论文摘要：设备在使用过程中难免会出现一些故障，这就要求我们能了解化工设备发生故障的原因，制定相关的修理方案和预防措施来保证生产的高效进行。对化工设备故障发生规律必要性进行分析，对化工设备投运初期的设备内在质量、安装质量、工艺布置，设备正常运转中期故障发生因素、设备运转后期常发生故障和规律进行了研究。阐述了化工设备故障诊断可靠性分析方法并提出了故障预防及维修控制措施。

一、概述

化工企业生产能力是由各种设备形成的，是企业生产重要的技术基础。为使企业创造安全、稳产的良好环境，最终实现企业效益最大化，必须加强企业设备管理现代化。设备管理是一门科学，在设备运转的一生中，大体分为设备运行的初级阶段，正常投产中期运行阶段和连续运转后期三个阶段。设备在每次进行大修或中修后，也同样存在以上三个阶段的过程，经多年的实践和管理经验，每个阶段故障发生和预防又都具有其规律性和特点。

二、 化工设备故障发生规律分析

2.1 投运初期故障的产生

设备安装初期尽管是经过了相关部门的验收，但是从安装到投入使用中存在的一些问题不会马上出现，而是经过一个月甚至一年的工作后才会有所表现。设备本身的质量问题：这就包括了设备的设计结构和性能，零部件的加工精细程度，材料的优劣选择，组装过程中的误差，以及现场安装人员对设备、工艺的熟悉程度都会有影响，另外由于是生产线安装，不同厂家的产品质量参差不齐，且存在相互配合的适应性问题。这些都是因为设备而产生故障的因素。工艺因素：工艺安排不合理会对设备造成很大的损伤。由于布局不合理，可能在工作中出现磨损而加快了故障的发生。有时候因工艺排定不合理会改变设备的性能和工作的环境。安装初期由于工作人员的不熟练也会出现一些操作失误等都会影响到机器的使用。

设备经安装，最初投入运行后，虽已经过技术鉴定和验收，但初期故障总是不同程度的反映出来，少则一个月，多则几个月，甚至一年，其表现为：

设备内在质量方面：如设备的设计结构和性能，零部件加工、材料的选用缺陷，操作人员对设备、结构、性能、特点的认识掌握和认知程度，以及现场操作人员误操作导致设备故障。安装质量方面：设备安装质量是企业内技术管理、人员素质、综合效能、计量检测手段等诸多因素的综合反映。要注重设备安装人员的素质和实践经验，这是预防初期设备故障的重要环节。

工艺布置上的缺陷：由于布局不合理，它可能导致设备有形磨损的加快发展而造成设备故障；有些时候因工艺上的问题使设备的工作性能和环境发生变化，也可导致设备严重损坏，这样的实例发生过多次。工作人员技术不熟练：现场操作设备基本的“四懂三会”没掌握，甚至不按规程操作，也是导致设备投产初期易出现故障的原因之一。产生这类故障的原因往往是由于误操作或违章的行为造成。

2.2 设备正常运转中期的故障因素

在设备运行过程中，零部件经过一段磨合期后，初期故障已基本排除，现场操作人员水平也逐步提高，并且基本掌握了每台设备的特性、原理和性能，故障率明显降低，即便如此，设备的运行还会出现新的问题，例如：

故障易发生在易损件或该换而未及时更换的零部件上，因每台设备所有静、动零部件密封、轴承等磨损件都具有使用周期和寿命，运行中的中期设备已逐步接近此项指标。经过停车检修而更换的零部件之后，有些不配套、不稳合、尚处在磨合期，或发生装配错误，也会导致设备故障，甚至带病运行，这类故障也多处发生。日常维护保养不及时或工作质量差，甚至异物不慎掉入设备内，造成突发性事故，缩短设备检修周期。一味追求高产，常时间超负荷、超温、超压临界状态下工作，也是导致设备出故障原因之一，有时还酿成设备事故。设备运行初期不易暴露的设备缺陷，经过一段时间运行后，有可能在运行中期暴露出来，诸如非易损件的疲劳、复合应力的消耗、材料磨损、先天性缺陷的故障等等。

以上故障现象中，值得注意的是，故障发生除自身原因以外，人为因素占有较大的因素。建立必要的运行档案和维修台帐，将各类故障原因消除在萌芽状态，保证长周期安全、稳定的运行系统。

2.3 设备运转后期常发生故障

化工生产设备的运转后期进入了故障多发期，一方面设备经多年的运行和多频次大、中、修的过程，零配件换件较多，如果检修水平跟不上或检测手段缺乏，加之主体周期性的运行磨损，设备已不能达到设计出力的水平，另一方面长期处于运行状态下的设备，各部位间隙和损耗，即使是不常维修的零件，也因老化和疲劳而降低运行效率。这期间综合效能的降低，除磨损、老化现象凸显以外，机器各方面不确定的故障现象也多处发生，维修频率、耗材成本不断增加，甚至将考虑大修、更新或报废。

三、设备故障的原因分析

1.设备自身原因

设备在生产运行中，由于安装不到位、检修不及时、润滑不足等各种因素以及受跳动、压力、冲击等力的影响，造成配合部件形成硬碰硬的冲击，因金属材质强度较高，退让性较差，所以经常造成部件尺寸超差、裂纹、断开等现象，长期的运行必然造成间隙不断增大，从而出现了磨损现象。同时，众多设备运行过程中不可避免的经受物料或者物料中坚硬颗粒长期冲击冲刷，如管道、壳体、叶轮、搅拌设备等，从而造成设备器械的磨损，加剧了磨损的程度，对设备维护和设备寿命产生了影响。

2.渗漏腐蚀等原因

大量储存在生产装置容器内的原料及化学产品与容器金属本身反应而造成的腐蚀，以及在流体输送过程中对材料造成的冲蚀。在一些生产操作中，腐蚀和冲蚀同时发生。 金属表面与周围介质发生化学和电化学作用而遭受破坏。腐蚀在化工厂从来就是一个十分重要的问题。从化工生产过程看，腐蚀问题大致可以分为来自原料组分的腐蚀、生产过程中来自化学剂的腐蚀及环境的腐蚀。 渗漏是由于零件质地疏松或存在肉眼看不见的缝隙，液体或气体在压力作用下向外流动的现象。出现渗漏的原因多为安装焊接不严密、介质腐蚀、磕碰、焊缝沙眼、密闭系统压力过大等，有时出现渗漏是多种因素的共同影响，因此必须有针对性的解决渗漏问题，否则将会造成材料浪费、有毒物质的外泄甚至影响生产和危害公共安全等不利影响。

3.疲劳裂纹

在转动机械，特别是在往复运动的部件上存在的非常普遍。更严重的疲劳损坏，通常发生在管路及压力容器上，是周期性变换的温度和压力导致的。机械的疲劳损坏，一般开始在金属的表面以裂纹出现，逐渐发展到带有应力交变，起初比较缓慢，以后发展越来越快，最后导致裂纹迅速扩展以至造成设备或其零部件损坏。

4.密封失效

化工设备和管路上存在大量密封点，在压力、温度、磨蚀的联合作用下，随着时间的延续，往往出现泄漏。如机械密封的失效由于摩擦使得密封机构出现过热，冲洗液中的杂质含量多，密封环的损坏等都会造成化工设备的泄漏而无法正常工作。

四、故障预防及维护措施

在技术实施方面，涉及到各类机电设备的原理、结构、运行条件、性能，各类测试技术，信号处理技术，监测诊断技术，信息的组织管理技术和计算机软硬件技术等多学科的综合技术，因此它是一个复杂的动态系统，要根据各种信息作出决策，进行总体平衡，从而达到从规划、实施、监测、信息反馈、分析到总结归档的全过程管理。这样一个技术实施要有全面人才的管理做基础，通过一个完整的组织机构做保障，对于大庆石化这种大型企业，面对成千台设备可以实现维修科学化、费用经济化。同时设备诊断技术必须在设备寿命周期的全过程中发挥作用。如果仅仅是在设备寿命周期的全过程中的某一个特定时间，或只抓住某一个特定的故障和异常，就想作出对症的诊断是困难的，或者不能取得实质性的效果。因此，要依据设备的综合管理理论，把设备的全过程作为诊断技术的应用范围有效的预防与维修的技术手段是设备状态经常保持良好的基本条件。

对设备各个部件进行状态监测，用科学的方法掌握机器的状态，根据生产需要制定错时维修计划 如机械状态的基本物理量(力、位移、振动、噪声、温度、压力和流量等)的监测，状态特征参数变化的有效诊断，机器发生振动和机械损伤时的原因分析和处理措施、振源判断、故障防治，机械零部件使用期间的可靠性分析和剩余寿命的评估等，都属于机器故障诊断的范畴和管理手段。

化工设备作为化工企业的生产之本，就必须做好故障排除和维修工作。这就需要我们能制定科学有效的设备管理机制，一个强大的维修队伍，能分析出故障原因能在第一时间最好排除工作，这样才能保证生产的高效。

五、故障预防及维修控制措施分析

5.1 故障预防及维修的技术基础

预防及维修的技术基础是设备状态监测和故障诊断技术。即在机器运行时对各个部件进行状态监测，掌握机器的状态，根据生产需要制定维修计划。它包含的内容比较广泛，诸如机械状态量（力、位移、振动、噪声、温度、压力和流量等）的监测，状态特征参数变化的辨识，机器发生振动和机械损伤时的原因分析、振源判断、故障防治，机械零部件使用期间的可靠性分析和剩余寿命的估计等，都属于机器故障诊断的范畴。

近年来，随着相关领域理论、方法研究的不断深入和发展，现代设备技术诊断学已逐步完善起来，特别是传感器技术、信号处理技术、计算机技术的发展，更为设备技术诊断学的发展奠定了坚实的基础。

目前，设备诊断技术划分了很多的分支，诸如振动诊断技术、无损检测技术、热温诊断技术、铁谱诊断技术、估算预测技术、综合诊断技术、诊断决策技术等。它们的实施包括几个主要环节：机械设备状态参数的监测；进行信号处理，提取故障特征信息；确定故障类型和发生部位；对确定的故障做防治处理和控制。

5.2 应分步骤逐步实施

故障预防及维修的实施首先要求设备管理人员掌握尽量多的相关学科的基本理论和实用技术，成为掌握现代检测诊断技术的高级技术和管理复合型人才。这需要通过必要的理论和技术培训，更需要实践和经验的积累，是一个长期的过程。另一方面，实施方法和实用技术在各个企业有着不同的特点，都需要经过实践、总结、摸索和提高。因此，开展初期应分步骤有选择地进行，在有一定经验的基础上再逐步推广。

5.3 应按装置和设备的作用和影响程度，划分级别，作好实施规划

依据企业生产特点、设备重要程度和监测代价对设备确定恰当的监测方式、检测部位、监测周期。对不同设备实行不同等级和内容的预防维修措施。一般情况下，按设备对生产量、产品质量、产品成本、维修工作计划、相邻工序、安全与环保、维修费用等的影响程度确定其重点。再按重点划分不同的管理等级，按等级制定不同的标准。

除了上述重点原则外，作为设备管理或维修管理中的手段，利润原则和例外原则等管理手段同样适用，围绕故障预防及维修还要相应制定各种严格的作业标准，包括工艺顺序、试验检查标准、维修标准、更换标准及费用标准。

5.4 故障预防及维修技术实施控制

在技术实施方面，涉及到各类机电设备的原理、结构、运行条件、性能，各类测试技术，信号处理技术，监测诊断技术，信息的组织管理技术和计算机软硬件技术等多学科的综合技术，因此它是一个复杂的动态系统，要根据各种信息作出决策，进行总体平衡，从而达到从规划、实施、监测、信息反馈、分析到总结归档的全过程管理。这样一个技术实施要有全面人才的管理做基础，通过一个完整的组织机构做保障，对于一个大型企业，面对成千台设备可以实现维修科学化、费用经济化。同时设备诊断技术必须在设备寿命周期的全过程中发挥作用。也就是说，如果仅仅是在设备寿命周期的全过程中的某一个特定时间，或只抓住某一个特定的故障和异常，就想作出对症的诊断是困难的，或者不能取得实质性的效果。因此，要依据设备的综合管理理论，把设备的全过程作为诊断技术的应用范围。

结论

化工企业多数建立了流程生产体系，一台化工设备出现故障就可能影响整个生产体系，为企业带来经济损失，严重时可能引发人身伤害或污染事故。化工设备故障是不可避免的，对企业的生产效率产生重大影响，是化工企业安全生产及可持续发展面临的一大障碍。因此，研究探讨化工设备故障发生规律，加强预防措施，对保障化工设备正常高效运行具有十分重要的意义。本文对化工设备在早期、中期、后期常发生故障和规律进行了研究，阐述了化工设备故障诊断可靠性分析方法，提出了故障预防及维修控制措施。

化工产品生产过程中一系列化工过程的实现离不开化工设备的应用，化工设备的综合使用形成化工企业的生产能力，是企业进行生产活动的技术基础。加强企业设备的现代化管理，对企业创造安全稳定的生产环境，提高企业生产效益，实现企业经济利益，促进企业可持续发展具有十分重要的意义。设备管理是一门科学，以设备资产综合效益的最大化为目标。设备的使用期管理大体可分为设备早期管理、设备中期管理以及设备后期管理，根据设备运行情况，这三个阶段故障发生和预防各有其不同和特点，并体现出一定的规律性。以企业经营管理目标为依据，以效益为中心，对设备的全过程进行科学管理，最大限度地预防故障发生、及时排除设备故障，为企业的生产发展、技术进步、经济效益提高服务。

1.早期故障的产生

早期也就是设备安装调试运行阶段，早期故障程度不一，时间长短不尽相同，造成早期故障的原因主要有：①设备质量原因。如设备在设计、制造上存在一定的缺陷，设备的性能不佳，零部件加工、材质选用上出现问题；由于工艺不合理，导致设备磨损加快而形成故障。②设备安装原因。设备在包装、运输过程中造成损伤，安装人员素质和实践经验不足，致使安装不到位。③操作人员原因。操作人员没有熟练掌握设备性能，操作不习惯或出现操作失误甚至违章操作，也是导致设备投产初期易出现故障的原因之一。

一般来而言，设备的早期故障发生率一开始会比较高，对新设备效能的正常发挥影响较大，在一定时间的运转磨合之后，故障率会逐渐降低并渐趋稳定。对于已经进入批量生产的设备或由熟练人员操作的设备，设备早期故障期相对较短。

2.中期的故障因素

这一时期又称故障偶发期，这是因为经过第一阶段的调试运行后，零部件有了较好的磨合，操作人员的水平逐步提高，基本掌握了设备的性能、原理，在此期间设备故障处于稳定状态。这是设备的最佳状态期或正常工作期。但是设备在运行时还会出现新的问题，比如：易损件没有及时更换，因为有的零部件在运行中期已接近其使用寿命和周期；更换的零部件不配套或是尚处于磨合期，有的出现装配错误，极易导致设备故障；日常维护保养工作不到位，设备使用与维护不当，甚至出现异物掉进设备内，缩短设备检修周期；设备超负荷运转，长期处于高温、高压、腐蚀状态下工作，得不到应有的休息和及时的检修，往往导致设备故障甚至酿成事故；设备在设计时就存在缺陷，在安装和试运行初期不易发现，而经过一段时间后运行的中期，会逐渐暴露出来，诸如非易损件、材料磨损、先天性缺陷的故障等。

3.后期故障分析

化工生产设备在运转后期因各零部件磨损、疲惫、老化、腐蚀逐步加剧，进入故障多发期。一方面设备在年长月久的运行以及多次检修，更换了较多的配件，在检修水平不高及检测手段缺乏的情形下，设备达不到当初设计时的出力水平；另一方面，各部位间隙逐渐加大和零部件损耗严重，即使是不常维修的部件也因老化降低运行效率，加上许多其它不确定因素，设备故障处于多发状态，维修频率、耗材成本不断增加，如不大修或报废，可能造成设备事故。

故障预防及维修控制措施分析

在机器设备运行时，对各部件状态进行实时监测，了解设备运行情况，记录相关数据，并根据需要制定完善检修维护计划。机器故障诊断包括机械状态量的监测、机械状态参数变化、机器振动及损伤、机械零部件可靠性、故障的防治等，做好设备状态监测与机械故障诊断，是有效预防及维护的技术基础。近来，随着高新科学技术在理论和实践上的不断丰富的发展，现代设备技术诊断学日益提高和完善，尤其是传感、信号处理、计算机等现代技术快速发展，为设备诊断的科学有效打下了坚实的技术基础。设备诊断技术可细分为很多分支，包括诸如振动诊断技术、铁谱诊断技术、热温诊断技术等等。

故障预防及维修是一项综合性的学科，设备管理人员要加强各相关学科的学习，不但要掌握其基本的理论知识，更要在实践操作上获得丰富的经验，通过长期的探索积累逐步成为掌握现代检测诊断技术的高技能应用性和管理复合型人才。一方面化工企业要加强对技术人员机械技术理论和技术的培训，更要以通过建立科技攻关小组和技术革新小组或者开展技术会诊等多种形式，积累更多的经验；另一方面，在机械设备应用上各企业的特点不尽相同，必须结合企业实际和个人工作实践，逐步加以摸索、总结和提高。

化工设备的监测检测应贯穿于企业生产的全过程，至于采取何种监测方式、确定多长时间的监测周期以及要对哪些部位进行检测，这要依据企业生产特点、设备的重要性、易损的可能性以及监测成本来综合考虑。要区分不同的设备，进行等级划分，以此制定相应的预防措施。通常而言，应综合考虑设备对维修计划、维修费用特别是对生产数量和质量、产品成本、安全生产的影响程度，影响程度大的作为监测维修的重点，依据重点划分不同的管理等级，从而制定维修标准。另外，检测维修管理以经济效益为第一原则，应以效益为中心综合确定其管理方法，当然在实际工作还要依据各种情形灵活加以处理。落实故障预防及维修制度，离不开各种作业标准的严格执行，如应确定检测维修的工艺顺序、维修标准、费用标准、试验检查标准等。

化工设备的故障预防及维修技术实施是一项综合技术，与各类机电设备的原理、性能、结构以及运行条件相关涉，综合使用到各类测试技术、监测诊断技术、信号处理技术以及计算机软硬件技术、信息技术等，共同组成一个复杂的动态系统。因此，在技术实施上要对各种信息综合考虑，进行总体平衡，真正实现从规划、实施、监测、信息反馈、分析到总结归档的全过程管理。这一技术实施必须要有技术全面的人才支撑，有执行有力的组织机构，因为大型化工企业生产工艺复杂、程序繁多、机械设备成百上千，没有统一的组织领导和全面的技术人才，就不可能实现维修科学化、效率最优化、费用经济化。另外，设备诊断技术要服务于设备寿命周期的全过程，而不局限于某一处或某一时间的故障或异常状况，只有从设备的全过程进行诊断才能得出全面科学的技术结论，使故障预防及维修技术实施取得最佳的效果。

化工企业生产能力是由各种设备形成的，是企业生产重要的技术基础。对设备初期故障如设备内在质量方面、安装质量方面、工艺布置上的缺陷、工作人员技术不熟练设备；正常运转期故障如易发生在易损件或该换而未及时更换的零部件上，更换的零部件之后，有些不配套，日常维护保养不及时或工作质量差，常时间超负荷、超温、超压临界状态下工作非易损件的疲劳、复合应力的消耗、材料磨损；设备运转后期常发生故障如因老化和疲劳而降低运行效率进行了分析。

阐述了化工设备故障诊断可靠性分析方法：故障树的建造、故障树的定性分析、故障树的定量计算。并对故障预防及维修的技术基础，分步骤逐步实施，按装置和设备的作用和影响程度实施，故障预防及维修技术实施控制等进行了研究。

总之，化工设备故障在企业生产的各个阶段呈现出不同的规律和特点，其造成的原因各不相同，应采取相应的方法加以预防。故障的预防及维修是一项综合性的技术，化工企业要不断完善技术实施控制制度，大力采取最新的设备诊断技术，加强技术人员业务的培训提高，切实做好设备故障预防及诊断维修，优化生产工艺流程，保障企业安全生产，提高企业产品质量与生产效率。

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作者简介：王云池，男，1970年出生，黑龙江省安达市人，中国神华煤制油化工有限公司包头煤化工分公司机械动力部，工程师，本科学历，主要从事化工设备研究。