Προσαρμογή για τη ζωή

(Φωτογραφία: Oceaneering)

Εξασφάλιση της ασφάλειας και της βιωσιμότητας των περιουσιακών στοιχείων μέσω της ποσοτικής ανάλυσης μηχανικής

Καθώς ο κόσμος εξακολουθεί να απαιτεί πηγές ενέργειας, υπάρχει αυξανόμενη πίεση στους παραγωγούς υδρογονανθράκων για να βρουν νέα αποθέματα και να αντλήσουν περισσότερα από τα υπάρχοντα περιουσιακά στοιχεία. Τα τελευταία χρόνια, ο κλάδος έχει σημειώσει αξιοσημείωτες προόδους στις τεχνικές ανάκτησης, χρησιμοποιώντας αποδοτική τεχνολογία για να παρατείνει τη ζωή των ώριμων πεδίων.

Καθώς οι εγκαταστάσεις αυτές επεκτείνονται πέραν της αρχικής σχεδιαστικής τους ζωής και το βάρος της επαλήθευσης της ακεραιότητας και της αξιοπιστίας αυξάνεται σταθερά, είναι απαραίτητο να αποδειχθεί η συνεχής ασφάλεια και ακεραιότητα των περιουσιακών στοιχείων που γερνούν.

Οποιαδήποτε υποδομή που έχει λειτουργήσει για παρατεταμένο χρονικό διάστημα, είτε πρόκειται για δοχείο πίεσης, είτε για αγωγό είτε για μηχανικό στοιχείο, μπορεί να υποβαθμιστεί έως ότου δεν πληροί πλέον τις αρχικές απαιτήσεις σχεδιασμού. Ως εκ τούτου, το πρώτο βήμα στην ανασκόπηση των προγραμμάτων ανασυγκρότησης στα γηράσκοντα πεδία είναι η αξιολόγηση της κατάστασης της υπάρχουσας υποδομής και της ικανότητάς της να χειρίζεται τα τρέχοντα λειτουργικά φορτία. Εάν μια εκτίμηση της κατάστασης υποδηλώνει ανησυχίες, τότε απαιτείται περαιτέρω ανάλυση για να καθοριστεί η κατάλληλη διορθωτική ενέργεια για τη διασφάλιση συνεχών και ασφαλών λειτουργιών.

Fitness για υπηρεσία - τι είναι αυτό;
Το Fitness for Service (FFS) παρέχει μια ποσοτική τεχνική αξιολόγηση για να καταδείξει την ακεραιότητα ενός εξαρτήματος να συνεχίσει να λειτουργεί κάτω από ένα συγκεκριμένο σύνολο συνθηκών, ενδεχομένως παρουσία ενός ελαττώματος ή ενός μηχανισμού υποβάθμισης. Μεταφράζει τα αποτελέσματα των επιθεωρήσεων σε ποσοτικοποιήσιμους λειτουργικούς κινδύνους και κινδύνους ασφάλειας, επιτρέποντας τη λήψη αποφάσεων διαχειριστικής ακεραιότητας.

Το FFS παρέχει τη βάση στους μηχανικούς για να διακρίνουν μεταξύ αποδεκτών και απαράδεκτων ελαττωμάτων και συνθηκών, με αρχές που βασίζονται σε διεθνώς αναγνωρισμένες διαδικασίες. Παρόλο που πολλά πρότυπα του κλάδου αντιμετωπίζουν κάποια μορφή ικανότητας για αξιολόγηση υπηρεσιών, το Αμερικανικό Ινστιτούτο Πετρελαίου (API) συνέταξε τις βέλτιστες πρακτικές σε ένα ενιαίο πρότυπο αξιολόγησης (API 579-1), το οποίο έχει γίνει η έγκυρη δημοσίευση στο FFS.

Κατανόηση του κινδύνου
Τα οφέλη από την πραγματοποίηση εκτιμήσεων FFS είναι σαφή: μειωμένος χρόνος downtime, βελτιωμένη ασφάλεια, προληπτική συντήρηση, όλα τα στοιχεία που είναι απαραίτητα για τη διατήρηση των συνεχών λειτουργιών, όσο το δυνατόν ασφαλέστερα, συμβατότερα και αποδοτικότερα. Ωστόσο, τίθεται συχνά το ερώτημα πότε πρέπει και πρέπει να εφαρμοστεί το FFS.

Ο προσδιορισμός του σημείου απόκλισης από την πρόθεση σχεδιασμού είναι συχνά πιο περίπλοκος από τον αναμενόμενο εξαιτίας της έλλειψης λεπτομερών σχεδιαστικών πληροφοριών, αλλαγών σε περιβάλλοντα λειτουργίας και πολλαπλών ή σύνθετων σεναρίων φόρτωσης. Κατά συνέπεια, θα πρέπει να εξεταστεί η αξιολόγηση FFS μόλις τα τυχόν ελαττώματα που έχουν αναφερθεί υπερβαίνουν τα όρια του κωδικού σχεδιασμού. Για παράδειγμα, το μέγεθος ελαττώματος που υπερβαίνει το όριο που καθορίζεται στο αρχικό πρότυπο ελέγχου ποιότητας κατασκευής, απώλεια μετάλλου που υπερβαίνει το σχεδιαστικό όριο διάβρωσης, αποικοδόμηση υλικών υλικών κάτω από τα όρια προδιαγραφών υλικού ή εκτίθεται σε πιέσεις και θερμοκρασίες εκτός των αρχικών ορίων λειτουργίας.

Στο πετρέλαιο και το αέριο, η υποβάθμιση συχνά κυριαρχείται από απώλεια μετάλλου ως αποτέλεσμα της διάβρωσης. Οι χειριστές τείνουν να χρησιμοποιούν το ελάχιστο επιτρεπόμενο πάχος τοιχώματος (MAWT) ως κατευθυντήρια γραμμή για την εκκίνηση του FFS. Για τα εξαρτήματα σωληνώσεων υπάρχει επίσης σημαντική εξάρτηση από τις κατευθυντήριες γραμμές API 574 για ελάχιστο πάχος δομικού τοιχώματος. αν και αυτές δεν θεωρούν υλική ποιότητα, μήκος έκτασης, μέσο λειτουργίας ή υποστηρικτικές ρυθμίσεις.

Για παράδειγμα, ένα σύστημα χαλύβδινων σωλήνων 6 "χρονοδιαγράμματος 40 έχει ονομαστικό πάχος 7,11 mm, συμπεριλαμβανομένου ενός ενδεχόμενου πάχους 12,5% κάτω από την ανοχή. Εάν αυτό προδιαγράφεται ότι έχει επιτρεπόμενη διάβρωση 1,5 mm, προκύπτει ένα ελάχιστο πάχος τοιχώματος σχεδιασμού 4,72 mm. Το προκαθορισμένο ελάχιστο δομικό πάχος API 574 για σωλήνα από χάλυβα 6 ιντσών και χαμηλού κράματος χάλυβα είναι 2,8 χιλιοστά. Εάν έχει σχεδιαστεί για εσωτερική πίεση μέχρι 50 bar, το MAWT για κατακράτηση πίεσης μπορεί να είναι 1,21mm (ανάλογα με την κατηγορία υλικών).

Εάν το MAWT χρησιμοποιείται για την εκκίνηση της αξιολόγησης FFS, δεν θα υπήρχε πιθανότητα επιτυχούς έκβασης για αυτό το υποθετικό σενάριο, ενώ το υπόλοιπο πάχος τοιχώματος δεν θα ικανοποιούσε τα κριτήρια περιορισμού του πάχους API 579. Ομοίως, αν χρησιμοποιηθεί το δομικό πάχος API 574 για την εκκίνηση της αξιολόγησης FFS και το σύστημα σωλήνων λειτουργεί σε θερμοκρασίες άνω των 149 ° C, μπορεί να εμφανίσει επίπεδα τοπικών θερμικών αγωγών που απαιτούν επίπεδα πολύ μεγαλύτερα από το πάχος της δομής. Για τα δοχεία πίεσης είναι ακόμα πιο πολύπλοκη λόγω τοπικών αλλαγών στη γεωμετρία, εντοπισμένων ζωνών οπλισμού, μεγάλων δομικών ασυνεχειών και πολυπλοκότητας φόρτωσης.

Η απλή εξέταση εξαρτημάτων με βάση το πάχος για τη διατήρηση της πίεσης θα μπορούσε να αφήσει τους χειριστές να εκτεθούν σε σημαντικό κίνδυνο. Η εκτέλεση τουλάχιστον του βασικού FFS, όταν οι απαιτήσεις σχεδίασης δεν ικανοποιούνται πλέον, μπορεί να μειώσει τον κίνδυνο και να προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες για τα όρια λειτουργίας και τη μελλοντική υποβάθμιση, καθώς και να τονίσει μελλοντικές απαιτήσεις για προηγμένο FFS και πιθανή επισκευή.

Αποικοδόμηση αποκωδικοποίησης
Το πρώτο βήμα για την εκτίμηση οποιουδήποτε ελαττώματος είναι η αναγνώριση του τύπου βλάβης. Οι διαδικασίες αξιολόγησης είναι ειδικές ζημιές, με το πρότυπο API 579-1 που παρέχει μεθόδους αξιολόγησης για 12 διαφορετικούς τύπους ζημιών. Η κατανόηση της βλάβης είναι επίσης σημαντική για την πρόβλεψη της εξέλιξης και τον προσδιορισμό της υπόλοιπης ασφαλούς, λειτουργικής ζωής.

Για κάθε τύπο βλάβης υπάρχει ένα υποσύνολο μεθόδων αξιολόγησης, το καθένα με συγκεκριμένα κριτήρια εφαρμογής και περιορισμού που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Υπάρχουν επίσης διαφορετικά επίπεδα αξιολόγησης, με προοδευτικά αυξημένη ακρίβεια και μειωμένο συντηρητισμό, που συνοδεύεται από αύξηση της απαιτούμενης ακρίβειας των πληροφοριών εισόδου:

• Επίπεδο 1 - πολύ βασικό και αποσκοπούσε στη γρήγορη διαλογή των ελαττωμάτων σε απλά εξαρτήματα, λαμβάνοντας συνήθως υπόψη την κατακράτηση της πίεσης μόνο
• Επίπεδο 2 - ενδιάμεσο, για πιο περίπλοκα εξαρτήματα με πρόσθετα φορτία, η αυξημένη ακρίβεια επιτρέπει τη μείωση των περιθωρίων ασφάλειας σχεδιασμού
• Επίπεδο 3 - προηγμένη αξιολόγηση σύνθετων στοιχείων ή σοβαρή υποβάθμιση χρησιμοποιώντας λεπτομερή μαθηματική μοντελοποίηση για τον προσδιορισμό της δομικής σταθερότητας

Ταξινόμηση συστατικών στοιχείων
Το API 579-1 χρησιμοποιεί ένα σύστημα αλφαριθμητικής ταξινόμησης που βασίζεται στην πολυπλοκότητα των συνιστωσών και τις συνθήκες φόρτωσης, προκειμένου να καθορίσει το κατάλληλο ελάχιστο επίπεδο αξιολόγησης:

• Ο τύπος Α - είναι το πιο βασικό στοιχείο, με απλή γεωμετρία και εξίσωση που σχετίζεται με το πάχος της πίεσης και τις απλές συνθήκες φόρτωσης που κυριαρχείται από την πίεση. Τα εξαρτήματα τύπου Α είναι απολύτως κατάλληλα για την αξιολόγηση επιπέδου 1
• Τύπος Β κατηγορίας 1 - έχουν παρόμοιες βασικές γεωμετρίες και εξισώσεις πάχους με τα συστατικά τύπου Α, αλλά απαιτεί την εξέταση πρόσθετων συνθηκών φόρτωσης λόγω φυσικού μεγέθους και / ή θερμοκρασίας έκθεσης. Τα συστατικά του τύπου Β κατηγορίας 1 απαιτούν ελάχιστη εκτίμηση επιπέδου 2
• Τύπου Β κατηγορίας 2 - είναι πιο περίπλοκα στοιχεία με αλληλεξαρτήσεις πάχους που απαιτούν αξιολόγηση διαδικαστικού σχεδιασμού και όχι απλό πάχος. Οι συνιστώσες του τύπου Β κατηγορίας 2 απαιτούν την αξιολόγηση επιπέδου 2 τουλάχιστον
• Τύπος C - έχουν τις πιο πολύπλοκες γεωμετρίες και κατανομή φορτίου που προκαλούν συνήθως σημαντική τοπική δομική ασυνέχεια ή ασυνέχεια λόγω τάσης που απαιτεί προηγμένη μαθηματική ανάλυση μέσω της αξιολόγησης επιπέδου 3

Αξιολόγηση σε δράση
Με την προϋπόθεση ότι οι παραμέτρους λειτουργίας, οι μηχανισμοί ζημιών και το επιβεβαιωμένο επίπεδο FFS επιβεβαιώνονται, μπορούμε να αποδείξουμε την πραγματική αξία του FFS σε δράση.

Κατά τη διάρκεια μιας επιθεώρησης ρουτίνας εντοπίστηκε εντοπισμένη διάβρωση υπό μόνωση (CUI) πάνω από έναν οριζόντιο δακτύλιο ενίσχυσης σε ένα μεγάλο κατακόρυφο δοχείο. Η τοπική απώλεια μετάλλων διαρκούσε περίπου 200mm προς τα πάνω από τον δακτύλιο ενίσχυσης που κάλυπτε τοπικά ολόκληρη την περιφέρεια του κελύφους. Οι ακριβείς μετρήσεις πάχους δεν ήταν άμεσα δυνατές λόγω της κατάστασης της επιφάνειας, αλλά οι εκτιμήσεις υποδεικνύουν ότι μόνο 7mm απομένουν από το αρχικό τοίχωμα των 16mm στη χειρότερη περιοχή.

Η εταιρεία Oceaneering ενημερώθηκε για συμβουλές σχετικά με τον ακριβή προσδιορισμό της ασφάλειας και της συνεχιζόμενης λειτουργικότητας του εξοπλισμού. Η εγκατάσταση παραγωγής είχε τη δυνατότητα βραχυπρόθεσμης, μερικής διακοπής λειτουργίας 5 ημερών για την προετοιμασία και τον έλεγχο της επιφάνειας του πλοίου που υπέστη ζημία. Πέρα από αυτό, εάν ήταν απαραίτητος μεγαλύτερος χρόνος επισκευής, η εγκατάσταση θα απαιτούσε πλήρη διακοπή λειτουργίας, με αποτέλεσμα σημαντικές οικονομικές απώλειες. Η πρωταρχική ανησυχία επικεντρώνεται στην άμεση ασφάλεια του προσωπικού και του εξοπλισμού, ακολουθούμενη από μετριασμό οποιουδήποτε απαιτούμενου χρόνου διακοπής. Το FFS θα παρείχε πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με το εάν η συνεχής λειτουργία ήταν ασφαλής και εφικτή, ενώ διερευνήθηκε, σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε μια κατάλληλη στρατηγική επισκευής.

Οι διαστάσεις του σκάφους δεν πληρούσαν τις απαιτήσεις για την ταξινόμηση συστατικών τύπου Α, καθώς έπρεπε να ληφθούν υπόψη πρόσθετες συνθήκες φόρτωσης. Η θέση του ελαττώματος, αμέσως δίπλα σε ένα ενισχυτικό στοιχείο, δεν ικανοποιούσε επίσης τις απαιτήσεις εφαρμογής επιπέδου 2, υποδεικνύοντας ότι η ανάλυση τάσεων πεπερασμένων στοιχείων θα απαιτηθεί για την αξιολόγηση της τοπικής κατανομής τάσεων και καταπόνησης. Το προηγμένο FFS (Επίπεδο 3) ήταν επομένως η μόνη κατάλληλη αξιολόγηση.

Η εταιρεία Oceaneering υπέβαλε γρήγορα μια προκαταρκτική αξιολόγηση (Επίπεδο 2) με βάση τις αρχικές διαθέσιμες πληροφορίες, ενώ ο φορέας εκμετάλλευσης προχώρησε σε βραχυπρόθεσμο κλείσιμο για προετοιμασία επιφάνειας και λεπτομερή επιθεώρηση. Αν και δεν ήταν κατάλληλο να πιστοποιήσει την ακεραιότητα, η ενδεικτική αξιολόγηση παρείχε μια προκαταρκτική ένδειξη του ενδεχόμενου κινδύνου αποτυχίας και της πιθανότητας επιτυχούς έκβασης αξιολόγησης επιπέδου 3, επιτρέποντας έτσι στον φορέα εκμετάλλευσης να εστιάσει τις άμεσες προσπάθειες σε επανεκκίνηση ή επισκευή. Η Oceaneering ξεκίνησε επίσης τη γεωμετρική μοντελοποίηση του FEA για να επιταχύνει τη διαδικασία αξιολόγησης.

Ο αρχικός σχεδιασμός του δοχείου περιελάμβανε την εξέταση τόσο της εσωτερικής πίεσης όσο και της κατάστασης κενού, με κανονική λειτουργία υπό μερικό κενό. Η ενδεικτική αξιολόγηση του Oceaneering έδειξε ότι ο αρχικός σχεδιασμός διέπεται από τα φορτία κενού και όχι την εσωτερική πίεση. Αναμενόταν ότι το δοχείο θα αντέχει σε εσωτερικές πιέσεις που υπερβαίνουν σημαντικά τη μέγιστη σχεδιαστική πίεση, καθώς και συνθήκες πλήρους κενού, στα αρχικά αναφερόμενα επίπεδα πάχους. Ωστόσο, ο επακόλουθος λεπτομερής έλεγχος αποκάλυψε ότι η απώλεια μετάλλων ήταν ουσιαστικά μεγαλύτερη από ό, τι είχε αρχικά προβλεφθεί, με υπόλοιπο πάχος μόνο 2,5 mm στη χειρότερη περιοχή. Αυτό αύξησε τον επείγοντα χαρακτήρα της αξιολόγησης επιπέδου 3 και μείωσε την εμπιστοσύνη σε ένα επιτυχημένο αποτέλεσμα.

Για να επιταχυνθούν τα αποτελέσματα, ακολουθήθηκε μια σταδιακή προσέγγιση των περιπτώσεων φόρτωσης αξιολόγησης. Πρώτον, αξιολογήθηκαν συνδυασμένα κενά, βάρος και θερμικά φορτία για να αποδειχθεί η ασφάλεια για συνεχή κανονική λειτουργία. Η εκτίμηση οριακού φορτίου και λυγισμού έδειξε συνολική δομική σταθερότητα και επαρκή αντοχή στον λυγισμό υπό πλήρη κενό, χωρίς μεταβολή στη συμπεριφορά λυγισμού σχεδιασμού παρουσία του ελαττώματος και χωρίς υπερβολικές πλαστικές καταπονήσεις. Ως εκ τούτου, το σκάφος θεωρήθηκε κατάλληλο για συνεχή λειτουργία για κανονική λειτουργία (μερικό κενό) και θα μπορούσαν να αρχίσουν να προετοιμάζονται για επανενεργοποίηση, με κατάλληλες προστασίες για να αποφευχθούν οι ανασταλτικές συνθήκες.

Δεύτερον, εκτιμήθηκε η εσωτερική πίεση, το βάρος και το θερμικό φορτίο κατά τη διάρκεια των συνθηκών αναστάτωσης. Η αξιολόγηση έδειξε δυνητική δομική αστάθεια και υπερβολικές πλαστικές καταπονήσεις σε πιέσεις που ξεπερνούν το 70% της μέγιστης πίεσης σχεδιασμού, απαιτώντας την απομάκρυνση του πλοίου για ενδεχόμενες διαταραχές. Τέλος, η εκτίμηση των φορτίων ανέμου έδειξε ότι η ακεραιότητα του πλοίου δεν θα διακυβευόταν στις σχεδιαστικές ταχύτητες του ανέμου.

Η Oceaneering κατέληξε στο συμπέρασμα ότι λόγω του χαμηλού ελάχιστου εναπομείναντος πάχους και της απαιτούμενης μείωσης για την εσωτερική πίεση, το σκάφος δεν θα ήταν σε θέση να διατηρήσει οποιαδήποτε σημαντική περαιτέρω απώλεια μετάλλου. Θεωρήθηκε κατάλληλη για βραχυπρόθεσμη συνεχή εξυπηρέτηση, υπό τον όρο ότι μειώθηκε στο 70% της αρχικής μέγιστης πίεσης σχεδιασμού, ότι η περαιτέρω υποβάθμιση παρεμποδίστηκε από την προσωρινή προστασία από τη διάβρωση και ότι σχεδιάστηκε και εφαρμόστηκε κατάλληλη επισκευή σε εύλογο χρονικό διάστημα.

Αποδεδειγμένα οφέλη από την εφαρμογή του FFS
Λόγω της κρισιμότητας και του επείγοντος που συνδέονται με το FFS, η τακτική ανατροφοδότηση της προόδου και τα προκαταρκτικά αποτελέσματα είναι κρίσιμα για να καταστεί δυνατή η λήψη ακριβών αποφάσεων χωρίς να χρειάζεται να περιμένουμε μια τελική επίσημη έκθεση. Για το παραπάνω παράδειγμα, η Oceaneering παρείχε στον πελάτη ενδεικτικά αποτελέσματα και την ικανότητα να λάβει τεκμηριωμένη απόφαση εντός τριών ημερών, διασφαλίζοντας ότι ο εξοπλισμός θα μπορούσε να επανενεργοποιηθεί με ασφάλεια, παράλληλα με την αναζήτηση λύσεων επισκευής.

Στις περισσότερες περιπτώσεις, όταν το FFS διεξάγεται από αρμόδιους υπευθύνους της βιομηχανίας, το κόστος της αξιολόγησης αντισταθμίζεται σε μεγάλο βαθμό από τα οφέλη της καλύτερης κατανόησης της ζημίας, του δυνητικού κινδύνου, των ασφαλών ορίων λειτουργίας και της πιθανότητας επισκευής. Το FFS παρέχει πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τους κινδύνους που σχετίζονται με συνδυασμούς εξαρτημάτων και ελαττωμάτων και υποστηρίζει αποτελεσματική διαχείριση μελλοντικής ακεραιότητας.

Η συμπερίληψη της τεχνολογίας FFS και των δυνατοτήτων αξιολόγησης ως μέρος της στρατηγικής διαχείρισης περιουσιακών στοιχείων μπορεί να δημιουργήσει σημαντική λειτουργική αποτελεσματικότητα, να μειώσει την πιθανότητα απρόβλεπτων και δαπανηρών επισκευών. Η διασφάλιση ότι οι φορείς εκμετάλλευσης είναι πλήρως ενήμεροι για το τι είναι το FFS και γιατί υπάρχει ως μέρος ενός προϋπολογισμού του προγράμματος συντήρησης μπορεί να αποτρέψει την παρατεταμένη διακοπή λειτουργίας, να ενισχύσει την ανάκτηση και να διατηρήσει ασφαλή τα στοιχεία για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.