摘 要：在国际市场石油产品竞争力逐渐增大的前提下，我国关于存储原油油库的设计与管理也开始进入新的发展阶段。可靠性理论是研究系统运行的评估和控制理论，能够对日益复杂化的油库设计进行定性和定量评估，保证油库在严酷环境下正常运转。本文主要探讨了可靠性分析对油库设计和管理的作用，通过分析油库定量装车系统，对油库的使用性能、安全性与经济性等进行设计，并提出相应的油库建设与管理方案。
关键词：可靠性分析；油库设计；石油产品
中图分类号：TE972 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）08-0127-03
Abstract：Under the premise of increasing competitiveness of petroleum products in the international market，the design and management of crude oil depots in China has also entered a new stage of development. Reliability theory，as the evaluation and control theory of the research system operation，can make qualitative and quantitative assessment of the increasingly complex oil depot design，so as to ensure the normal operation of the oil depot in a severe environment. This article mainly discusses the role of reliability analysis in the design and management of oil depots. Through analyzing the quantitative loading system of oil depots，the use performance，safety and economy of oil depots are designed，and corresponding plans for oil depot construction and management are proposed.
Keywords：reliability analysis；oil depot design；petroleum products
0 引 言
随着我国信息科技的快速发展，通信技术和数据库技术等被应用到油库领域，油库的自动化程度越来越高。油库自动定量装车系统是油品生产、定量装车与安全控制系统，主要包括控制站、操作站、现场控制仪表及控制软件等部分。通过使用可靠性理论对油品配比、装车与安全管理进行分析，可以实现对油库自动化装车控制系统的设计与管理。
1 可靠性分析与油库自动定量装车系统的理论概述
1.1 可靠性分析对系统运行的评估、设计与控制
运用可靠性理论对产品零部件或系统等进行的分析，不仅要对系统运行的可靠性进行检测，还要综合系统资金投入、资源消耗、故障问题与维修费用等内容，制定符合系统实现的评估规划与建设目标。可靠性理论以工程技术作为理论依据，包括可靠性预计、可靠性试验、可靠性设计、可靠性评估、可靠性控制和可靠性维修等内容。当前在系统模型的可靠性分析过程中，主要利用概率论、马尔可夫隨机场与统计学等数学计算工具进行系统故障分析；而对系统故障的可靠性检测、评估与控制以产品零部件或系统的物理、化学等方面的要素作为基础，因此，对于某行业的产品日益复杂化、产品寿命周期缩短与维修困难的情况，需要通过构建合理的产品包装、运输与可靠性检测方案，对研究产品或系统展开维修保养、可靠性分析等来应对，这样能够有效提升企业的运营效率与经济效益。在某一产品系统运行的可靠性分析中，通常使用物理检测和逻辑推理等方式，对产品各个部分进行故障分析，找出系统的安全隐患与薄弱环节，提升某一产品系统的可靠性与安全性。
1.2 油库自动定量装车系统的理论与应用概述
油库定量装车系统是自动化的油品储运系统，它能够借助于定量装车控制仪、装车控制鹤位、气动多段阀门、质量流量计、静电溢油保护器等仪器以及多种油库工艺管线来完成整个油库自动化系统的设计。在定量装车系统的装车发油区存在着进出口配置IC卡系统、发油控制系统等，而且在每个分布式控制系统中又存在多个装车控制鹤位，每个装车鹤位可以进行装车溢油的静电检测，或者对装车鹤位进行就地操作或远程控制。
油库自动定量装车系统主要有以下几方面功能：（1）对油品定量装车的系统控制；（2）对产品装车全过程画面控制流程的检测；（3）能够完成实际质量、实际体积的计量装车；（4）能够实现对超速、超温和静电溢油等的安全保护及故障控制；（5）自动存储与整理日常的生产数据、生产报表等，并对重要数据内容进行打印；（6）能自动添加相应的功能模块及扩展模块，并对存在的系统故障进行自动诊断与报警；（7）实时显示当前装车质量、体积等信息，还可以紧急停止装车控制。通过使用概率论、马尔可夫随机场和统计学等理论，对油库定量装车系统展开可靠性分析，能够对系统中存在的装车故障、质量问题与安全问题等进行油库的模块设计与规范管理。
2 油库定量装车系统的可靠性分析
当前在油品自动化储运过程中，油库定量装车系统年运油品质量为1.3～1.4Mt（百万吨）左右，装车外运油品天数为300d（天）左右；每天油库定量装车外运油品质量为4000t（吨）左右，装车批次为5q（次）左右。其中每个油库定量装车系统存在多个装车控制鹤位与鹤管，鹤管能在保证原油装卸安全性的同时，提高单鹤管外运油品的装车质量与灵活性。单鹤管每天装车外运油品的质量为150t（吨），单鹤管油库定量系统的装车流程如图1所示。
从上图可以得出：单鹤管油库定量装车系统主要包括可编程逻辑控制器PLC、远程控制系统、电液阀、质量流量计、手动球阀与防溢油探头等部件。每个零部件都会影响系统的使用寿命，也会产生一系列的系统故障，从而对整个油库定量装车系统造成影响。马尔可夫随机场理论是油库自动化定量装车系统的修复理论，它能提升整个系统的安全性和可靠性。因此，运用马尔可夫随机场理论对最近发生的系统部件故障进行分析，能够完成对故障系统的维修与恢复，并实现油库自动化系统的定量装车以及油库定量装车系统的远程控制。油库定量装车系统的可靠性结构如图2所示。
假设在单鹤管油库定量装车系统的使用过程中，启闭件闸板、启闭球阀有着相同的故障损坏率，那么可以用油库定量装车系统各个零部件的可靠率来进行两种阀体故障情况和修复程度等的表示。通过以上图表可以得出，接地检测、可编程逻辑控制器PLC、电液阀、流量计、手动切断球阀、防溢油探头、闸阀等属于串联的逻辑组织结构。其中启闭件闸板和启闭球阀的故障损坏率为1.4×10-5/h，启闭件闸板、启闭球阀修复率为6.5×10-4/h；远程控制系统、可编程逻辑控制系统的故障损坏率为6.5×10-7/h，修复率为1.9×10-6/h。当前将电液阀、流量计、手动切断球阀、防溢油探头、闸阀等的可靠性用A表示，将远程控制系统、可编程逻辑控制系统PLC的可靠性用B表示。因此，单鹤管油库定量装车系统的可靠性修复率框图可如图3所示。
使用马尔可夫随机场理论进行单鹤管油库定量装车系统的可靠性分析，其主要分析流程如下：通过以上故障损坏率、修复率的数据分析得出A部分设备的故障损坏率为λA=1.4×10-5/h，修复率为μA=6.5×10-4/h；B部分设备的故障损坏率为λB=6.5×10-7/h，修复率为μB=1.9×10-6/h。因此，在t时刻单鹤管油库定量装车系统主要有以下几种设备状态：（1）A部分、两个B部分设备正常运转，整个油库定量装车系统正常，设为X（t）=Y（0）；（2）B部分设备有一处故障，系统正常，X（t）=Y（1）；A部分、B部分设备分别有一处故障，系统出现故障，X（t）=Y（2）；B部分设备有两处故障，系统出现故障，X（t）=Y（3）；A部分全部发生故障，整个系统全部故障，X（t）=Y（4），其中Y（1）+Y（2）+Y（3）+Y（4）=1。
从以上单鹤管油库定量装车系统的可靠性分析可以得出该系统在特定时间内的瞬时可用度为：
当前油库定量装车的每节油罐装车50t（吨），因此，单鹤管油库定量装车系统的单日外运油品质量为q=0.95 ×5×50=237.5t/d，能够满足单鹤管每天装车150t（吨）的质量要求，而且在单鹤管油库定量装车系统年故障维修率为0.95的情况下，对油库定量装车系统的维修不超过30天，因此，它能够满足可靠性预计、可靠性试验、可靠性设计、可靠性评估、可靠性控制和可靠性维修等的系统质量要求。
3 可靠性分析对油库设计和管理的作用研究
3.1 可靠性分析对油库设计的作用
在油库定量装车系统的设计方面，通过对油库材料工艺、设备运行流程与技术标准等进行改革，推动自动化油库系统的纵深发展。可靠性理论是油库系统建设与评估的重要指标，在建筑工程与结构工程等领域不断完善的情况下，运用可靠性理论进行油库设计具有较高的质量保证以及较强的结构设计优越性与安全性。当前可靠性分析对油库设计的作用主要表现在以下几方面：（1）首先，需要在油库定量装车系统设计中制定系统投资、产品设备和工艺流程等的评估内容，以实现对传统油库系统的突破性设计，然后从可靠性预计、可靠性试验、可靠性设计和可靠性评估等方面进行产品零部件与系统功能、使用寿命等的分析，选择合适的方案进行油库工程的功能与可靠性设计；（2）在整个油库定量装车系统的构建过程中，增加从可靠性角度出发进行系统与部件研究的逻辑框图，以及用于系统故障检测的故障树分析框图。多种可靠性分析框图在油库设计中的运用不仅能够完成对系统各个部件的设计与组织，而且能最大限度地减少系统的故障状况，以便于后续油库定量装车系统的有序管理。
3.2 可靠性分析对油库管理的作用
在油库定量装车系统的建设过程中，相关部门可根据马尔可夫随机场理论等可靠性内容进行工程建设进度与潜在隐患的分析，并将其中的工程隐患及薄弱环节编制成册，以此完成油库定量装车系统的管理。当前油库定量装车系统的工程建设主要包括以下几方面可靠性量化控制内容：（1）针对油库定量装车系统的工程建设流程，添加相应的油库施工规范与使用标准以及不同方面可靠性的工序控制内容，以保证油库定量装车系统中可靠性数值的量化控制；（2）整个油库定量装车系统中各个零部件的建设与验收，需要根据以往自动化油库系统的试验记录进行油库定量装车系统设备的可靠性评估与控制，以降低油库系统的建设难度与故障修复率。
当前运用可靠性分析理论开展的油库管理主要涉及到油库储运环境、管理人员与产品设备等管理内容。鉴于油库系统与不同行业之间的广泛联系，需要综合多种油库系统的建设方案来完成可靠性理论在油库定量装车系统中的应用与管理。因此，可靠性分析在油库定量装车系统中主要发挥以下几方面作用：首先，可靠性会对油库系统中各个零部件设备的数据进行采集，并构建完整的系统可靠性数据集合，为后续油库系统的故障修复提供相应的数据内容；其次，需要建构不同数据的交换共享平台，通过油库管理数据与技术的应用分析来代替原有的传统油库管理模式。因此，借助于可靠性理论进行油库储运流程和质量目标的定性、定量分析，能够实现油库定量装车系统的故障维修和系统优化。
4 结 语
可靠性理论主要是研究系统可靠性的定量规律，它通过对产品零部件、元器件或系统运转流程等的分析来判断某一产品的使用年限、故障问题及设计可靠性等。因此，可靠性理论在油库定量装车系统中的运用能够在保证油库成品原油储运的经济、安全及自动化的同时，完成自动化油库定量装车系统的设计与管理。
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作者简介：刘礼豪（1997-），男，汉族，四川营山人，油气储运专业2015级本科学生。研究方向：油气储运。