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（整期优先）网络出版时间：2022-06-06

作者: 李兵张同升

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“氦气回收纯化设备”保障性工程建设

李兵张同升

中国电子科技集团公司第十六研究所 230088

【摘要】根据保障性工程建设的方法和要求，介绍了我所“氦气回收纯化设备”在保障性工程建设方面开展的工作，并思考了保障性工程建设工作存在的不足。

【关键词】保障性；工程建设；氦气回收纯化设备。

¹^概述

^{“氦气回收纯化设备”是为中国电子科技集团公司某研究所“系留气球”配套研制。其作为浮空平台氦气保障系统中的主要组成部分，可用于浮空平台系留气球或飞艇内氦气的回收纯化，设计的主要目的是提高氦气的回收再利用率、降低成本。}

^{2 保障性工程建设}

^2.1定义

^{保障性是装备的设计特性和计划的保障资源能满足平时和战时的战备完好性要求的能力。它是产品的一种质量特性，为确定和达到产品保障性要求而开展的一系列技术和管理活动就是综合保障工作，称为保障性工程。}

^{2.2保障性分析}

^{(1)可靠性、维修性、测试性工作项目是保障性工作项目的有机组成部分，对可靠性、维修性、测试性工作项目的选择权衡分析是保障性工作项目选择权衡分析的重要依据和内容，因此，保障性分析时可借助可靠性、维修性、测试性所使用的分析方法，如故障类型和影响分析（FMEA）、故障树分析（FTA）等。}

^{(2)在“氦气回收纯化设备”保障性分析过程中，我们借助了故障类型和影响分析（}^FMEA^{）方法。以纯化设备为例，其}^FMEA^{分析如表1。}

表1 纯化设备FMEA分析

故障模式（现象）	故障原因	保障措施	故障影响	严酷程度分类
低压压力表超出正常数值或急剧升高	在预冷及工作阶段液氮补液速度过快	在预冷阶段减缓补液速度	易造成纯化器杜瓦压力超高	轻度
	空气中水分遇冷氮气后在氮气排放口处结冰，造成氮气排放口冰堵	检查氮气排放口，清除氮气排放口冰块	蒸发的氮气不能及时泄放排空，易造成纯化器杜瓦压力超高自爆	严重
	纯化器漏气内部不密封	吊出纯化器，做气密性试验，检查泄漏部位，及时补漏	易造成纯化器杜瓦压力超高自爆	灾难性
	压力表不正常	检查更换压力表	无法正常测取压力值	轻度
高压压力表显示数值超出正常数值或急剧升高	纯化设备外接压力源压力超高	关闭预干燥器进气阀和旁通阀后切断外接压力源	压力超高，危及操作人员生命	灾难性
	压力表不正常	检查更换压力表	无法正常测取压力值	轻度
	出气阀未打开或开启度偏小	打开出气阀或调整出气阀开启度	易造成系统超压	轻度
	进气气源水分含量偏高，致使纯化器换热器冰堵	切换纯化器，打开回收设备压缩机油水排污阀吹除油水，并切换回收设备干燥器，活化处理已饱和干燥器	造成纯化器无法工作	严重
杜瓦安全阀起跳	在预冷及工作阶段液氮补液速度过快	在预冷阶段减缓补液速度	易造成纯化器杜瓦压力超高	轻度
	空气中水分遇冷氮气后在氮气排放口处结冰，造成氮气排放口冰堵	检查氮气排放口，清除氮气排放口冰块	蒸发的氮气不能及时泄放排空，易造成纯化器杜瓦压力超高自爆	严重
	纯化器漏气内部不密封漏气	吊出纯化器，做气密性试验，检查泄漏部位，及时补漏	易造成纯化器杜瓦压力超高自爆	灾难性
	安全阀不正常	检查更换安全阀	无法正常测取压力值	轻度
有不正常的响声或阀门、管道连接件冒冷气	管道连接件松动，不密封漏气	检查管连接件，拧紧松动螺母	增加泄漏率，降低回收率	轻度
有不正常的响声或阀门、管道连接件冒冷气	安全阀无法回座，漏气	重新校淮安全阀	安全阀起跳，增加泄漏率	严重
预干燥器与纯化器压差大	纯化器换热器冰堵	切换纯化器，并切换回收设备干燥器，活化处理已饱和干燥器	造成纯化器无法工作	严重
	纯化器换热器冰堵	切换纯化器，打开回收设备压缩机油水排污阀吹除油水，并切换回收设备干燥器，活化处理已饱和干燥器	造成纯化器无法工作	严重
	换热器活性炭吸附筒内滤芯堵塞	逆向吹除	造成纯化器无法工作	严重
氦气纯度提高率低	进气纯度高，空气杂质少	提高纯化器工作压力	氦气纯度提高不显著	轻度
	进气流量超过设计流量	降低纯化器进气流量	氦气纯度提高不显著	轻度
	纯化器活性炭吸附筒吸附饱和	切换纯化器，活化已用纯化器	活性炭吸附筒丧失纯化能力，增大液空分离筒工作强度	轻度
	纯化器吸附筒内活性炭丧失吸附能力	更换纯化器吸附筒活性炭	活性炭吸附筒彻底丧失纯化能力，增大液空分离筒工作强度	严重
	未及时排放液空	打开液空吹除阀吹除液空	液化的空气杂质不能及时泄放排空，易造成纯化效率下降	轻度
无法吹除液空	液空吹除阀损坏	更换液空吹除阀	液化的空气杂质不能及时泄放排空，易造成纯化效率下降	严重
无法吹除液空	空气中水分遇冷后在液空排放口处结冰，造成液空排放管口冰堵	检查液空排放管，清除液空排放冰块	液化的空气杂质不能及时泄放排空，易造成纯化效率下降	轻度
活化温度偏低	加热器损坏	检查更换加热器	造成活化时间延长，活化不彻底，活化效果下降	轻度
活化温度偏低	加热按钮未复合	复合加热按钮	无法启动电加热	轻度
活化温度过高	设定控制温度上限过高	重新设定控制温度上限		轻度
活化温度过高	温度计损坏	检查更换温度计	无法控制活化温度	严重
安全阀起跳	纯化设备外接压力源压力超高	关闭预干燥器进气阀和旁通阀后切断外接压力源	压力超高，危及操作人员生命	灾难性
安全阀起跳	安全阀不正常	检查安全阀，重新校验	安全阀起跳，增加泄漏率	轻度
压力表显示数值急剧升高	压力表不正常	检查更换压力表	无法正常测取压力值	轻度
压力表显示数值急剧升高	出气阀未打开	打开出气阀	易造成系统超压	轻度
有异常响声	阀门泄漏	检查更换阀门	增加泄漏率，回收率降低	轻度
	管道连接件不密封泄漏	检查管连接件，修好漏气的地方	增加泄漏率，回收率降低	轻度
	安全阀无法回座，漏气	检查重新校验安全阀	安全阀起跳，增加泄漏率	严重
活化温度偏低	加热器损坏	检查更换加热器	造成活化时间延长，活化不彻底，活化效果下降	轻度
活化温度偏低	加热按钮未复合	复合加热按钮	无法启动电加热	轻度
活化温度过高	设定控制温度上限过高	重新设定控制温度上限		轻度
活化温度过高	温度计损坏	检查更换温度计	无法控制活化温度	严重
无法输送液氮	储槽内气相空间压力不够	打开增压阀增压	无法输出液氮	轻度
无法输送液氮	液氮储槽内液氮不足	补充液氮	纯化器无法工作	轻度
液氮储槽内容器气相安全阀起跳	增压阀未关闭	关闭增压阀	液氮蒸发率增大，易造成安全阀起跳	轻度
	内外容器真空绝热层破坏	检查真空绝热层，打开氮气放空阀	储槽无法使用，丧失储存液氮能力	严重
	安全阀损坏	检查并更换安全阀	液氮蒸发率增大，浪费液氮	轻度
外容器安全阀起跳	内容器破坏	检查内容器，打开氮气放空阀	储槽无法使用，丧失储存液氮能力	严重
外容器安全阀起跳	安全阀损坏	检查并更换安全阀	液氮蒸发率增大，浪费液氮	轻度

^{根据以上分析，我们得知整机的安全阀故障概率极大，在整个生产过程中特别重视安全阀的校验与安装工艺。对于出现故障是灾难性的纯化器和安全阀，做为设备运行前重点检查对象，我们规定每次使用前都必须进行检查。}

^(3)改进：

^{再增加保障性风险分析。}

^{2.3保障性设计}

^{(1)保障性要求在设计特性方面，就是要把装备自身设计得易于保障，例如可提出以下几点来简化保障、方便保障：}

^{①尽可能采用成熟的技术和简化的设计；}

^{②实行通用化、系列化、组合化；}

^{③采用尽可能减少故障的技术；}

^{④采用方便维修的措施；}

^{⑤采用机内自动测试和隔离故障功能的设计；}

^{⑥设计要考虑尽可能降低对使用和维修人员及技术等级的需求；}

^{⑦设计能保证装备正常使用时，方便、快捷地获得所需能源及其他配套设施，便于充、填、加、挂；}

^{⑧设计能保证装备方便、快捷地获得正常使用和维修所需的检测、校准设备、工具、备件和技术资料等；}

^{⑨要充分考虑未来使用的环境，以及在包装、装卸、储存、运输等过程可能遇到的技术接口问题。}

^{(2)根据“氦气回收纯化设备”的保障性要求，我们主要考虑了以下几点：}

^{①采用HS-50、HS-200氦气回收设备、HCH-50、HCH-100、HCH-200氦气纯化设备成熟的技术。}

^{②回收设备和纯化设备可组合使用，也可单独使用，与之前生产的各型号回收设备、纯化设备也可交换、搭配使用。}

^{③各组件都预留了维修空间方便维修操作。}

^{④设备采用了自动控制系统并配备自动检测、自动报警功能。}

^{⑤为便于纯化设备正常工作，该设备配置了液氮储槽，可保证正常工况下20小时的连续工作能力；}

^{⑥整套设备的备品、备件及工具都放置在半挂车物品柜中，可以方便、快捷地获得。}

^{⑦整套设备操作舱配置了三台空调，可以保证操作舱所需的温度、湿度要求。}

^(3)改进：

^{①因设备的维修性指标要求MTTR≤30min，维修性保障很难达到100%，设计时应加强此方面的保障。}

^{②根据保障性要求制定保障性综合计划。}

^{2.4保障性评审}

^{(1)保障性评审应包括以下几个方面：}

^{①按工作项目及产品结构层次所进行的保障性分析；}

^{②对建议采用的设计特性的保障性评估，包括保障性、费用、战备完好性的主宰因素及新的或关健的保障资源要求；}

^{③对备选保障方案、系统和设备的备选方案、评价及权衡分析结果、与现有系统和设备对比分析结果、建议采取或已采取的设计或重新设计措施中已考虑的、建议采取的或已采取的改进措施；}

^{④保障性和有关保障性的设计要求；}

^{⑤达到保障性目标值的程度。}

^{(2)“氦气回收纯化设备”的保障性评审，我们主要进行了以下几次：}

^{①“氦气回收纯化设备”保障性设计内容结合工程实施方案通过了军方代表的评审。}

^{②“氦气回收纯化设备”及主要分系统保障性设计内容结合设计鉴定技术状态通过了军方代表的评审。}

^{③“氦气回收纯化设备”及主要分系统保障性检验内容结合设计鉴定试验大纲通过了军方代表的评审。}

^{④“氦气回收纯化设备”及主要分系统保障性验证内容结合三级定型评审通过。}

^(3)改进：

^{进行系统的保障性评估。}

^{2.5保障资源}

^{在“氦气回收纯化设备”研发生产过程中，最后确定了以下几方面保障资源：}

^①人员

^{为减少操作人员，简化操作流程，该设备采用了自动控制系统并配备自动检测、自动报警功能，通过触屏可实现对整套设备的控制。设备的操作人员只需一般技术工人即可。本所维修人员应具有对应专业知识，各分系统的故障应由厂家人员派售后服务人员进行维修。}

^{②设备、仪器、工具}

^{“氦气回收纯化设备”配置了氦气纯度检测仪、枕木，梯子，方舱专用工具、随车工具、地桩及接地线等。}

^{外场作业过程中曾出现整套设备带电的情况，正是配置了接地装置，才避免了一次重大事故的发生。}

^{③外接电源、备品、备件等}

^a^{外接电源:市电}^或油^{机供电，电压：}^{380V±10％，频率：50±1Hz，功率：≥370KW。}

^{b 备品、备件：整套设备的备品、备件包括牵引车、半挂车、方舱、氦气压缩机、冷却装置、氦气纯化器、干燥净化装置等主要组成部分的备品、备件。其中，氦气压缩机的备件在部队试用试验过程中起到了关健作用，其三级出气阀片破损导致三级压力超高停机，更换新的阀片后才保证了此次试验可以顺利完成。}

^{④技术资料}

^{按保障性要求编制了技术说明书、使用维护说明书，规定了设备的参数状态及设备在使用、维护、保养方面的要求。}

^{⑤技术接口}

^{设计时进气口采用了标准DN80低压软管接头，可直接与氦气球连接；出气口采用了标准DN15高压软管接头。}

^{3 结束语}

^{随着我国综合国力的不断增强，国家对装备的性能及各项综合指标都有了较大提高，其中也涵盖了保障内容，越来越多的项目在申报之初便提出了“保障性”等六性方面的指标要求。装备研制应紧跟时代步伐，高度重视“保障性”等六性要求并在设计中给予保证。}

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