CN105989435A - 一种基于rcm理论估算设备维护周期的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RCM理论估算设备维护周期的方法。该方法包括以下步骤：通过数据收集和工艺调查，确定设备中需要进行预防性维护的部件以及对所述需要进行预防性维护的部件的失效具有保护作用的部件；对需要进行预防性维护的部件进行故障模式及影响分析，对安全风险后果等级设定允许失效概率，并确定所述需要进行预防性维护的部件的失效后果所属的等级；计算故障发生的概率以及需要减少的失效概率，根据所得需要减少的失效概率估算得到新的维护周期。该方法对安全风险后果等级进行了量化，能够得到维护周期的具体时间，解决了现有的方法不能得出具体维护周期的问题。而且考虑了保护部件对故障发生概率的影响，由此估算的维护周期更准确。

Description

一种基于RCM理论估算设备维护周期的方法

技术领域

本发明涉及一种基于RCM理论估算设备维护周期的方法。

背景技术

在实际工程应用中，合理制定设备的维护周期对设备的安全运行、降低维护成本有重要的意义。目前，常用的方法是根据RCM理论(Relible centerdmaintanc，以可靠性为中心的维护)评估设备的安全风险并调整设备的维护周期。

RCM理论是建立在风险和可靠性方法基础上，应用系统化的方法和原理，对设备的失效模式及后果进行分析评估，确定出每一种设备每一失效模式的风险及失效的根本原因，识别出装置中固有的或潜在的危险及其可能产生的后果，确定其在安全、环境、经济等方面的风险等级，制定出针对失效原因，适当降低风险的维护措施。RCM强调以设备的可靠性、设备故障的后果，确定设备的风险等级，作为制定维护策略的主要依据，RCM的结果归根结底是为了确定所需的维护内容、维护周期，制定出预防性维护大纲从而达到优化目的。现有的RCM的主要工作流程是：

(1)数据收集、评审和工艺调查，得到设备组成、设备中各部件之间的连接关系、设备工作流程、设备的故障模式、故障原因、故障后果、故障频率以及维护周期等方面的数据。

(2)系统划分和确定设备的技术层次，根据(1)中的数据确定需要进行预防性维护的部件，需要进行预防性维护的重要功能部件。

(3)制定风险可接受准则；

分析设备的每一种失效模式，确定其风险大小。风险为失效概率和失效后果的乘积，即风险＝失效概率×失效后果。

以石油天然气行业为例，结合目前国内工程应用和SY/T 6714-2008《基于风险检验的基础方法》规定的数值，后果等级从安全风险、环境风险、经济风险三个方面确定HSE(健康、安全、环境)可接受后果，以安全风险为例，失效概率等级和安全风险后果等级如表1、表2所示。

表1失效概率等级

表2安全风险后果等级

在RCM评价中，接受准则被转化成适合于不同种类风险的风险矩阵格式。根据表1和表2的数据确定的安全风险矩阵如表3所示。

表3安全风险矩阵

(4)失效模式影响分析和风险评估。

(5)FMEA分析会，即故障模式及影响分析，对步骤(2)中选定的重要功能部件的故障原因、故障模式以及故障影响进行分析，并根据步骤(3)得到的安全风险矩阵来判断故障所带来的安全风险等级。

(6)制定和优化维护策略；根据安全风险等级优化的维护活动，例如，安全风险等级为高时，应适当缩短维护周期；安全风险等级为低时，应适当延长维护周期。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

现有的基于RCM理论调整设备维护周期的方法只能定性的判断延长或缩短维修周期，不能得出延长或缩短的具体时间。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明实施例提供一种基于RCM理论估算设备维护周期的方法。

具体而言，包括以下的技术方案：

一种基于RCM理论估算设备维护周期的方法，该估算方法包括以下步骤：

步骤(1)，通过数据收集和工艺调查，得到设备组成、设备中各部件之间的连接关系、设备工作流程、设备的故障模式、故障原因、故障后果、故障频率以及维护周期的数据；

步骤(2)，根据步骤(1)得到的数据，确定设备的技术层次，确定需要进行预防性维护的部件以及对所述需要进行预防性维护的部件的失效具有保护作用的部件；

步骤(3)，对步骤(2)中确定的需要进行预防性维护的部件进行故障模式及影响分析，分别对轻微受伤、重大受伤、一人伤亡事故以及多人伤亡事故这4种安全风险后果等级设定允许失效概率，并确定所述需要进行预防性维护的部件的失效后果所属的等级；

步骤(4)，由需要进行预防性维护的部件的失效概率以及保护部件的失效概率计算故障发生的概率，计算方法如下：

故障发生的概率＝需要进行预防性维护的部件的失效概率×保护部件的失效概率；

步骤(5)，由步骤(3)得到的允许失效概率和步骤(4)得到的故障发生的概率计算需要减少的失效概率，计算方法如下：

需要减少的失效概率＝允许失效概率/故障发生的概率；

步骤(6)，由步骤(1)得到的所述设备现有的维护周期以及步骤(5)得到的需要减少的失效概率估算得到新的维护周期。

进一步地，步骤(2)中所述具有保护作用的部件包括直接减轻所述需要进行预防性维护的部件的失效后果的部件以及仪表连锁系统。

进一步地，

保护部件的失效概率＝直接减轻失效后果的部件的失效概率×仪表连锁系统失效概率。

进一步地，步骤(1)中，所述数据收集包括对设备的书面文件资料进行阅读、记录和分类。

进一步地，步骤(1)中，所述工艺调查包括询问设备负责人和实地测量。

本发明实施例的技术方案的有益效果：

1、本发明实施例对安全风险后果等级进行了量化，根据企业实际生产要求设定了允许失效概率，允许失效概率与设备实际的故障发生概率的比值即为需要减少的失效概率，即得到了企业所能承受的失效概率与设备实际的故障发生概率之间的差值，因此，可以依据该需要减少的失效概率估算得到新的维护周期，得到的维护周期是一个具体的时间。

2、本发明实施例中，在对设备实际的故障发生概率进行计算时，综合考虑了需要预防性维修的部件(即重要功能部件)的失效概率以及保护部件的失效概率，这是由于在实际生产中设备真正发生故障并引发后果是重要功能部件和保护部件共同失效引起的。因此，这样得到的故障发生概率更符合实际生产情况，由此估算得到的维护周期更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例中基于RCM理论估算设备维护周期的方法的流程图；

图2为具体实施方式中增压机组燃料气进气工艺示意图。

图中标记分别表示：

1、燃料气；2、过滤器；3、第一调压阀；4、流量计；5、第一电磁阀；

6、分离器；7、第二调压阀；8、第二电磁阀；9增压机组；10、放空管线。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种基于RCM理论估算设备维护周期的方法，该估算方法包括以下步骤：

步骤(1)，通过数据收集和工艺调查，得到设备组成、设备中各部件之间的连接关系、设备工作流程、设备的故障模式、故障原因、故障后果、故障频率以及维护周期的数据；

步骤(2)，根据步骤(1)得到的数据，确定设备的技术层次，确定需要进行预防性维护的部件以及对所述需要进行预防性维护的部件的失效具有保护作用的部件；

步骤(3)，对步骤(2)中确定的需要进行预防性维护的部件进行故障模式及影响分析，分别对轻微受伤、重大受伤、一人伤亡事故以及多人伤亡事故这4种安全风险后果等级设定允许失效概率，并确定所述需要进行预防性维护的部件的失效后果所属的等级；

步骤(4)，由需要进行预防性维护的部件的失效概率以及保护部件的失效概率计算故障发生的概率，计算方法如下：

故障发生的概率＝需要进行预防性维护的部件的失效概率×保护部件的失效概率；

步骤(5)，由步骤(3)得到的允许失效概率和步骤(4)得到的故障发生的概率计算需要减少的失效概率，计算方法如下：

需要减少的失效概率＝允许失效概率/故障发生的概率；

步骤(6)，由步骤(1)得到的所述设备现有的维护周期以及步骤(5)得到的需要减少的失效概率估算得到新的维护周期。

本发明实施例对现有基于RCM理论制定设备维护周期的方法进行优化改进，对不同程度的安全风险后果等级设定允许失效概率，对安全风险后果等级进行了量化，根据允许失效概率与设备实际的故障发生概率之间的比值，即需要减少的失效概率来估算维护周期，解决了现有的方法不能得出具体维护周期的问题。同时，在确定设备实际的故障发生概率时，综合考虑了需要预防性维修的部件的失效概率以及保护部件的失效概率，这是由于在实际生产中设备真正发生故障并引发后果是重要功能部件和保护部件共同失效引起的。因此，这样得到的故障发生概率更符合实际生产情况，由此估算得到的维护周期更加准确。

本发明实施例中涉及的需要进行预防性维护的部件为设备中的重要功能部件，即其功能对设备的使用具有重大影响的部件，一旦发生故障就会带来安全性后果，因此必须对这类部件进行定期预防性维护，以保证设备的安全运行。

对轻微受伤、重大受伤、一人伤亡事故以及多人伤亡事故这4种安全风险后果等级设定允许失效概率时，要结合企业自身的实际情况，设定能够接受的允许失效概率，即能够接受的故障发生的频率。例如，某企业对于造成轻微受伤这一安全风险后果的故障能够接受的发生频率是10年发生一次(即每年发生0.1次)，则对于轻微受伤这一安全风险后果等级的允许失效概率为10^-1，如果该企业对于造成轻微受伤这一安全风险后果的故障能够接受的发生频率是5年发生一次，则对于轻微受伤这一安全风险后果等级的允许失效概率为5^-1。

需要减少的失效概率,是企业能够接受的允许失效概率与实际故障发生概率之间的比值，通过调整维护周期来使实际故障发生的概率达到企业能够接受的允许失效概率。例如，如果需要减少的失效概率为0.45，则表明要将实际故障发生的概率减小0.45倍企业才能接受，因此维护周期可以减少为现有维护周期的1/2；如果需要减少的失效概率为0.2，则维护周期可以减少为现有维护周期的1/4；如果需要减少的失效概率为1.8，则维护周期可以增加为现有维护周期的2倍；一般来讲，维护周期是以1/4、1/2、2倍、4倍等倍数进行调整的。

在上述的估算方法中，步骤(2)中所述具有保护作用的部件包括直接减轻所述需要进行预防性维护的部件的失效后果的部件以及仪表连锁系统。步骤(4)中，保护部件的失效概率的计算方法为：保护部件的失效概率＝直接减轻失效后果的部件的失效概率×仪表连锁系统失效概率。

其中，直接减轻所述需要进行预防性维护的部件可以为标准IEC61508定义的独立保护层，即对某种风险起到减缓作用的保护措施，需满足两个条件：至少可以把已确定的风险降低10倍，和具有专一性、独立性、可行性、可审核性，如安全阀、安全爆破片等；仪表连锁系统是指具有确定安全等级由传感器、逻辑单元和执行器组成的保护系统，可检测到具体失效并执行相应动作，如当压力传感器检测到压力超高从而切断入口阀门等。

例如，某设备具有三个保护部件以及一个仪表连锁系统，则该设备的故障概率P’的计算公式为：

P'＝P₀×P₁×P₂×P₃×P₄，式中各符号的含义如见表4。

表4估算设备维护周期时涉及的概率

若上述设备中还具有第四保护部件、第五保护部件等保护部件，则计算故障发生概率时还应该包括第四保护部件、第五保护部件等保护部件的失效概率。

上述的设备的需要减少的失效概率△P的计算公式为：

$\mathrm{\ΔP}=\frac{P}{P^{\′}}=\frac{P}{P_0\×P_1\×P_2\×P_3\×P_4}.$

本发明的实施例是从设备故障的安全风险方面来估算设备的维护周期，从环境风险、经济风险等方面估算设备维护周期的方法与安全风险相同。本发明实施例的方法不仅仅适用于估算石油天然气行业设备的维护周期估算，对其他行业同样适用。

在上述的估算方法中，步骤(1)中，所述数据收集可以为对设备的书面文件资料进行阅读、记录和分类，所述工艺调查可以为询问设备负责人和实地测量。

实施例1

本实施例以增压机组燃气进气设备为例，运用本发明的估算方法来调整增压机组燃气进气设备的维护周期。

步骤(1)，通过数据收集和工艺调查，得到以下信息：

参见图2，该增压机组燃气进气设备的组成：包括过滤器2、第一调压阀3、流量计4、第一电磁阀5以及增压机组9；其中，增压机组9包括分离器6、第二调压阀7以及第二电磁阀8；

该增压机组的工作流程为：燃料气1依次经过过滤器2、第一调压阀3、流量计4以及第一电磁阀5后，进入增压机组9；增压机组9内的第二电磁阀8设在第二调压阀7之后，通过控制第二电磁阀8的开关控制燃料气1的进入；当压缩机运转时，第二电磁阀8处于开启状态，当压缩机发生异常情况时，由控制柜发出信号至第二电磁阀8，使之关闭，从而切断燃料气1进入动力缸，迫使压缩机停机。在燃料气1进入增压机组9的燃气管路之前，要先经过过滤器2和第一调压阀3进行前期过滤调压，当压缩机发生异常时第一电磁阀5也可根据异常信号关闭燃气管线同时打开放空管线10。

该增压机组燃气进气设备发生故障的模式以及原因为：第二电磁阀8在接收异常信号后不能按要求关闭，使燃料气1继续进入动力缸，造成飞车。

步骤(2)，通过步骤(1)对增压机组燃气进气设备的组成、工作流程故障模式以及故障原因的分析，可以得出在该设备中，第二电磁阀8是压缩机所有安全停车保护的最终执行机构，因此第二电磁阀8为该设备中需要进行预防性维护的部件。即重要功能部件。而如果第二电磁阀8不能按要求关闭，第一电磁阀5也可以在接收相应信号之后关闭并打开放空管线，阻止燃料气进入增压机组9。因此第一电磁阀5为可以直接减轻需要进行预防性维护的部件的失效后果的保护部件，与第二电磁阀8并联的向第一电磁阀5发出报警信号的报警系统为仪表连锁系统。

步骤(3)，对第二电磁阀8进行故障模式及影响分析(FMEA)，得到第二电磁阀8的失效模式为“不能按要求关闭”，失效后果为可能造成飞车。根据国家标准GB/T21109，电磁阀不能按要求关闭的概率为5.33×10^-6(每小时)，换算成每年的失效概率P₀＝0.04669。

根据企业实际生产情况确定表2中的每种安全风险后果等级能够接受的允许失效概率，结果如表5所示。

表5允许失效概率(每年发生故障的频率)

由于该企业中，压缩机需要4人以上值守，飞车可能会造成多人伤亡事故，即d类安全风险等级，因此，允许失效概率P＝10^-4。

第一电磁阀5作为保护部件的失效模式为“不能按要求关闭”，失效的概率P₁＝0.04669；

报警系统的失效概率根据经验为P₂＝0.1。

步骤(4)，计算增压机组燃气进气设备的故障发生概率P’，P’＝P₀×P₁×P₂。

步骤(5)，计算需要减少的失效概率，

$\mathrm{\ΔP}=\frac{P}{P^{\′}}=\frac{{10}^{-4}}{0.04669\×0.04669\×0.1}=0.45,$ 即目前的故障发生概率仍高于企业所能接受的允许失效概率，要将故障发生概率减小至目前的0.45才能使故障概率达到企业所能接受的允许失效概率。

步骤(6)，由于故障发生概率要减小至目前的0.45才能达到企业所能接受的允许失效概率，因此，维修周期大约要减少至目前维修周期的一半。

对比例1

本对比例仍以实施例1中的增压机组燃气进气设备为例，运用现有技术的方法来调整增压机组燃气进气设备的维护周期。

按照实施例1中步骤(1)和步骤(2)分析所得，该增压机组燃气进气设备重要功能部件为第二电磁阀8，其失效概率为0.04669，失效后果为可能造成飞车，会造成多人伤亡事故，安全风险等级为d，根据表3所示的安全风险矩阵，确定第二电磁阀8失效模式的风险等级为高，需要提高维护频率，即缩短维护周期。但是不能得出具体需要缩短的时间。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于RCM理论估算设备维护周期的方法，其特征在于，所述估算方法包括以下步骤：

步骤(1)，通过数据收集和工艺调查，得到设备组成、设备中各部件之间的连接关系、设备工作流程、设备的故障模式、故障原因、故障后果、故障频率以及维护周期的数据；

步骤(2)，根据步骤(1)得到的数据，确定设备的技术层次，确定需要进行预防性维护的部件以及对所述需要进行预防性维护的部件的失效具有保护作用的部件；

步骤(3)，对步骤(2)中确定的需要进行预防性维护的部件进行故障模式及影响分析，分别对轻微受伤、重大受伤、一人伤亡事故以及多人伤亡事故这4种安全风险后果等级设定允许失效概率，并确定所述需要进行预防性维护的部件的失效后果所属的等级；

步骤(4)，由需要进行预防性维护的部件的失效概率以及保护部件的失效概率计算故障发生的概率，计算方法如下：

故障发生的概率＝需要进行预防性维护的部件的失效概率×保护部件的失效概率；

步骤(5)，由步骤(3)得到的允许失效概率和步骤(4)得到的故障发生的概率计算需要减少的失效概率，计算方法如下：

需要减少的失效概率＝允许失效概率/故障发生的概率；

步骤(6)，由步骤(1)得到的所述设备现有的维护周期以及步骤(5)得到的需要减少的失效概率估算得到新的维护周期。

2.根据权利要求1所述的估算方法，其特征在于，步骤(2)中所述具有保护作用的部件包括直接减轻所述需要进行预防性维护的部件的失效后果的部件以及仪表连锁系统。

3.根据权利要求2所述的估算方法，其特征在于，步骤(4)中，

保护部件的失效概率＝直接减轻失效后果的部件的失效概率×仪表连锁系统失效概率。

4.根据权利要求1所述的估算方法，其特征在于，步骤(1)中，所述数据收集包括对设备的书面文件资料进行阅读、记录和分类。

5.根据权利要求1所述的估算方法，其特征在于，步骤(1)中，所述工艺调查包括询问设备负责人和实地测量。