Нефтегазовая отрасль отличается широким спектром технологического оборудования, которое эксплуатируется в условиях агрессивной среды (высокая коррозионная активность, высокие температура и давление, наличие переменных температурных деформаций, воздействие химических элементов, а также внешние механические влияния и др.). Достигнув критического уровня повреждения, появившиеся в результате процесса эксплуатации, приводят к нарушению работоспособного состояния оборудования и, следовательно, к его отказу. Актуальной проблемой эксплуатации оборудования нефтегазового комплекса является прогнозирование появления и развития дефектов, влекущих за собой техногенные катастрофы.

Для решения этой проблемы необходимо применение новых подходов, направленных на прогнозирование безопасности и надежности, а также эффективные методики, снижающие потенциальные риски и негативные последствия отказов. Одним из таких методов является анализ видов и последствий потенциальных отказов (Failure Mode and Effect Analysis-FMEA).

На сегодняшний день FMEA-анализ один из инструментов позволяющий количественно оценить коэффициент риска.

Прогнозирование дефектов и отказов, анализ исходов и предупреждение их появления является основной задачей этого метода. Метод FMEA позволяет выявить потенциальные несоответствия, их причины и последствия, оценить риск их появления и принять меры для устранения или снижения вероятности их появления.

Ниже приводится пример практического применения методики для анализа рисков, оценке эксплуатационной надежности оборудования и систем нефтегазового комплекса. FMEA-анализ включает несколько этапов.

На начальном этапе применения методики предполагается комплексное изучение оборудования. Проводится компонентный, структурный и функциональный анализ. На основе полученных данных анализируются все особенности оборудования относительно требований технической документации.

При дальнейшем исследовании составляется перечень всех потенциальных несоответствий для исследуемого оборудования и их последствия. Для каждого последствия определяют коэффициент, учитывающий тяжесть отказов - S. В Табл.1 приведены критерии значимости с указанием баллов коэффициентов последствий.

Таблица 1  

Шкала значимости (последствия) (S) риска

Последствие	Значение последствия отказа	Коэффициент S
Очень незначительное	Отказы и дефекты не влияют на  эксплуатационные показатели	1-2
Незначительное	Дефекты подлежат ремонту и легкоустранимые	3-4
Значительное	Отказы вызывают постепенную потерю безопасности и снижение эксплуатационных характеристик	5-6
Критическое	Дефекты способны вызвать аварии	7-8
Катастрофическое	Отказ угрожает безопасности (опасность для жизни и здоровья людей) и противоречит законодательным	9-10

 

На втором этапе проведения FMEA-анализа определяются потенциальные причины для каждого из возможных несоответствий.

Для каждой потенциальной причины определяют коэффициент учитывающий вероятность возникновения отказа - О. При этом проводится экспертная оценка частоты появления данной причины. Коэффициент изменяется от 1 (очень редкие дефекты) до 10 (постоянно возникающие дефекты) и приведен в Табл.2.

 Таблица 2  

Шкала прогнозируемой вероятности возникновения дефекта (O)

Вероятность риска	Критерий возникновения дефекта	Коэффициент О
Очень низкая	Риск появления дефекта маловероятен. Вероятность близка к нулю.	1-2
Низкая	Очень незначительная вероятность.	3-4
Средняя	Средняя вероятность.	5-6
Высокая	Конструкция    оборудования    соответствует    проектам, при  применении  которых  в  прошлом  имело  место большое количество отказов.	7-8
Очень высокая	Появление дефекта неизбежно.	9-10

 

Для каждого дефекта и каждой отдельной причины его появления определяют коэффициент, учитывающий вероятность обнаружения отказа до появления его последствий или вероятность пропуска отказа – D.

Количественная оценка коэффициента D производится по шкале оценки вероятности обнаружения представленной в Табл.3.

Таблица 3  

Шкала вероятности обнаружения риска (D)

Вероятность обнаружения	Вероятность  обнаружения  несоответствий  на  основе предусматривающих операций контроля	Коэффициент D
Очень низкая	Возникающие отказы выявить нельзя (нет доступа либо возможности для контроля). «Скрытый дефект».	10

Низкая	Выявление                        возникающих                        отказов затруднительно/технологические                            проверки неэффективны	8-9
Средняя	Отказы  сложно  идентифицировать  при  контроле  и испытаниях	7-6
Умеренная	Выявление несоответствий маловероятно	5-4
Высокая	Идентифицировать отказы легко.	3
Гарантированная	Возникающие отказы явно распознаются (вероятность обнаружения >95%)	1

 

На основе рассчитанных коэффициентов определяют коэффициент риска (приоритетное число риска, ПЧР):

ПЧР=S*O*D, (1)

где S – тяжесть последствий отказов для каждого несоответствия; О – вероятность появления отказа;

D – вероятность обнаружения дефектов до появления его последствий или вероятность пропуска отказа. В соответствии с ГОСТ критическая граница для коэффициента риска: 

ПЧРкр 100÷125.

На следующем этапе происходит ранжирование дефектов и отказов, для которых ПЧР превышает критическую границу и для которых корректирующие действия разрабатываются в первую очередь.

Таким образом, по итогам анализа происходит разработка технических (конструктивно-технологических) решений направленных на предотвращение последствий отказов, минимизацию вероятности выявленных потенциальных (появления) отказов, путем совершенствования конструкции, правил эксплуатации, систем технического обслуживания и ремонта, совершенствования методов контроля качества и введению специальных мер по предупреждению, выявлению и устранению дефектов и т.д.

Заключительным этапом является составление протокола, в котором отражаются основные результаты проведенного FMEA-анализа. Пример приведен в Табл.4.

Инструмент FMEA является эффективным методом оценки влияния последствий предлагаемых дефектов. Он выступает в качестве важного критерия при прогнозировании надежности оборудования нефтегазового комплекса на всех стадиях жизненного цикла (проектирование, монтаж, эксплуатация) и позволяет учесть особенности конструкции при проведении таких технологических процессах, как подготовительные, сварочные, изоляционно-укладочные работы.

В заключении можно добавить, что при проведении анализа FMEA оборудования нефтегазового комплекса можно достичь сразу нескольких положительных результатов: получить более  отказоустойчивую систему с высокую надежность и повышенной работоспособность, достичь более высокой степень защиты от техногенных катастроф и снизить общие затраты на устранение последствий.

   Таблица 4

Пример протокола FMEA-анализ оборудования нефтегазового комплекса

Вид потенциального дефекта/отказа	Последствие потенциального дефекта/отказа	S	Потенциальная причина дефекта/отказа	O	Первоначальные меры контроля дефектов	D	ПЧР
Коррозионные и стресс-коррозионные повреждения оборудования: питинг, коррозии, эрозии.	Способность оборудования к выполнению своих функций сохраняется, но при этом снижается их эффективность. Потеря прочности оборудования.	5	Повышенная влажность и агрессивность окружающей среды, высокая кислотность pH,колебания температуры.	5	Методы технической диагностики оборудования, визуальный контроль	7	175
			Отслоение изоляционного покрытия, низкое

Вид потенциального дефекта/отказа	Последствие потенциального дефекта/отказа	S	Потенциальная причина дефекта/отказа	O	Первоначальные меры контроля дефектов	D	ПЧР
			качество изоляционного покрытия.
			Потери металла
…	…	…	…	…	…	…	…

 

Список литературы

1.      Петровский Э.А. Получение модели прогнозирования скорости внутренней коррозии технических трубопроводов, методом математического планирования эксперимента/Э.А. Петровский, Казанцева А.В.// Интеграл.- 2012.- № 6. - С. 28-29.

2.      Петровский Э.А. Повышение эффективности корректирующих и предупреждающих действий с применением модели управления качеством процессов предприятия/Э.А. Петровский, Казанцева А.В.// Инновации и инвестиции.-2012.-№4.-С.41.