天然气管道多部件设备机会维修模型研究

天然气管道多部件设备机会维修模型研究

丁举龙董建平

广东珠海金湾液化天然气有限公司

摘要：天然气为自然界当中天然存在的一切气体，涵盖了大气圈、水圈以及岩石圈当中的各类自然过程形成的气体，例如：油田气、煤层气以及生物生成气等等。在天然气生产、加工及储运的过程中，少不了天然气管道多部件设备的应用。但是，对于天然气管道多部件设备，会时常出现一些问题，比如：其一，维修不足；其二，维修过剩等。针对这些问题，便需要在分析原因的基础上，采取行之有效的维修措施，从而使天然气管道多部件设备的应用价值得到有效提升。本课题重点对天然气管道多部件设备机会维修模型进行研究，以期为天然气管道多部件设备维修工作的优化及完善提供一些具有价值的参考建议。

关键词：天然气管道；多部件设备；机会维修模型

在实际应用过程中，发现天然气管道多部件设备容易出现一些问题，最为常见的为维修不足或过剩等；针对这些问题，不少研究者表示需注重机会维修策略的应用，把预防性维修与故障维修有机结合在一起，进一步使维修工作得到有效优化及完善。值得注意的是，在维修策略制定过程中，机会维修模型的构建非常重要。鉴于此，本课题针对“天然气管道多部件设备机会维修模型”进行研究具备一定的价值意义。

一、机会维修理论分析

对于机会维修来说，指的是在系统当中某些部件发生故障，或者处于预防性维修状态的情况下，如果其他部件的寿命比预定的控制界限高，则需对这些部件一起进行维修，或者进行更换。在有效实施机会维修计划的条件下，能够使系统当中非预期故障所诱发的维修次数得到有效减少，进一步使系统的停机时间及维修成本得到有效节省。值得注意的是，基于天然气管道设备系统维修期间，维修不足及过剩的现象时常发生。所以，对设备的不同部件，实施不同的维修策略非常关键。

有学者以机会维修策略为依据，然后将维修成本最小化作为目标，基于部件可靠性阈值约束的条件下，使风力涡轮机多目标优化问题得到有效解决[1]。与此同时，有研究者将串联、并联的设备作为研究的对象，将选择性维修决策做为基础，将一种成本模型提出来，进一步利用启发式规则与禁忌搜索相融合的算法，完成对模型的计算[2]。此外，国外有学者将风电场当中使用机会维修策略的理论提出来，将部件寿命当作机会维修临界值，然后以数值案例为导向，完成了对维修模型的仿真求解[3]。

我国有学者，发现多部件港口设备在维修方面存在不够规范及合理的状况，进一步将设备的机会维修可靠性阈值纳入其中，将此作为参考凭据，进一步对各大部件有无采取预防性机会维修的必要，或者有无进行更换的必要[4]。此外，可能还存在风电机组关键部件维修成本偏高的状况，这对此状况，国内有学者将全新的风电机组动态维修策略提出，也就是将状态作为基础的预防性机会维修策略，进一步将多部件设备构建的风力机作为对象，构建了系统动态机会维修优化模型，并将流动窗口法投入应用，使动态调度的维修作业得到有效完成，最终使维修成本得到有效节约[5]。

二、维修考虑因素分析

在机会维修理论应用过程中，需根据实际情况，针对多部件设备编制合理的维修组织计划。从现状来看，绝大部分维修模型当中，成本描述缺乏完善，同时容易排除部件故障对生产质量所产生的影响。因此，有必要对维修需考虑的因素进行深入分析，这样才能够为维修优化模型的构建奠定坚实的基础。总结起来，涉及的维修考虑因素如下：

（1）基于多部件机会维修过程中，需从整体角度对定期机会维修状况加以考虑，同时还需要考虑非定期机会维修状况，我们不妨加工Tp作为预防性维修间隔期，将T1作为可利用机会维修时间，h作为T2距离下一次可定期机会维修的时间。以此作为维修的基本策略，基于可利用机会维修T1的约束条件下，同时在系统最低可用度A的约束条件下，将最小维修成本作为目标，对各部件最优化的维修计划加以确立。对于机会维修原理，如下图1所示：

图1?计划维修原理图示

（2）对于系统，主要以机会维修当中所应用的不同维修计划作为基础条件，然后基于T2时间段当中引发随机故障。部件通过上一次的机会维修，运行时间T0之后，因为某方面的部件发生突然性的故障，致使需要进行机会维修；针对故障部件进行维修的同时，还有必要检查其他部件，然后结合检查结果以及可利用维修资源，针对相应部件作出科学的维修鞠策。

（3）值得注意的是，对于预防性机会维修来说，其主要是使设备的状态能够有效恢复；对于设备的状态的回复情况来说，可采取状态恢复系数RF加以表述。对于存在缺陷的维修来说，可以采取状态恢复系数对可修复部件的真实寿命加以描述。

三、维修模型构建及求解分析

将机会维修理论作为基础，在了解维修过程需考虑的各项因素的条件下，便有必要构建有效的维修模型。总结起来，维修模型构建及求解分析涉及的主要内容如下：

（一）维修模型构建

将具体情况最为基本条件，不妨针对天然气管道多部件设备机会维修进行相对于的假设：（1）在设备需要进行部件的更换的情况下，会导致部件剩余寿命成本难以得到有效控制，进而出现浪费的情况；（2）部件寿命所服从的是两参数威布尔分布，部件故障率在时间的加长的情况下而增大；（3）对于由n个串联部件所构建成的系统当中，任何一个部件出现故障更换，或者出现机会更换，都会致使系统出现停产的现象。

值得注意的是，基于定期机会维修当中，或者在非预期故障当中，所形成的机会维修，在可利用维修时间存在差异的情况下，会导致部件维修方案的选取受到一定程度的影响。因此，在机会维修过程中，需将维修时间要素纳入考虑的范畴。

此外，基于机会维修过程中，部件在发生随机故障的情况下，会致使系统出现非预期停产的情况，并使系统的可用度受到影响。考虑到使系统的可用度得到有效保障，基于维修决策当中，有必要对部件发生随机故障的几率加以考虑。

（二）模型求解

对于多部件设备机会模型来说，为多变量、非线性的NP难解问题，因此可以利用遗传算法进行模型的求解。遗传算法为将自然选择及进化思想作为基础，进一步构建的一种搜寻方法，在对自然进化过程进行模拟的条件下，将全局的最佳决策寻求出来。在遗传算法当中，涉及了方法模型、种群以及适应度等基本腰酸，此算法是由一个随机生成的种群开始，种群则由多条染色体组成，染色体通过适应度完成相应的选择，被选择的染色体经过一定几率的交叉及变异，从而使全新的种群得到有效形成，最终完成以下模型求解流程，即：初始化处理→适应性值评估检测→选择→交叉→变异→全局最优收敛。

四、结论

在天然气管道多部件设备机会维修模型构建过程中，需严格遵循“初始化处理→适应性值评估检测→选择→交叉→变异→全局最优收敛”的模型求解流程。值得注意的是，在全局最优收敛过程中，如果最优个体的适应度没有继续升高，则迭代暂停；否则采取选择、交叉以及变异的新群体将上一代群体取代，然后转入适应性值评估检测。总之，相信在优化构建维修模型的基础上，能够进一步为天然气管道多部件设备机会维修工作的优化及完善奠定夯实的基础。

参考文献

[1]姚安林，黄亮亮，徐涛龙.基于GO法的输气站场可靠性分析[J].石油学报，2016，05：688-694.

[2]赵兵杰，朱宏武，张金亚，唐德渝，张树丽.海底油气管道维修夹具密封结构研究[J].石油机械，2016，05：50-54.

[3]徐立新，赵志恒，余杨，陈文洁，常立勇.考虑不完全维修的海底管道视情维修优化策略[J].天津大学学报（自然科学与工程技术版），2016，09：902-906.

[4]胡小媛.压力容器和管道失效预测模型研究[J].山东工业技术，2013，04：13-14.

[5]马虎强，梁伟，张来斌.基于RCM理论离心式压缩机安全评价及维修决策[J].设备管理与维修，2015，S2：326-328.