Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) zur Verbesserung der Betriebszuverlässigkeit

Wenn es um die Gewährleistung der Betriebssicherheit geht, fällt es vielen Unternehmen schwer, den Wert eines strukturierten Ansatzes wie der Fehler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse (FMEA) und die Notwendigkeit von Methoden zur Steigerung der betrieblichen Effizienz zu erkennen. Es ist einfach, sich das Endziel vor Augen zu führen - reibungsloseAbläufe und einwandfreie Leistung - ohnedie wesentlichen Schritte zu berücksichtigen, die dorthin führen. Ohne ein klares Verständnis potenzieller Fehler und ihrer Auswirkungen können Unternehmen jedoch mit unerwarteten Störungen konfrontiert werden, die hätten verhindert werden können.  

In diesem Artikel werden wir den FMEA-Prozess im Detail untersuchen und seine Bedeutung für die Identifizierung potenzieller Fehlermodi, die Bewertung von Risiken, die Gestaltung von Instandhaltungsstrategien durch die Festlegung von Prioritäten für die Instandhaltung und die Umsetzung wirksamer Korrekturmaßnahmen zur Verbesserung der Betriebssicherheit in der Öl- und Gasindustrie hervorheben. 

Die Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) ist eine systematische Methode zur Ermittlung und Bewertung potenzieller Probleme und Fehlermöglichkeiten in Systemen, Produkten oder Prozessen. Durch die Analyse dieser Risiken, bevor sie zu echten Problemen werden, verbessert die FMEA die allgemeine Zuverlässigkeit von Konstruktionen und Abläufen 

Der Prozess umfasst in der Regel Folgendes: 

Diese Methode stützt sich auf ein Expertenteam, das das System oder Produkt systematisch analysiert, um die Wahrscheinlichkeit verschiedener Ausfallarten und deren Auswirkungen zu bewerten. Die aus dieser Analyse gewonnenen Erkenntnisse fließen nicht nur in die Entwicklung von Abhilfemaßnahmen ein, die darauf abzielen, potenzielle Ausfälle zu verringern, sondern helfen auch bei der Festlegung von Prioritäten für die Instandhaltung, um sicherzustellen, dass die kritischsten Probleme zuerst angegangen werden. 

Aber was genau ist ein Fehlermodus? Ein Ausfallmodus bezieht sich auf die spezifische Art und Weise, wie ein System, eine Komponente oder ein Prozess seine beabsichtigte Funktion nicht erfüllt. Er beschreibt die verschiedenen Möglichkeiten, wie etwas versagen kann, z. B. durch physische Schäden, Funktionsverlust oder betriebliche Ineffizienz.In der Öl- und Gasindustrie sind beispielsweise korrosionsbedingte Lecks in Pipelines, Fehlfunktionen von Geräten oder Sensorausfälle gängige Fehlerarten.  

Betrachten wir dies einmal anhand einer Sache, auf die wir uns alle verlassen: die Heizungsanlage Ihres Hauses. Dieses System ist auf einen Ofen angewiesen, um Wärme zu erzeugen, die dann durch ein Netz von Kanälen verteilt wird. 

Stellen Sie sich Folgendes vor: Es ist mitten im Winter, und Ihr Ofen funktioniert plötzlich nicht mehr. Und warum? Vielleicht ist der Luftfilter verstopft, der Thermostat funktioniert nicht richtig, oder es gibt ein Gasleck. Jedes dieser Szenarien stellt einen Fehlermodus dar - spezifische Ereignisse, die dazu führen können, dass Ihr Heizsystem Ihre Wohnung nicht mehr warm hält. 

In der Welt der FMEA ist die Identifizierung von Fehlerarten nur der Anfang. Ziel ist es, die potenziellen Auswirkungen (oder Effekte, das "E" in FMEA) der Fehler zu analysieren und Maßnahmen zu ihrer Behebung zu priorisieren, bevor sie zu einem eiskalten Haus oder noch schlimmer zu einer kostspieligen Notfallreparatur führen.  

Im Öl- und Gassektor gibt es verschiedene Arten von Fehler- und Einflussanalysen (FMEA), die auf spezifische betriebliche Anforderungen zugeschnitten sind und die Sicherheit und Zuverlässigkeit verbessern. Hier sind die wichtigsten Arten: 

Der FMEA-Prozess besteht in der Regel aus einer Reihe von Schritten: 

Risikopriorität = Schweregrad x Auftreten x Entdeckung 

Betrachten Sie die FMEA als Ihr betriebliches Sicherheitsnetz, das nicht nur Ihre Abläufe schützt, sondern auch mehrere wichtige Vorteile bietet: 

Jedes identifizierte Risiko und jeder potenzielle Fehler, der durch Abschwächung oder Beseitigung behoben wird, trägt zu einer stärkeren Grundlage für Ihren Betrieb bei. Durch die Umsetzung der FMEA verlagert sich Ihr Fokus von der bloßen Vorstellung einer optimalen Leistung auf die aktive Umsetzung der Praktiken von heute, die Sie dazu bringen werden, das gewünschte Ergebnis morgen zu erreichen. 

Die Betriebssicherheit hängt in hohem Maße von sicherheitsinstrumentierten Systemen (SIS) ab, bei denen sicherheitsinstrumentierte Funktionen (SIFs) wichtige Sicherheitsmaßnahmen zur Risikominderung durchführen, wie z. B. das Abschalten eines Prozesses oder die Isolierung von Geräten in gefährlichen Situationen. Die FMEA taucht tief in die Komponenten von sicherheitsinstrumentierten Funktionen (SIFs) ein. Durch die Durchführung einer FMEA können Sie herausfinden, wie die einzelnen Teile - wie Sensoren, Logiklöser und Endkomponenten - ausfallen könnten und was diese Ausfälle für die Sicherheit bedeuten könnten. Wenn beispielsweise ein Sicherheitsventil Teil einer SIF ist, hilft die FMEA dabei, zu ermitteln, wie sich Fehlermodi wie das Verkleben des Ventils oder Ungenauigkeiten des Sensors auf seine Fähigkeit auswirken könnten, die Sicherheitsfunktion zu erfüllen. 

Der FMEA-Prozess für dieses Gerät beginnt mit der Erstellung einer Liste von potenziell gefährlichen Fehlern. Wenn sie auftreten, werden diese Ausfälle die Sicherheitsfunktion des Geräts beeinträchtigen, wenn der Prozess eine Anforderung stellt. Die Fachleute führen dann eine Studie durch, um den Beitrag jeder identifizierten Fehlerart zur Gesamtzahl der gefährlichen Fehler abzuschätzen. Da einige gefährliche Ausfälle häufiger vorkommen als andere, wird dieser Beitrag oder Gewichtungsfaktor (in %) einbezogen. Es ist wichtig zu beachten, dass die Summe der Gewichtungsfaktoren aller gefährlichen Ausfälle des untersuchten Geräts 100 % nicht überschreiten darf. 

Die aus der FMEA-Studie gewonnenen Informationen können zum Vergleich der für das Gerät ermittelten gefährlichen Ausfallarten mit dem für die regelmäßige Prüfung des Geräts verwendeten Prüfverfahren verwendet werden. Bei dieser Prüfung wird ermittelt, welche der in der FMEA für das Gerät identifizierten gefährlichen Ausfälle in einem der Schritte des Prüfverfahrens erfasst werden. 

Wenn z.B. festgestellt wird, dass 7 von 8 identifizierten gefährlichen Fehlermodi durch die korrekte Anwendung des Nachweisverfahrens entdeckt werden können und diese 7 Modi zusammen 90% aller in der FMEA identifizierten gefährlichen Fehler ausmachen, können wir schließen, dass der Testabdeckungsfaktor (TCF) des Proof-Test-Verfahrens des Geräts 90 % beträgt. 

Bei der Berechnung der Ausfallwahrscheinlichkeit (Probability of Failure on Demand, PFD) eines Geräts ist λ_d eine kritische Komponente, da sie die Anzahl der gefährlichen Ausfälle widerspiegelt, die möglicherweise zu Sicherheitsvorfällen führen könnten, wenn sie nicht erkannt werden, bevor eine Anforderung an das Gerät durch den Prozess erfolgt. Die TCF trägt dazu bei, zu bestimmen, wie viele dieser _{λd-Ausfälle} bei Proof-Tests entdeckt werden können, und ist daher ein wichtiger Faktor bei der Berechnung der PFD des Geräts insgesamt. 

Eine weitere kritische Komponente ist die Einsatzzeit (MT). Sie stellt den Zeitraum dar , in dem eine sicherheitsbezogene Funktion (Safety Instrumented Function, SIF) ohne größere Überholungen oder Ersetzungen effektiv arbeiten muss. Im Gegensatz zur Nutzungsdauer, die von den Herstellern festgelegt wird, wann ein Gerät ersetzt werden muss, ist die MT auf die spezifischen Anforderungen jeder SIF-Komponente zugeschnitten. 

Warum ist das wichtig? Denn bei unvollkommenen Proof-Tests (d. h. wenn die TFC weniger als 100 % beträgt) spielt die Einsatzzeit eine entscheidende Rolle bei der Beherrschung der mit gefährlichen Ausfällen verbundenen Risiken. Eine gut definierte Einsatzzeit hilft uns abzuschätzen, wie lange wir erwarten können, dass unser SIF sicher funktioniert, bevor sich die Risiken häufen.
Dies ist in der folgenden Abbildung dargestellt (Einsatzzeit 20 Jahre):

Die Einbeziehung von MT in die PFD-Berechnungen gibt Aufschluss über die Wirksamkeit von Sicherheitsmaßnahmen und dient als Richtschnur für Wartungs- und Prüfintervalle. Das Zusammenspiel von TCF und PFD unterstreicht deren Bedeutung für die Gewährleistung der Zuverlässigkeit von SIFs. 

Ein höherer TCF (nahe 100 %) bedeutet, dass mehr gefährliche Ausfälle erkannt werden, wodurch der effektive λ_d und trägt zu einer niedrigeren PFD bei. Diese Beziehung unterstreicht die Bedeutung sowohl von TCF als auch von _λd bei der Bewertung der Zuverlässigkeit und Sicherheit von SIFs in sicherheitskritischen Anwendungen. 

Die PFD spiegelt die Wahrscheinlichkeit wider, dass eine Sicherheitsfunktion ausfällt, wenn sie benötigt wird, und sie wird davon beeinflusst, wie gut Tests gefährliche Ausfälle erkennen können. Die Formel zur Berechnung der durchschnittlichen PFD unter Einbeziehung der TCF lautet wie folgt: 

In dieser Gleichung: 

Jedes Mal, wenn ein Proof-Test durchgeführt wird, wird nur ein Bruchteil der gefährlichen Fehler erkannt, wie die TCF angibt. Das bedeutet, dass selbst bei einer effektiven Prüfung einige Fehler unentdeckt bleiben können, wodurch sich das Risiko mit der Zeit erhöht. Daher ist es wichtig zu verstehen, wie die TCF die PFD beeinflusst; eine höhere TCF führt zu einer niedrigeren PFD, was auf eine effektivere Risikominderung hinweist. 

Umgekehrt steigt bei einem niedrigen TCF die Wahrscheinlichkeit unentdeckter Ausfälle, so dass häufigere Proof-Tests zur Aufrechterhaltung der Sicherheitsintegrität erforderlich werden. Die Optimierung der TCF durch strenge Prüfprotokolle verbessert also nicht nur die Fehlererkennung, sondern spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung, dass die PFD innerhalb akzeptabler Grenzen für die Einhaltung der Sicherheitsstandards bleibt. 

Wie wir gesehen haben, trägt die FMEA zur Verbesserung der Betriebssicherheit bei. Durch die Identifizierung potenzieller Fehlermöglichkeiten und die Bewertung ihrer Auswirkungen können Unternehmen proaktiv mit Risiken umgehen und die Effizienz ihrer Anlagen verbessern. 

Die FMEA ist eine vielseitige und wirksame Methodik, die in andere Prozesse integriert werden kann, z. B. in sicherheitsgerichtete Systeme. Durch die gründliche Bewertung kritischer Sicherheitskomponenten ermöglicht die FMEA rechtzeitige Strategien zur Risikominderung und liefert Informationen für Entscheidungen bezüglich der Prüfintervalle, wodurch gewährleistet wird, dass Sicherheitssysteme zuverlässig und effektiv bleiben. 

Dieser Ansatz stärkt nicht nur die Sicherheitsprotokolle, sondern optimiert auch die Ressourcenzuweisung, was letztlich zu einem stabileren Betrieb in der Öl- und Gasindustrie führt. Wenn Sie nach einer Möglichkeit suchen, die Prozesssicherheit in Ihrer Anlage zu verbessern, kann Ihnen unser Integritätsmanagementsystem (IMS) helfen. Füllen Sie das untenstehende Formular aus und fordern Sie eine Demo an!