基于TPM 管理的故障分析闭环模式的实践探索

张宝丹

（中国石油化工股份有限公司天津分公司，天津 300271）

0 引言

随着科技的不断进步，如今TPM（Total Productive Maintenance，全员生产维护）管理在企业的发展进程中起着举足轻重的作用。TPM 管理是以实现四个“零”目标为任务，即“零缺陷”“零故障”“零不良”“零事故”，在保证全员参与的基础上，提高职工操作技能，加强设备维修保养，确保装置的安全平稳运行。

天津石化公司历经多次装置停工大检修，期间涌现了许多积极有效的TPM 管理方法。在1#催化裂化装置反应再生系统的检修改造中，基层车间以TPM 管理为基础，积极开展职工培训工作，动员全员参与。在保证安全的基础上，以装置现场作为讲授课堂，在情境教学中加深了职工对设备的了解，在缺陷排查中强化了职工对故障分析的理论深入，在实践活动中提高职工对设备维护的能动作用。这种从培训学习到全员参与，从缺陷识别到故障分析，从理论深化到日常重点维护的闭环管理模式，体现了积极的应用效果。

1 设备TPM 管理现状

TPM 管理最初源于20 世纪70 年代，后来逐渐应用于各企业的设备管理中。天津石化公司基层车间在贯彻落实公司TPM 管理的基础上，做出了一系列有效可行的举措，并以此为基础不断更新管理模式与方法，提高职工全员参与的积极性，深化理论知识学习，提升职工设备操作与维护水平，保证装置安全平稳生产。

在近年装置大检修中，车间通过贯彻实施TPM 管理，完成了催化四机组检修、催化沉降器封头更新、余锅模块更换、烟机入口膨胀节更新、LTAG 适应性改造等涉及专业面广、施工难度大的检修项目。此外，在防腐管理、环保设施管理优化、持续攻坚创效节能等方面也取得一定成效。TPM 管理推行以来，坚持“TPM 管理，从5S 做起，从你我做起”原则，发动车间管理、班组、保运等各级人员积极参与，在改善现场面貌的同时，不断深化职工对理论知识的理解，提升设备维护操作能力水平。

2 设备故障分析闭环模式的实践探索

在TPM 管理的基础上，车间以装置大检修为契机，动员职工积极参与培训活动。在完成检修任务的前提下，不断深化培训内容，深入设备缺陷分析，形成故障分析闭环模式。

2.1 全面开展多样化培训活动

TPM 管理的开展实施，离不开广大职工的共同努力。为更好地应对装置的检修改造，车间积极开展多样化培训活动。

近年来，由于疫情影响，培训活动由最初的线下培训转化为线上线下相结合的方式进行，由经验丰富的技术人员带领青年职工对检修内容进行理论知识的学习。其中反再系统反应器、再生器等设备内部的检查尤为关键。对于检查组成员来说，设备内部衬里的缺陷检查，旋风分离器、喷嘴等是否存在缺陷，如何判别缺陷以及对故障缺陷的分析等问题，是进入检修现场前要学习的必修课。

对于课程培训，车间鼓励更多的职工积极参与，加强理论知识储备。课程多采用线上培训、理论与实物图片相结合的方式，这种多元化学习培训平台，更方便职工们灵活利用工余时间进行自主学习，促进青年职工们快速成长。

2.2 现场排查，确保设备“零缺陷”

通过现场培训学习，职工们对设备内部构件有了大概的认识和了解。以催化裂化反应再生系统为例，设备内部衬里、旋风分离器、喷嘴等隐蔽工程的缺陷排查之前，必须了解各个设备内部构件的结构与用途，并对其缺陷种类有清晰的认识和判断。

如催化裂化装置反再系统再生器为一圆筒形焊接设备，其壳体一般采用A3 碳钢焊接制造。由于再生器的操作温度高达700 ℃，远超过碳钢所允许的温度，通过内壁敷设隔热耐磨衬里的缓冲作用，实际壳壁温度在200 ℃以下，从而有效地防止壳体的磨损。1#催化裂化装置采用的衬里存在3 种结构型式：单层耐磨衬里、单层耐磨隔热衬里和双层耐磨隔热衬里。一般单层耐磨衬里用于再生器等设备的内构件内壁中，而再生器器壁多采用单层隔热耐磨衬里[1-2]。

在培训学习中了解到，衬里的常见缺陷有鼓包变形（图1）、冲刷脱落（图2）、挡圈脱碳损坏、龟甲网腐蚀生锈（图3）等。此外，用于催化剂与油气或烟气分离的旋风分离器，是保证催化裂化装置长周期稳定运行的重要设备。在高温高浓度环境下，长周期运行可能会发生诸如旋风分离器拉筋开裂、焊道裂纹、翼阀缺陷等现象，这些故障是导致分离效率下降，催化剂跑损量增大，压力降减小的主要原因（图4）。

图1 衬里鼓包开裂

图2 衬里冲刷脱落

图3 龟甲网腐蚀生锈

图4 翼阀阀板与阀座间隙变大

检修期间，检查组人员对催化裂化装置反再系统内塔、器隐蔽工程缺陷进行了全面排查，共发现问题343 项。在车间技术组人员带领下，检查组人员仔细检查设备内的每个角落、每处细节，将发现的缺陷及时记录在案，以备后续整改，确保检修结束设备“零缺陷”。

装置大检修任务虽然繁重，但为了让青年职工在检修中尽快成长，提高设备的操作维护能力，车间利用工余时间开展OPL（One Point Lesson，单点课程）教育等一系列管理措施。在设备缺陷全面整改阶段，青年职工在专业人员带领下对催化反再系统塔器的内构件及缺陷进行现场学习及辨识，这一举措充分激发了他们的学习积极性及对问题探索的动力。

2.3 深化分析，实现设备“零故障”

针对全面排查中发现的各项缺陷，车间技术人员采用适当的方式引导职工深入思考，分析缺陷形成的原因，并对其进一步深化分析。

以催化反再系统再生器为例，衬里的作用一是耐磨、二是隔热。1#催化裂化装置采用的Al2O3催化剂磨损指数较高，远大于不锈钢等金属材料。由于再生器操作温度高达700 ℃，在此环境中处于流化状态的催化剂会对内壁衬里造成冲刷，长周期运行易造成衬里脱落现象。此外，龟甲网焊接是否规范也会直接影响衬里的质量。对衬里而言，龟甲网起骨架固定的作用，其焊接不规范、受热后膨胀不均匀，使龟甲网与耐磨衬里间相互挤压或分离，导致衬里出现鼓包或裂纹[3]。图5 为龟甲网焊接不规范现象，此龟甲网接缝处存在间隙，在操作运行过程中接缝处容易被拉开，形成扒缝，造成衬里开裂（图6）。衬里一旦失效，很快会磨穿再生器，使器壁变薄，随时有泄漏的风险，从而导致装置停工。该过程不可逆，即使操作调整也很难维持装置的正常运行。

图5 龟甲网焊接不规范

图6 衬里开裂

旋风分离器等其他设备的故障缺陷分析与此类似。根据旋分器的特性，翼阀一旦失灵，会造成催化剂倒窜，引发严重跑剂现象。一方面不能将催化剂有效地回收，影响催化剂循环，大量补充催化剂，造成能耗增加；其次，携带着大量催化剂的油气进入烟气系统和分馏系统，造成催化剂对器壁的冲刷磨损，影响设备寿命；另外，还会造成烟气和油浆固体物含量偏高，导致分馏塔塔盘和换热器堵塞，操作难以维持，装置则被迫停工。

为此，在检修过程中，除将衬里及旋分器等设备缺陷进行全面整改外，还应在装置下一运行周期中加强日常巡查。巡检过程中不仅要重点关注塔器及周边是否存在泄漏，还应通过热检，检查再生器等器壁温度是否过高，发现异常及时处理。只有深入分析缺陷原因及可能的事故后果，才能在日常工作中有针对性地对重点设备加强维护，将隐患消灭在萌芽状态，实现设备“零故障”。

2.4 理论实践融合，保证“零事故”

实践是检验真理的唯一标准。任何理论只有融入于实践当中，才能最大程度地发挥它的作用。只有将以往事故认真总结反思，吸取教训，才能使其为己所用，遇到问题时保持清晰的思路，迅速果断处理，保证装置“零事故”。

以2009 年青岛炼化公司检修后运行阶段存在的跑剂现象为案例[4]进行分析。结合以往操作经验，为减少VQS 罩外结焦，检修开工后沉降器采用高料位操作方式。3 月24 日装置投料，25 日装置加工负荷逐步提至110%，期间油浆固含量维持在3～6 g/L，系统催化剂总藏量逐步上升，装置运行平稳。4 月14 日23:00，沉降器旋分器压力降突降，循环油浆固含量快速上升，系统催化剂总藏量持续下降。操作判断为沉降器催化剂突发性跑损，采取降负荷至100%，提外甩及回炼量、小幅调整沉降器料位等措施后，4月15 日2:00 沉降器催化剂大量跑损现象得到控制（期间系统总藏量下降约20 t），油浆固含量逐渐降至3～12 g/L。

事故原因分析：设备方面，主要为沉降器内旋分器处于故障状态，若料腿内因催化剂结焦堵塞、翼阀卡涩而处于非正常状态，或料腿断裂开孔等情况均会导致沉降器催化剂大量跑损。据以往经验判断，若旋分器系统的相关构件存在缺陷，催化剂大量跑损表现为油浆固含量高达150～200 g/L，油浆系统循环困难，催化剂藏量显著降低。而从实际生产状况分析，油浆中固含量虽偏高，但基本上稳定在15 g/L 左右；且旋分器为检修改造时的新投用设备，开工前已进行严格检查，由此可排除沉降器内设备故障造成跑剂现象的可能。

根据当时操作变化及参数调整分析，催化剂跑损现象的原因，一方面是沉降器高料位操作后，由于催化剂流化线速低、密度较大，VQS 罩外环形床层面积大等因素，造成VQS 罩外床层可能存在料面不均现象，催化剂局部出现堆积，影响翼阀自由开关，从而导致催化剂下料不畅或倒窜气，引发催化剂突发性跑损；另一方面，装置运行负荷及单级旋分运行负荷均偏高，回收催化剂量较大，再加之罩外高料位的因素，影响了VQS 罩外催化剂的流化输送。

通过深化设备缺陷分析，由原因到结果，再由事故现象推演可能的原因，只有将知识与实践融会贯通，才能从根本上掌握这一技能，在遇到问题时保持清晰的思考逻辑，在短时间内做出判断及应对方案。从加强培训到缺陷排查，从故障分析到与实践经验的融合，每一步都引导着职工自主参与到TPM 管理建设当中，循序渐进地实现“零缺陷”“零故障”“零事故”目标，从而更好地做到产品质量“零不良”，以更优化低成本的方式促进企业实现更大的潜在效益。

3 总结

TPM 管理开展以来，涌现出不少积极有效的设备管理方法。基层车间在以往管理方式的基础上，创新培训方法，用职工更乐意接受的方式动员全员参与。以近年大检修为契机，由缺陷排查到深入分析，由故障辨识到事故处理，组织技术人员与职工进行深层次的探讨与交流，在沟通中提高职工学习的积极性，激发职工的内生动力，从根本上挖掘职工的深层潜力，在循序渐进中引导职工参与到实现TPM 管理的四个“零目标”任务当中，更好地为企业发展培养持续攻坚创效的新生力量。