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高压聚乙烯一次压缩机可靠性分析 第 37 卷 第 4 期 石 油 化 工 设 备 Vol137 No14 2008 年 7 月 PETRO2CH EMICAL EQU IPM EN T J uly 2008 文章编号 : 100027466 2008 0420038204高压聚乙烯一次压缩机可靠性分析1 ,2 1 ,3 1 1韩建宇 , 高金吉 , 陈国华 , 马晓明1.华南理工大学 工业装备与控制工程学院 , 广东 广州 510640 ;2.中国石化股份公司 茂名分公司 , 广东 茂名 525000 ;3.北京化工大学 , 北京 100029摘要 : 以化工生产中高压聚乙烯装置一次压缩机为研究对象 ,用统计学和可靠性分析等方法对其运行数据进行了分析。应用故障模式及影响分析法、 指数分析和威布尔分析法 ,找出了装置运行的可靠度、 故障率及失效密度等设备运行的重要参数 ,对进一步提高此类设备的可靠性设计有重要参考价值。关键词 : 压缩机 ; 可靠度 ; 失效密度函数 ; 失效率 ; 分析中图分类号 : TQ 051. 21 ; TB 114. 3 文献标志码 : AReliability Analysis of High Pressure Low DensityPolyethylene Used in First Compressor1 ,2 1 ,3 1 1HAN Jian2yu , GAO Jin2ji , CHEN Guo2hua , MA Xiao2ming1. College of Industrial Equipment and Control Engineering , South China University of Technology ,Guangzhou 510640 , China ; 2. SINOPEC Maoming Company , Maoming 525000 , China ;3. Beijing University of Chemical Technology , Beijing 100029 , China温时间 13. 34 h ,总耗油量 2 030 kg 约 2 388 L ,最 层材料密度、 厚度的均匀情况 ;油品质量、 燃料油低大耗油量 206. 14 kg/ h ,最小耗油量为 11. 55 kg/ h。 位热值的偏差 ;油雾化器质量 ;热处理过程中白昼和黑夜的温差、 空气湿度 ;球罐迎风面和背风面散热量3. 3 实际数据结果3的差异 ;风压的给定等操作技巧均对燃料油的消耗实际工程中 ,3 台 1 000 m 、 16MnR 制 40 mm量有一定影响 ,因而实际总耗油量与实际值都有不厚球罐在环境温度及现场风速与基础数据设定的数同程度的偏差。对此 ,建议在实际操作中将燃料油值比较接近时 ,按照 600 ±25 保温 100 min 的增加 20 % ,按事先计算好的供油量可以得到热处理情况下热处理的油耗总量分别为 2 522 L、 2 625 L温度圆滑的工艺曲线。和 2 426 L。通过比较计算值与实际油耗 ,其误差均在 10 %参考文献 :以内 ,证明了文中给出的球罐整体热处理热平衡计1 王嘉麟.球形储罐焊接工程技术 M .北京 :机械工业出版社 ,算公式在计算实际耗油量及各温度区间燃料油供给2000.值方面具有很大的参考意义。 2 陈泰炜.压力容器焊后热处理技术 M .北京 :中国石化出版社 ,2002.4 结语 3 SH/ T 3512 ?2002 ,球形储罐工程施工工艺标准 S.热平衡计算只是提供一个与实际热处理操作比 4 GB 12337 ? 1998 ,钢制球形储罐 S较接近的参考数据 ,实际工程中的一些其它因素 ,如许编球壳金属比定压热容、 热导率与设定值的偏差 ;绝热 收稿日期 : 2008202203作者简介 : 韩建宇 19622 ,男 ,辽宁辽阳人 ,教授级高级工程师 ,博士研究生 ,从事设备维护和安全工程技术研究工作。?39 第 4 期 韩建宇 ,等 :高压聚乙烯一次压缩机可靠性分析Abstract : Running data of Maoming LDPE unites first comp ressor wit h statistics and reliabilitymet hod is analyzed. Weibull analysis and exponent analysis is applied ,t he data of reliability de2gree ,failure rate and density f unction is found. It supplied a gap of reliability data of large typecompressorIt is significant on improving reliability of comp ressor and accumulating data of relia2bility for design.Key words : compressor ; reliability degree ; failure density f unction ; failure rate ; analysis 随着可靠性工程技术的发展 ,各个领域对可靠 选型有重要的参考价值。性技术的需求也不断深入。在石油化工领域 ,由于2 分析方法追求装置长周期运行及其安全性与经济性的统一 ,分析方法选用故障模式及影响分析 Failure迫切需要了解装置中设备的可靠性 ,对设备的可靠Mode and Effect s Analysis ,简称 FM EA ,结合威性进行分析计算。设备的可靠性数据一般是通过大布尔分析和指数分析的方法。故障模式及影响分析量的相同产品的可靠性试验 ,经过统计分析得到的。是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及但某些特殊设备往往是小批量甚至是单件生产 ,其其对系统造成的所有可能影响 ,并按每一个故障模可靠性不能用传统的试验方法得到 ,对这类设备的式的严重程度、 检测难易程度以及发生频度予以分1 可靠性计算可采取对实际运行的数据进行统计分析类的一种归纳分析方法 。威布尔分析和指数分析的方法去研究。是统计分析中常用的数据处理方法 ,能比较准确地高压聚乙烯一次压缩机属大型高压压缩机 ,这 对失效分析和小数据样本进行预测 ,在可靠性预测2 ,3 中被经常使用 。文中将二者结合起来 ,即先对种压缩机都是单件订做 ,很少有完全相同的压缩机 ,设备进行系统的故障模式及影响分析 ,然后对每一即使制造厂也无法通过实验给出压缩机的可靠性数故障模式进行威布尔分析或指数分析 ,最后综合得据 ,可靠性数据只有通过对在用设备统计数据的分出具有实用价值的设备可靠性数据。析而得到。但由于管理问题 ,大多数压缩机的使用由于文中所分析的是在用设备 ,因此 ,在采用故单位对运行数据记录往往不够重视 ,记录不全 ,因而障模式及影响分析法时 ,以 10 a 来设备运行中所出实际得到压缩机的可靠性数据很困难。文中通过对现过的故障模式为基础 ,再根据该产品的使用环境茂名石化公司高压聚乙烯一次压缩机实际运行的数和条件的异同进行分析修正 ,从而得到该产品的故据进行可靠性分析 ,得出的数据可为同类装置中同障模式。类设备的设计、 运行维护及相似产品的设计造型提2. 1 故障判据准则供一定参考。由压缩机部件的故障导致压缩机停机。1 设备简介 2. 2 故障模式10 a 来发生的 4 种故障见表 1。茂名石化公司高压聚乙烯一次压缩机的作用是表 1 压缩机故障模式3将从闪蒸罐来的 5 030 m / h 标准体积乙烯经过 3序号 故障模式 故障影响级压缩使其压力从 0. 11 MPa 提高到 3. 41 MPa ,同 1 气阀泄漏 缸体发热 ,压缩机不做功3 2 活塞环/导向套磨损 缸体发热 ,流量降低时将进料 18 975 m / h 标准体积 乙烯通过 2 级压3 中间填料环磨损 被压缩介质乙烯外漏缩将其压力从 2. 86 MPa 提高到 26. 79 MPa。压缩4 轴瓦磨损 机组振动加大机共 6 缸 ,其中闪蒸汽压缩为串联 3 缸 ,进料乙烯压2. 3 每种故障模式的故障率统计分析缩第一级为 2 缸并联 ,然后与 1 缸二级串联。高压由于各种故障的模式和机制不同 ,因此所使用聚乙烯装置一次压缩机总功率 2 040 kW ,是大型复的函数形式也随之而异。一次压缩机共有 6 个气杂机组 ,单件产品 ,无法参考其它相同的设备 ,只能缸 ,其中只有 2 个气缸是完全相同的 一次压缩机一以自身运行数据为参考。该压缩机 1996 年 10 月投段西缸和东缸 ,其它缸虽然故障模式相同 ,但不同入运行至今已十几年 ,其运行期间的运行数据记录尺寸的气缸函数应是有区别的。即使是尺寸完全相完整 ,对今后设备自身的运行及相似产品的设计和同的气缸 ,由于气阀等部件的生产厂家不同 ,其函数?40 石 油 化 工 设 备 2008年 第 37 卷 3 ,4 也可能不同 ,应区别分析。 式中 , n为故障数 ; N 为总体参数 。 用威布尔分布和指数分布选择函数 ,威布尔分3 可靠性及故障率计算布具有形状参数 k 和位置参数 b ,可靠性和故障率的数学表达式分别为 :3. 1 威布尔分析kR t exp - t/ b 1一次压缩机一段西缸和东缸在使用贺尔碧格气kk t阀期间的运行数据见表 2 的第 1 列和第 2 列。假定 t 2b b故障寿命分布服从威布尔分布 ,则统计量观测值 w式中 ,t为经过时间。用下式计算 :改变参数可表达各种函数。实际上它具有的灵r - 1活性使其能够表达所有的零部件故障形式 ,使用起 r l0 ii r + 10w 5r来十分方便。0r - r0 - 1 li对于样本即故障数 n 5 时的情况 ,计算故障率i 1往往采用指数分布公式 ,可靠性和故障率的数学表 lnti + 1 - lnti其中 li E z i + 1 - E z i达式分别为 :式中 , r为截尾失效数 本例中等于样本大小 ,即 r R t exp t 36 , r0 r/ 2 3 ; E z i 为威布尔分布最佳线形无偏 n/ t N 4表 2 一次压缩机一段西缸和东缸使用贺尔碧格气阀的运行数据及统计量计算故障次数 故障时间lnt i + 1 - lnt ilnt lnt - lnt E z E z - E z i i + 1 i i + 1 i + 1 i l i E z i + 1 - E z ii t i/ s1 81 4. 394 0. 958 - 2. 369 0 1. 094 0 0. 875 702 211 5. 352 0. 591 - 1. 275 0 0. 612 3 0. 965 203 381 5. 943 0. 155 - 0. 662 7 0. 474 3 0. 326 804 445 6. 098 0. 038 - 0. 188 4 0. 442 9 0. 085 805 462 6. 136 0. 044 0. 254 5 0. 522 8 0. 084 166 482 6. 180 0. 777 3估计和置信下限系数 ,见文献3 表 2222。 按本文查文献 3 表 220 得 D n , r , j 的值分别 根据表 2 第 1 列和第 2 列的运行数据以及文献 为 0. 048 9 , 0. 083 5 ,0. 121 1 , 0. 165 6 , 0. 225 5 ,3 表 2222 可计算得到相应的 l 表 2 。按式 5则 0. 355 4 ; C n , r , j 的值为 - 0. 145 8 , - 0. 145 9 ,i- 0. 126 7 , - 0. 073 2 ,0. 036 0 ,0. 459 3。有 w 0. 117 6。 按式 8 和式 9 ,有 5. 97 , 0. 418 87。查如果取显著性水平 0120 ,查文献 3 附表 4文献 3 表 2222 得 gr , n 0. 868 0。可以得到 F 4 ,6 9115 , F 4 ,6 1/ 9115 0110 0190则形状参数和位置参数分别为 , k 2. 072 , b 01109 3。391. 5。由于 w 0. 117 6 ,大于 0. 109 3 而小于 9. 15 ,故认为是服从两参数威布尔分布。 故使用贺尔碧格气阀的一段西缸和东缸威布尔最佳线形无偏估计计算公式如下 : 分析可靠度和故障率分别为 :21072 k g / 6 R t exp - t/ 39115 r , n21072 t 01005 29 t/ 39115 b e 7r其它服从两参数威布尔分布气缸的分析过程与 D n , r , j x j 8j 1此相同。r C n , r , j x j 9指数分析3. 2 j 1式 6 式 9 中 , gr , n为修偏系数 ; j 为寿命由小到 5个气缸轴瓦中只有 1 个轴瓦在运行至2 325 d大的排列序号 ; x 为第 j 个对数寿命值 ; D n , r , j 时失效 ,其他运行正常 , n为 1 ; t N 为 16 685 d。则j为的最佳线性无偏估计系数 ; C n , r , j为 j 的最 n/ t N 0. 000 06 点 估 计 , R t 佳线性无偏估计系数。 exp - 01000 06 t 。