Когда речь идет об обеспечении эксплуатационной надежности, многие компании с трудом понимают ценность такого структурированного подхода, как анализ режимов и последствий отказов (FMEA), и необходимость применения методов, повышающих эффективность работы. Легко представить себе конечную цель - бесперебойнуюработу и безупречную производительность - безучета основных этапов, которые ведут к этому. Однако без четкого понимания потенциальных сбоев и их последствий предприятия могут столкнуться с неожиданными сбоями, которые можно было бы предотвратить.
В этой статье мы подробно рассмотрим процесс FMEA, подчеркнув его важность для выявления потенциальных режимов отказов, оценки рисков, формирования стратегии технического обслуживания путем определения приоритетов оборудования для технического обслуживания и реализации эффективных корректирующих действий для повышения эксплуатационной надежности в нефтегазовой отрасли.
FMEA: что это такое?
Анализ режимов и последствий отказов (FMEA) - это систематический метод, предназначенный для выявления и оценки потенциальных проблем и режимов отказов в системах, продуктах или процессах. Анализируя эти риски до того, как они превратятся в реальные проблемы, FMEA повышает общую надежность конструкций и операций.
Обычно этот процесс включает в себя:
- Идентификация режимов отказов: Распознавание того, как и где могут происходить сбои.
- Анализ последствий: Оценка последствий этих сбоев для системы или клиента.
- Определение приоритетов рисков: Ранжирование режимов отказа по степени серьезности, вероятности возникновения и возможности обнаружения.
- Разработка рекомендаций по снижению рисков: На основе анализа FMEA предлагает конкретные шаги по снижению или предотвращению рисков, включая модификацию конструкции, усовершенствование процесса, инициативы по обучению или дополнительные проверки.
Эта методология опирается на команду экспертов, которые систематически анализируют систему или изделие для оценки вероятности возникновения различных режимов отказа и их последствий. Полученные в результате анализа выводы не только служат основой для разработки корректирующих действий, направленных на смягчение последствий потенциальных отказов, но и помогают определить приоритеты технического обслуживания, гарантируя, что наиболее важные вопросы будут решаться в первую очередь.
Что такое режим отказа
Но что такое режим отказа? Под режимом отказа понимается конкретный способ, которым система, компонент или процесс не могут выполнить свою запланированную функцию. Он описывает различные способы, которыми что-то может выйти из строя, например, в результате физического повреждения, потери функциональности или неэффективности работы.Например, в нефтегазовой отрасли распространенными способами отказа могут быть утечки в трубопроводе из-за коррозии, сбои в работе оборудования или отказы датчиков.
Давайте рассмотрим это на примере того, на что мы все полагаемся: вашей домашней системы отопления. Эта система зависит от печи, генерирующей тепло, которое затем распределяется по сети воздуховодов.
Представьте себе: на дворе зима, а ваша печь внезапно перестала работать. Почему? Возможно, засорился воздушный фильтр, неправильно работает термостат или произошла утечка газа. Каждый из этих сценариев представляет собой определенный режим отказа, который может привести к тому, что ваша система отопления не сможет поддерживать тепло в вашем доме.
Что такое анализ эффектов
В мире FMEA определение режимов отказов - это только начало. Цель состоит в том, чтобы проанализировать потенциальные последствия (или эффекты, "E" в FMEA) отказов и определить приоритетность действий по их устранению, прежде чем они приведут к замерзанию дома или, что еще хуже, к дорогостоящему аварийному ремонту.
Типы FMEA
В нефтегазовом секторе для решения конкретных производственных задач и повышения безопасности и надежности применяются различные виды анализа режимов и последствий отказов (FMEA). Вот основные типы:
- Проектирование FMEA (DFMEA): Направлен на выявление потенциальных отказов на этапе проектирования таких объектов, как буровые установки или трубопроводы.
- FMEA процесса (PFMEA): Нацелен на риски, связанные с производственными или операционными процессами, такими как методы рафинирования или экстракции.
- Функциональный FMEA (FFMEA): Анализирует функции критически важных для безопасности систем, таких как предохранительные клапаны, и их отказы, и является важнейшим инструментом для разработки подхода к техническому обслуживанию, основанного на оценке рисков.
Процесс FMEA
Процесс FMEA обычно состоит из нескольких этапов:
- Планирование и подготовка: Соберите межфункциональную команду с опытом работы в различных областях, таких как проектирование, эксплуатация, техническое обслуживание и безопасность. Определите область применения FMEA, включая конкретные системы или процессы, которые будут оцениваться, и цели анализа.
- Систематизация: Разбиение системы на компоненты для облегчения детального анализа. Это включает в себя определение подсистем и их интерфейсов, что очень важно в сложных нефтегазовых операциях, где взаимодействие может существенно повлиять на производительность.
- Функциональный анализ: Определите функции каждого компонента в системе. В контексте нефтегазовой отрасли это может включать такие функции, как регулирование давления, контроль расхода или механизмы аварийного отключения.
- Анализ отказов: Определите потенциальные режимы отказов для каждой выявленной функции. Этот шаг включает в себя мозговой штурм для определения возможных отказов, которые могут помешать компонентам выполнять свои функции, например, неисправность клапана или отказ датчика. Сбор данных о режимах отказов. Полезно обратиться к различным источникам, включая руководства по техническому обслуживанию производителей оборудования, технологические схемы, записи и историю технического обслуживания, опыт эксплуатации, отчеты об инцидентах и изображения оборудования.
- Анализ причин: Выясните причину каждого вида отказа с помощью глубокого анализа и сбора данных. Этот шаг позволяет выявить коренные факторы, провоцирующие потенциальные отказы.
- Анализ рисков: Оцените каждый вид отказа на основе его:
- Серьезность:Оценивается от 1 до 10, высокий балл означает серьезный риск.
- Вероятность:Оценивается от 1 до 10, где высокий балл отражает большую вероятность неудачи.
- Обнаружение:Оценка от 1 до 10, высокий балл указывает на низкую способность к обнаружению.
- Приоритезация рисков: На основе оценки вероятности, обнаружения и серьезности проранжируйте режимы отказа, чтобы определить, какие из них требуют дальнейшего изучения.
Приоритет риска = Тяжесть х Возникновение х Обнаружение
- Оптимизация: Разработайте планы действий по снижению высокоприоритетных рисков, выявленных на предыдущем этапе. Это может включать в себя изменение конструкции компонентов, внедрение дополнительных мер безопасности и проверок, а также совершенствование процедур технического обслуживания для снижения вероятности отказа.
- Документация: Зафиксируйте все выводы, решения, принятые в ходе анализа, и извлеченные уроки для последующего использования. Эта документация должна включать краткое описание выявленных отказов с высоким риском и корректирующих действий, предпринятых для их устранения.
Ищете программное обеспечение?
Перейдите по ссылке ниже, чтобы запросить демонстрацию IMS, ведущего в отрасли программного обеспечения для управления целостностью активов. Оптимизируйте свою работу
Запрос на демонстрацию
Важность FMEA
Считайте, что FMEA - это ваша операционная сеть безопасности, которая не только защищает ваши операции, но и предлагает несколько ключевых преимуществ:
- Проактивное управление рисками: FMEA помогает предвидеть проблемы до их возникновения, снижая вероятность дорогостоящих ошибок.
- Приоритизация рисков: Позволяет организациям определять приоритетность рисков в зависимости от их серьезности и вероятности, что способствует выработке более целенаправленной стратегии обслуживания.
- Обоснованное принятие решений: FMEA обеспечивает структурированный подход к пониманию последствий отказа, что помогает принимать обоснованные проектные и эксплуатационные решения.
- Соответствие нормативным требованиям: Многие отрасли требуют проведения FMEA для соблюдения стандартов безопасности и качества, что делает его необходимым для снижения юридических рисков, связанных с несоблюдением требований.
- Снижение затрат: FMEA помогает разработать стратегию технического обслуживания, основанную на оценке рисков, которая определяет приоритеты критически важного оборудования, сводя к минимуму дорогостоящие отказы и простои. Устранение потенциальных неисправностей на ранней стадии может значительно снизить затраты, связанные с доработкой, отзывами или гарантийными претензиями.
- Документация и обмен знаниями: FMEA создает документированную запись потенциальных режимов отказов и стратегий их устранения, на которую можно ссылаться в будущих проектах.
- Непрерывное совершенствование: Полученные в ходе FMEA знания способствуют постоянному совершенствованию процессов и систем, способствуя развитию культуры непрерывного совершенствования.
Каждый выявленный риск и каждый потенциальный сбой, устраненный путем смягчения или устранения, способствуют укреплению фундамента вашей деятельности. Внедряя FMEA, вы переходите от простого представления об оптимальной производительности к активному внедрению сегодняшних методов, которые приведут вас к достижению желаемого результата завтра.
FMEA в контрольно-измерительных системах безопасности (SIS)
Безопасность производства в значительной степени зависит от контрольно-измерительных систем безопасности (SIS), в которых контрольно-измерительные функции безопасности (SIF) выполняют ключевые действия по снижению рисков, например, останавливают процесс или изолируют оборудование в опасных ситуациях. FMEA глубоко изучает компоненты функций приборов безопасности (SIF). Проведя FMEA, вы сможете выяснить, как каждая часть, например датчики, логические анализаторы и конечные элементы, может выйти из строя и что эти отказы могут означать для безопасности. Например, если предохранительный клапан является частью SIF, FMEA поможет определить, как такие виды отказов, как заедание клапана или неточности датчиков, могут повлиять на его способность выполнять свою функцию безопасности.
Процесс FMEA для этого устройства начинается с составления списка потенциально опасных отказов. Если они произойдут, то при возникновении потребности в технологическом процессе эти отказы нарушат задачу безопасности устройства. Затем специалисты проводят исследование, чтобы оценить вклад каждого выявленного режима отказа в общее количество опасных отказов. Поскольку некоторые опасные отказы встречаются чаще, чем другие, учитывается этот вклад или весовой коэффициент (в %). Важно отметить, что суммарный весовой коэффициент всех опасных отказов исследуемого устройства не может превышать 100 %.
Информация, полученная в ходе исследования FMEA, может быть использована для сравнения опасных режимов отказа, выявленных для устройства, с процедурой доказательных испытаний, используемой для периодического тестирования устройства. Это исследование позволяет определить, какие опасные отказы, выявленные в FMEA устройства, будут обнаружены на любом из этапов процедуры испытаний.
Например, если установлено, что 7 из 8 идентифицированных опасных режимов отказа могут быть обнаружены при правильном применении процедуры доказательных испытаний, и эти 7 режимов в совокупности составляют 90% всех опасных отказов, идентифицированных в FMEA, мы можем сделать вывод, что Коэффициент охвата испытаний (TCF) процедуры испытания устройства составляет 90%.
Роль FMEA в расчетах PFD
При расчете вероятности отказа по требованию (PFD) устройства, λd является критически важным компонентом, поскольку он отражает количество опасных отказов, которые могут привести к инцидентам безопасности, если не будут обнаружены до того, как на устройство поступит требование от технологического процесса. TCF помогает определить, сколько таких отказов λd может быть обнаружено в ходе испытаний на стойкость, и поэтому является важным фактором при расчете общего PFD устройства.
Еще одним важным компонентом является время выполнения миссии (MT). Оно представляет собой период, в течение которого функция прибора безопасности (SIF) должна эффективно работать без капитального ремонта или замены. В отличие от срока службы, определяемого производителями как время, когда оборудование нуждается в замене, срок службы зависит от конкретных потребностей каждого компонента SIF.
Почему это важно? Потому что при несовершенном тестировании (т. е. когда TFC меньше 100 %) время миссии играет важную роль в управлении рисками, связанными с опасными отказами. Хорошо определенное время выполнения миссии помогает нам определить, как долго мы можем ожидать безопасного функционирования SIF до накопления рисков.
Это показано на рисунке ниже (Время миссии 20 лет):
Включение MT в расчеты PFD дает представление об эффективности мер безопасности, определяя интервалы технического обслуживания и испытаний. Взаимосвязь между TCF и PFD подчеркивает их важность для обеспечения надежности SIF.
Более высокий TCF (близкий к 100%) указывает на то, что обнаруживается больше опасных отказов, что снижает эффективную λd и способствуя снижению PFD. Эта взаимосвязь подчеркивает важность TCF и λd при оценке надежности и безопасности SIF в критически важных приложениях.
PFD отражает вероятность того, что функция безопасности откажет в нужный момент, и зависит от того, насколько хорошо испытания могут выявить опасные отказы. Формула для расчета среднего PFD, включающего TCF, выглядит следующим образом:
В этом уравнении:
- TCF представляет собой эффективность пробных испытаний в выявлении опасных неисправностей, варьирующуюся от 0% до 100%.
- (1 - TCF)указывает на долю опасных отказов, которые остаются необнаруженными в ходе этих испытаний.
- λdэто частота опасных отказов, которые могут привести к отказу по требованию.
- Tiэто интервал между проверками доказательств.
- MTобозначает время миссии SIF.
Каждый раз, когда проводится пробное тестирование, оно выявляет лишь часть опасных неисправностей, как указывает TCF. Это означает, что даже при эффективном тестировании некоторые неисправности могут остаться необнаруженными, что со временем усугубляет риск. Таким образом, понимание того, как TCF влияет на PFD, является жизненно важным; более высокий TCF ведет к более низкому PFD, что свидетельствует о более эффективном снижении риска.
И наоборот, если TCF низкий, вероятность необнаруженных отказов возрастает, что требует более частых пробных испытаний для поддержания целостности системы безопасности. Таким образом, оптимизация TCF с помощью строгих протоколов испытаний не только улучшает обнаружение неисправностей, но и играет важную роль в обеспечении того, чтобы PFD оставался в допустимых пределах для соответствия стандартам безопасности.
Повышение эксплуатационной надежности с помощью FMEA и IMS от Cenosco
Как мы уже видели, FMEA помогает повысить эксплуатационную надежность. Выявляя потенциальные режимы отказов и оценивая их последствия, он позволяет компаниям проактивно управлять рисками и повышать эффективность своих активов.
FMEA - это универсальная и эффективная методология, которая интегрируется в другие процессы, например, в контрольно-измерительные системы безопасности. Благодаря тщательной оценке критических компонентов безопасности FMEA позволяет своевременно разрабатывать стратегии снижения рисков и принимать решения о периодичности испытаний, обеспечивая надежность и эффективность систем безопасности.
Такой подход не только укрепляет протоколы безопасности, но и оптимизирует распределение ресурсов, что в конечном итоге приводит к повышению надежности работы в нефтегазовой отрасли. Если вы ищете способ повысить надежность технологических процессов на вашем предприятии, наша система управления целостностью (IMS) может вам помочь. Заполните форму ниже и запросите демонстрацию!
