工业循环水水泵组故障类型及影响分析

石油石化节能与减排2011年第1卷第3/4期Energy Conservation and Emission Reduction in Petroleum and Petrochemical Industry工业循环水水泵组故障类型及影响分析王维赞，曹夏孟(中国石油宁夏石化公司，宁夏750026)摘要: 用故障类型及影响分析法(FMEA) ,对宁夏石化公司二化肥循环水系统节能改造后的现状进行了调查分析，针对发现的问题提出了改进措施和建议。该分析方法有助于提早发现装置存在隐患，对预防事故发生、减少事故损失有重大意义。关键词:故障类型及影响分析法( FMEA)工业循环水水泵故障1故障模式及影响分析法概述2二化肥循环水 系统FMEA分析1.1故障模式及影响分析法 (FMEA) 简介宁夏石化公司二化肥装置以天然气为原料,设FMEA是- -种基本可靠性设计分析方法，是故计年产450 kt合成氨、780 kt尿素.障分析技术的基础。该方法对发生或可能发生故障其循环水工段是为合成氨、尿素、锅炉装置输送的系统及其组成单元进行分析,包括鉴别其故障起合理冷量的循环水。循环水水泵将流量为30000 m'h,因、故障模式(即故障机理和发展过程)，评估该压力为05 MPa的冷却水送到合成氨、尿素、锅炉界区故障模式对系统可能产生的影响及后果分析等。通的换热器，经热交换后温度上升至40 C;通过压力为过故障模式及影响分析，可以迅速发现较明显的故0.15 MPa的回水管网送至凉水塔,在凉水塔填料层中障模式并确定单点故障，然后采取相应的技改措施与空气逆流接触冷却,循环水温度降至32 C后经过凉予以消除，从而提高系统的可靠性。水塔塔池连通管进人吸水池;循环水泵再将吸水池的1.2使用FMEA分析的 目的冷却水加压送出。FMEA分析法能够准确地分析功能单元或部件故循环水蒸发损失、少量飞溅损失、工艺界区排障对系统工作所产生的后果，为制定设计方案、工艺放、水系统正常调节排污水量的损失，由外部新鲜改进和使用补偿措施提供依据。能够确定系统设施的原水补给以维持水量平衡见图1。可靠性关键件(关键装置)和重要件(重要部位)，二化肥自1998年投产已运行12年。循环水系统而这些关键件、重要件又是进行设计、工艺技术改造因设备存在缺陷，如单台循环水泵功率消耗大、流的主要目标,同样也是进行可靠性增长试验、鉴定试量低等问题，影响装置的安全运行。为了全面地排验、应力分析和保证安全性的主要对象。查影响循环水系统安全、稳定、长周期运行的问题通过FMEA可以达到下述目的:和隐患，结合装置实际运行情况，使用FMEA方法(1)帮助工艺系统设计和运行管理者从各种.分析存在的问题和原因，提出了改进意见。方案中选择满足可靠性要求的最佳方案;2.1循环水系统功能层次划分(2)有助于在设计审议中对有关措施、检测二化肥工业循环水系统(工号名称:二化肥循设备等做出客观的评价;环水工段)的任务是:连续向二化肥装置的水冷器(3)找出对设施系统故障有重大影响的部件、功能单元的故障模式并分析其影响程度;收稿日期: 2011-03-27(4)能为进- -步定 量分析提供基础;作者简介中国煤化工此于抚顺石油学院.(现辽宁现在宁夏石化公(5)能为进-步更改设施装置设计提供资料;司质量安fHCN MH G.- 33-石油石化节能与减排凸2011年第1卷第3/4期白蒸发水飞散水风机.8SS。0循环热水热交换器.回水管网空气热交换器|热交换器填料x工艺介质工艺介质给水管网循环冷水系统(保有)水冷却塔泵排污水.圄1循环冷却水系统流程及其它用水设备提供经过水质稳定处理和冷却的工机、人口阀。业用水。二化肥装置按照装置、系统、 子系统、设备、根据原二化肥循环水工段情况，参考节能改组件划分，划分层次和内容见图2。循环水系统由造设计、生产制造、土建、设备安装情况和各参清水泵分系统、合成氨分系统、尿素分系统组成。与单位职责，考虑运行后的维修级别，确定FMEA循环水子系统划分各部分:回水管网、凉水塔分析对象的初始约定层次是二化肥装置，最低约风机、凉水塔、塔池、吸水池、循环水泵、给水管定层次为出口电动阀、止逆阀、水泵、驱动电网、用户见图3。初始约定层装置约定层次2约定层次1最低约定层零组件.系统分系统次设备.尿素系统清水系统t[ 合成换热器][合成氨用户合成氨系统合成循环水清水泵组[循环水泵组1吸水池二套化肥装置循环水系统尿素循环水水泵风机蒸汽系统药剂系统厂凉水塔L出口阀电机加氯系统电气系统t人口阀监测系统.■尿素用户]止逆阀[ 冷却循环线]图2二化肥装置功能及层次划分对应图2.2二化肥循环水工段任务及环境条件描述二化肥尿素循环水系统按季节不同，有两种运见清水泵、循环水泵任务、时间分配表和寿命行方式见图4。周期见表(1-2)。表1清水泵、循环水泵任务、时间分配表矩时间累计164天(45%)中国煤化工o天(8%)”启动运行运行运行停止，YHCNMHG停运检修- 34-王维掼等.电厂及工业废热利用新途径石油石化节能与减排490 m/h6线补水(其他加药130-150 m'h20 m2/h+加氯青冷水塔尿素吸水池| 合成吸水池器也|尿素循环泵g 000 m'/h19 000 m'h460 m/hI 280 mh尿素合成650-750 m/h-暨图3二化循环水系统流程框图表2清水泵、循环水泵寿命周期设备前期管理设备后期管理q设计制造制造验收运输安装启动一运行运行 运行-停止停运报废选型采购调试备用检修回水管网风塔机风搭机尿素用户1晾水塔2°凉水塔12*凉水塔循环水泵给水管网(循环吸水池塔池水泵L图4尿素循环水冬季运行方式框图(虚线为夏季运行方式)2.3对循环水泵层次进- 步分解2.4 关于故障模式及影响分析(FMEA)方法实施单台循环水泵组成:出口电动阀、水泵、人口要点的说明电动阀、电机、冷却系统见图5。FMEA工作分工及职责:本次分析由分析专业.人员协助工艺人员完成，提供实施FMEA程序及方---出口电 动阀t4 十人口电动阀法，通过审核并会签。(1)分析数据来源:故障模式及影响材料来电机冷却设备自于车间事故统计台帐、岗位日志记录、工艺规程及其它技术中国煤化工图5尿素循环水泵组 (单元)功能框图(2)表HCN M H G保护指具有故石油石化节能与减排口2011年 第1卷第3/4期★障自动防护和故障非自动防护的设备;后果指不考(5)分析中将每-故障模式对局部、高一层.虑安全保护情况下的最大可能事故和影响;表格中次和最终层次的不同影响情况填入表中相关栏。有“功能说明”-栏只列出设备主要功能;“失效模关三种不同级别的故障影响的内容、特点(或用式”也仅列失效的主要模式;途)和常见处理办法见表4。(3)报告只分析到循环水尿素的子系统这一运用故障模式及影响分析(FMEA)法对循环层，单台水泵、冷却塔风机不进一步分析， 分析报水正常运行阶段进行分析并填写表格。FMEA分析告内容本文仅节选。见表(5-6)。(4)根据每个故障模式对系统造成的最坏的通过对尿素循环水分系统和清水泵单元的故障潜在影响(或后果)确定其严酷度类别。常见的严分析，可以看出，合成循环水泵一旦无法完成功能酷度类别定义见表3。后，不仅会使合成氨装置停工，而且会导致尿素生表3常见的严酷度类别定义产装置停车，危害较大。清水泵完不成任务的后果严酷度类别定义要比合成、尿素循环水泵故障的影响还严重，会直I (灾难这种故障会引起人员死亡或者系统毁坏接造成二化肥全装置停车。的)I (致命这种故障会引起人员的严重伤害、重大的经济损3循环水工段安全生 产事故事件统计失、引致任务失败的系通过FMEA分析，还需要循环水水工段事故事M (临界这种故障会引起人员的轻度伤害.一定的经济损失、引致任务延误或者降统严重损坏件的统计作为佐证，以下是2001-2009年度循环水IV (轻度 这种故障不足以导致人 员的伤害、一定的经济损工段安全生产事故事件统计:失、系统损坏，但不足以导敛非防御性维护或修理(1)电机失电水泵出口阀不能动作，导致化表4三种故障影响的内容、特性(或用途)及常见处理方法名称特点(或用途)1级川级V级指某一故障模式对当前1、 为评价补偿措施，改进措被分析产品有故障局分析的约定层次产品的施提供依据被分析产品完全被分析产品的症候，功能尤明显被分析产品影响很影响使用、 功能和状态的影2. 有可能就是所分析的故障长失功能功能下降下降小向模式本身高一指第一故障模式对比当1、 一般可选为系统级:指某- -故障模式对比当系统有故障症候，对系统无影响或者层次公展2. 为提高系统的叮靠性提供系统完全长失功系统功能下降影响.品的使用，功能和状态依据能功能尤明显影响很小的影响1.一般可选为装置级2、为提高系统的可软性提供指某一故障模式对初始对装置无影响或者警约定层次产品的使用、 3、 为划分严酷度级别提供依危及装置的任务引导装置拥伤装置有故障痛候，影响很小，增加非功能和状态的影响安全影响任务完成防御性维修.工作4、可能是从属故障或更多重故障导致的结果肥装置局部停车。2001年 4月二化肥循环水1"水泵运，造成清水泵断流。此次岗位操作人员误操作造UJ46501a运行中突然失电停运，此时2*循环水泵自成二化肥全装置停车。启动，但UJ46502a出 口液控蝶阀不动作，导致尿素(3)出口阀运行中误动作，险造成循环水断循环水系统断水，二氧化碳压缩机跳车，尿素装置流。2005年9月因电气限位开关出现故障，循环水停工2h。U]46502d泵出口阀在水泵运行中自动关闭了6%，如发(2)操作工误操作造成化肥装置全面停车事现不及时会导致出口阀关闭，水泵断流，由于岗位操故。2003年3月， 二化循环水因运行的a*清水泵电作人员及时发现，避免了二化肥装置停车事故。机有异音，要求对清水泵进行倒泵，由于启泵前确( 4 )日常切换循环水泵，出现无法及时投运.认不仔细，清水泵UJ46503b出口液控蝶阀后蝶阀未备用泵及出口中国煤化工98 - 2002年及时打开。在b*泵还没有正常投运时,就将a"泵停间， 在循环水HYHcNMH出现8次备用王维赞等，电厂及工业废热利用新途径石油石化节能与减排、水泵不能立即投运的情况。料，结合FMEA分析,发现循环水工段技术改造的(5)1997年7月，循环水系统正常运行时检关键点有以下几个方面:修备用循环水泵，因出口阀内漏,起吊泵壳涌水，( 1 )在二化循环水工段,无论是供尿素还是险些造成装置停车设施损坏的恶性事故。合成氨界区的循环水泵，都存在检修过程中出口阀根据现场事故事件资料，也佐证了以上故障类密封失效造成泵房积水，进一步导致淹泵的严重后型及影响分析( FMEA)的结论是可信、可靠的。果，应予以避免。另外，从FMEA分析中得知，常常被忽视的清水泵.(2)循环水泵运行中出口阀突然关闭、启动系统、出口阀阀门密封不严等问题，会严重影响整后不能及时打开状况，事故发生几率较高，需要进个工段的安全运行。行改进。为解决(1)(2)条中提出的问题，应对原出口液控蝶阀进行更换。4根据FMEA提 出改造意见( 3 )循环水泵3开1备运行，备机少,实际运整理循环水工段现场实际运行事故事件统计资行可靠性不令人满意，为提高循环水可靠性应减少运表5二化肥装置循环水系统故障模式及影响分析报告(尿素循环水分系统部分)标识符说明失效模式后果安全保护.建议措施1名称1对尿素装置运行有影响; 2大氧泄露造成水管网CW介质，流动渠道泄露循环水系统亏水，尿索减负倚或尿索停车无堵塞尿素减负荷或停车塔池到吸水池设置滤网腐蚀穿孔影响尿素中间产品、产品质最。生入工艺侧.干扰尿素L艺运行，或带来严重安全后果2/尿素换热设备或用水设备， 工艺用户侧/水侧 (工艺介质/循环水)循环水质污染，不加控制使循环水系统功工艺介质进入CW能受到影响，严重时尿素减负倚或停车3/回水管网CW介质，流动榘道同给水管网有备用风机-台;悬故障非自动防护，需要人冬季: 1台.进行跳车无法冷却换热后的CW.4/凉水产生 足够流量、风机运行最坏情况尿航面临停车测油、位振值、轴承温塔风机- 定风压的空气度，异常报警。夏季:两台一台跳车只能冷却部分CW导致尿素减负荷。两台跳车及及尿素停车5/凉水塔提供空气填料损坏不能满足冷却需要.和CW热敏交换通道严重可导致尿素减负荷对尿素装置运行有影响;大址泄露造成6/塔池回收凉水塔冷却后的CW循环水系统亏水，尿紫减负荷或尿索停车泄鳄泄露同塔池后果正常液位计指示，低液7/吸水池保持一定液位低液位极低液位导致水泵工.作不稳定气浊,位极限报警是故障非严重时导致水泵跳车自动防护，需要人的干预，及时补水有备用水泵，是故障自产生0.4MPa压力压力流量减少,将导致尿素装置停车动防护，但与jCW流量压压力流域消失力消失，尤直按联系。密封失效:泵填料.影响不大;对尿素装置无影响排水设施8/循环水泵法兰及接口面少量泄露排水设施无法排放约每密封作用密封失效:出口阀，小时1000m/h水量。导人口阀及泵密封失效泵房循环水泉功能失效，化肥装置停产致淹桌房事故:没有大量泄露以不大于5%的水量过滤。9/旁滤器循环水中的悬浮物反洗不停造成循环水大量损失。具有隐盐性后 里中国煤化工~装置:二化肥装置分系统:尿素循环水当前层次组成:给水管网、尿素用户、回水管周、凉水塔民机、凉水塔、塔池、吸水池、循环水景、YHCNMHG-37-石油石化节能与减排白2011年第1卷第3/4期口表6 (清水泵二次冷却水分 系统)故障模式及影响分析表故障严醋故障影响检测补偿米发生备人物分段方法措别概率注标识符功能描述 (任务时 故障类型故障原因.高层次间)局部影响(本影响(对合最终影响(对身、等于补偿成氨、电站二化肥裝置)措施)装置- -次冷却水;主要功能: 启动一运入口阀无法打提高运行达到任务运行功能开;泵或电机故清水泵单元运系统无汰运二套化肥装置 目测设备清水泵主要 功能:(短暂时 无法实现障;出I图尤法行功能心法实行。台成氨无法运行.判断叮靠1级密封作用打开现压缩机无法运行主要功能:运行一停电器运行停止到达泵机组无现场启停开关失清水泵及目测人员无影响皿级任务次要功( 短暂时法停运灵电机损坏判断才做能:密封作用间)停车主要功能:工作:360人或，虽然无直接影设备330人提供压力合成氨压缩机换导致合成氨响， 但因为合备用热器堵塞:流道O6MAa7mhn运行(360压刀机重检有举沈且功能不足; 界区压缩机 成压缩机停运单元机作天或者研告有道功 功能完全丧停运，最终后导致合成面(另1级水，并维稳定 330天 足)压力阀门]误动:管道失;导致合成装氨、尿素装置判斯清水流量消失手动阀J错误操置停牟停车造成一套泵单作化肥全面停车元)在停运期间保持密封性能泄漏环境条件设计密封功能主要功能:修、 待运停运待环境剖面出门阀内湍失效，向吸日测密时作用(短暂时外部静乐人口阀也内漏水池倒水， 可判断力0. 6MPa能导致水泉倒约500m2水转，损坏设备停运检修环境条件主要功能: (较长时 环境剖面出几阀内漏 设计密封功能月测I级间4h~2空气， 高人口阀内漏。 失，导致尤法无影响天)超度，骨电机循环阀内漏检修设备温.....(略)初始约定层次:第二套化肥蓑置层次组成:清水泵单元(组)。给水官网、回水官网、吸水池合咸压蝙机换鹅器等(见围6:清水泵示意图)四匣视操作人员不易觉察的情况，应设置给水母管压力或流匯水>ASIH ( )- HNHISIH四>量低报警、备用泵自启动功能联锁。UJ46503a/b5二化肥循环水工段循环水泵房机泵改造实施及效果图6清水泵示意图二化肥循环水工段设计6台循环水泵，2台清水行泵数量，增加备泵;对循环水泵出口电动阀也要从泵， 由于运行中存在不少问题，运行稳定性不够令维护保养、检修上提高此阀的工作可靠性，预防运行人满意。2009年 公司结合节能减排要求，对循环水中阀门误关闭、备用泵启动后阀[ ]打不开的故障模式泵实施改造,将6台( 3开3备)流量9 000 m'h,电机带来严重后果;根据运行水泵主电机跳车后，会发生驱动功率2 000 kW的循环水泵改造为5台( 3开2备)操作工不知道停泵情况，建议增加跳车声光报警;另流量10 050 m中国煤化工:W的循环水对出口电动阀误动关闭后，给水管压力流量消失，而泵、更换出口MHCNMHG止逆阀。. 38-王维掼等.电厂及工业废热利用新途径石油石化节能与减排、由于减少了一台水泵，降低了运行岗位维护工6结束语作量，设备可靠性得到提高，且节能效果明显，节.约运行消耗功率580kW,设备减少2 000kW -台。(1)采用故障模式及影响分析(FMEA)方法另单台水泵流量增大后，提高循环给水流速，为更对工艺设计进行静态分析，有助于及早开展故障调好的寻求低浓度下水质稳定创造良好基础;在运行查、后果影响分析预测，有助于减少装置事故、减管理方面，加强对清水泵重视程度，对清水泵运行少设备维修费用。其意义重大。维护制定了专门检查管理制度。(2)故障模式及影响分析(FMEA)起到了查经过2年的运行，FMEA查 找到出口液控蝶阀找危害、评估风险、解决问题的作用。经过FMEA的潜在故障,用可靠的电动阀替代，为循环水泵检分析得到几处有严重后果的单点故障,为消除隐患修创造了有力条件,在循环水泵拆卸外壳检修中杜提出切实可行的对策。FMEA分析结果为确定循环绝了溢水淹泵事故，解决了循环水泵启动后出口阀.水系统的关键设备提供了佐证,根据表6中严酷度不能及时打开的问题，充分保障了循环水T段稳定级别，对关键设备管理级别重新划分,进一步明确的运行。据统计2009年至今未发生-起事故，工艺了管理的重点，见表7。改造取得较好效果。表7关键重要设备- -览表(部分)设备分级设备名称备注A请水泵及电机(UJ46503 ab)A类.循环水泵出口电动阀A类合成循环水泵及电机( UJ46502 a/b/c/d )尿素循环水泵及电机( UJ46501 ab )危B类凉水塔风机用合成氨界区换热器到B尿素界区换热器低请水泵出口阀循环水泵入口阀C3...参考文献析FMEA从理论到实中践(第2版)》[M].北京:国防工业出[1]梁建宏 .故障模式及影响分析( FMEA )在设备维修管理中版社，2011:23的应用[D.《石油化T安全技术》.2006,(6 ):42 .[3]顾祥柏. 《石油化T安全分析方法及应用》[M]北京:化学工[2] 斯泰蒙迪斯(美)著,陈晓彤, 姚绍华译.《故障模式影响分业出版社, 2001: 36Failure Mode and Effect Analysis for IndustrialCirculating W ater Pump GroupWang Weiyun , Cao Xiameng( CNPC NingXia Petrochemical Company, NingXia 750026, China)Abstract: In this paper, the energy-saving transformation situation of the NO.2 water circulating system was analyzed by failuremode and effects analysis. This analysis method put forward some improvement measures and suggestions to the existing problems. Itplayed a great role in checking the devices bazards and asessing the risks. The investigation of failure mode and effects analysis canhelp to search the hidden troubles in devices and is important in preventing accidents a中国煤化工Key words: failure mode and effects analysis; industrial circulating water; pu:fYHCNMH G-39-