融合分析力度更加深入，故障診斷更加及時精準性。
三、四川石化動設備“四集監測”模式夯實舉措
在探索實踐“四集監測”模式過程中，我們深切體會到，要想持續提升動設備監測管理水平，不斷鞏固已有的監測創新成果，必須通過一些列扎實有效的舉措，才能構建穩定的監測業態格局。
（一）要通觀全局，必須在“全”上下功夫
如何做好高質量監測服務，做到“六全”是基本，即“全員、全方位、全覆蓋、全過程、全天候、全生命周期”監測服務。
在人員組織上，做到“全員”，組織設備廠家、監檢測單位、維修單位、操作人員、管理人員等積極參與，充分調動廣大職工的積極性和創造性，共同參與設備運行狀態管理。
在檢監測參數上，做到“全方位”，不僅要對設備健康性指數進行監測，如軸承振動、溫度、油液等，還要對設備工藝性參數進行跟蹤監測，如介質壓力、溫度、成份、洗油等。
在檢監測范圍上，做到“全覆蓋”，對公司所有A、B、C類3000多臺設備實現9個生產部全部覆蓋，不留任何盲腸死角，設備全面受控。
在檢監測業務上，做到“全過程”，對監檢測作業的全過程嚴格執行“十定十有”，“十定”即“定流程、定路線、定人員、定儀器、定設備、定測點、定參數、定標準、定周期、定表格”，“十有”即“有組織機構、有管理制度、有工作目標、有檢測計劃、有定期培訓、有問題分析、有檢修反饋、有經驗總結、有監督考核、有整改跟蹤、有階段評價”。
在監檢測時間上，做到 “全天候”，不僅監測系統要做到24小時完好運行，而且要求監檢測人員執行“5+2” 、“白+黑”工作模式，并創造性地提出了“監檢測工作沒有節假日”的業務要求。
在設備管理上，做到“全生命周期”，監測技術管理人員參與設備從規劃、設計、安裝到運行、檢修、更新的全生命周期管理，最終實現設備服役過程數據的全周期監測。
（二）要嚴字當頭，必須在“嚴”上下功夫
監測工作是一個系統工程，必須嚴到每個節點，嚴到整個鏈條，嚴到全壽命周期，實現點、線、面的嚴密受控。嚴肅執行“三不放過”是我們的總原則：做到異常現象原因沒有搞明白不放過；故障發生、發展的機理未研究透不放過；設備問題未根治不放過。這一原則貫徹，保障了機組問題追蹤的持續性、完整性，使得班組一直致力于設備問題的研究和機理的探索，同時也就為設備問題的根治提供了思想保證。嚴格落實特護制度是關鍵，我們扎實開展機組“五位一體”特護工作，不斷夯實特護成果，創造性地延伸“特護”含義，提出“8特”管理，即“A類設備必須特護、B類獨生子設備必須特護、檢修期間在役設備必須特護、超溫超振設備必須特護、高頻檢修設備必須特護、高危泵超過4.0mm/s必須特護、修后24小時運行設備必須特護、新切換6小時運行機泵必須特護”，盯住了重點設備，實現了監測資源的最優配置，保障了監測工作的方向性、針對性和經濟性。嚴厲“十率”考核制度是保障，監測中心認真梳理專業管理、外包管理的核心要素，嚴明十項考核指標，即“考試通關率、員工出勤率、人員流動率、作業違章率、數據漏檢率、匯報延時率、診斷準確率、報告閉環率、指令執行率、服務投訴率”。這些需要持之以恒，常抓不懈。
（三）要精益求精，必須在“精”上下功夫
建設一只“精準性、及時性、完備性”的專家技術服務團隊是我們的總要求，并在實踐中形成了“1234”管理的具體要求。
“1”就是要求做到“一中心”，不論是業主還是服務商，都要以“設備健康安全”為中心，對象統一、目標一致，不偏不改；
“2”就是要求做到“兩精準”，即在線監測系統、離線檢測采集的數據要精準，故障分析的診斷結論要精準，要求數據實事求是，不弄虛造假，不漏測誤測，不漏警誤警，要求故障原因分析力求落到點上，給出的診斷結論和維修建議要具體化、要有針對性、可操作性，要能指導檢修作業高效開展，要能使設備病灶得到一次性徹底根治。
“3”就是要求班組做到“三及時”，即班組發現問題要及時、分析問題要及時、反饋問題要及時，確保問題‘不過夜’，隱患無死角。
“4”是就是要求做到“四完備”，要求所有工作都按照PDCA方法開展工作，從監檢測計劃的制定、問題的發現、故障的分析、隱患的處理必須全程參與，甚至人員培訓、安全學習等都必須做到做好完備性管理（即PDCA管理）。
（四）要勇于創新，必須在“人”上下功夫
監測管理工作則是人、儀表感知、裝備狀態的互動關系，其最根本的、起主導作用的是人，實施“四集”模式必須要依靠精品的隊伍。打造一只“從故障診斷轉型為故障研究”的學習型、研究型團隊是我們的總目標，四川石化希望班組的每一位員工都能刻苦專研故障診斷知識，戒驕戒躁，勇于探索，確保每一起機組故障的分析過程經得住推敲、分析結論經得住檢驗，逐步提高班組成員的診斷水平，努力使他們成為具備“及時性、精準性、完備性”綜合性故障診斷專業人員。為逐步實現這一總目標，構建富有活力的責任體系、創建積極向上的班組學習文化是其中兩個重要舉措。我們以構建責任體系為抓手，建立責任網格，鎖緊責任鏈條，壓實主體責任，橫向到邊、縱向到底，真正形成主動負責、積極擔責、認真履責、全力盡責的責任格局。我們以技術問題為導向，堅定不移開展問題追蹤排查，每周定期都會在班組中積極開展“專業知識深入討論會”、“新技術研討會”、“診斷經驗分享會”等主題活動，引發班組思考，激發團隊活力和創新能力。7年來，我們著力在育精品文化、建精品隊伍、創精品品牌上下功夫，破除思維定勢，為全面實施動設備全壽命周期“四集監測”管理模式提供堅強保證，成效顯著。
（五）要持之以恒，必須在“制”上下功夫
監測管理工作要常態化運行，持續發力，堅持不懈地抓下去，不能靠“人治”，必須靠“法治”。針對2013年原始開工前，監檢測系統調試問題多，我們編制了《四川石化設備檢修部狀態監測平臺（網）管理規定》；為做好公司84臺大機組、3000余臺設備的精密檢測，我們編制了《四川石化設備檢修部狀態監測班在線、離線機組監護工作管理辦法》；針對2014年開工期間，動設備故障頻發，我們編制了《四川石化設備檢修部狀態監測班工作情況匯報管理規定》、《四川石化設備檢修部狀態監測班緊急情況應急處置方案》等。根據監檢測業務的特點，我們在實踐中形成了“設備故障診斷分析報告、專項分析報告、固定期間設備運行分析報告” 等3類報告制度和模板。針對開工期間乙烯三機頻繁出現異常振動，創造性的開啟《狀態監測開工保運日報》；針對催化裝置一段時期的低頻振動問題，創造性的實施《重癥設備監護運行日報》。針對大檢修，我們編制了《大檢修期間動設備監檢測工作方案》《動設備狀態監測停開工保運方案》等。這些制度及方案的及時制定、實施、修訂，為監檢巡工作的有序開展、問題的及時發現、匯報、處理提供了行動指南。今后要不斷地通過總結、提煉，不斷地把措施變經驗，把故事變案例，把標桿變標準，把方法變制度，建立一套科學規范的長效機制，確保實現監測管理效益最大化的目標。
四、結論
通過7年的探索研究，四川石化深入踐行“四集監測”模式，企業裝備預知維修管理水平得到全面提升，設備全壽命周期運營成本持續降低，取得了令人滿意的效果。未來，四川石化將以更加開放的格局、思維、視野，持續創新，力爭在集成運營的廣度、集成聯動的速度、集成監測的精度、集成分析的深度上不斷取得新突破，進一步把監測技術優勢做專、診斷治療效益做大、監測業務規模做強，為企業高質量發展和行業動設備健康管理不斷注入新的發展內涵和創新動力。
參考文獻
[1]高金吉.工業互聯網賦能裝備智能運維與自主健康[J].計算機集成制造系統,2019,25(12):3014-3025
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