Diseño de una Metodología para la Evaluación de Parámetros

Ing. MSc. Glenda Gutiérrez CIngeniero de Proyectos

Confiabilidad y Gestión de ActivosUnidad de Ingeniería Mecánica - Equipos

XX Convención Internacional del Gas, AVPG, Caracas – Venezuela, Junio 2012

Diseño de una Metodología para la Evaluación de Parámetros Significativos de Desempeño de los Equipos Rotativos para la Ampliación de Capacidad de Producción en un Sistema de Gas

XX Convención Internacional del Gas, 11 – 13 Junio 2012, Caracas - Venezuela

CONTENIDO

3.- ANÁLISIS DE CRITICIDAD DE ACTIVOS

1.- INTRODUCCIÓN

5.- DISEÑO DE LA METODOLOGÍA

4.- DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS

7.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

2.- ANTECEDENTES

6.- FACTORES DE MANTENIMIENTO Y OPERACIONALES

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INTRODUCCIÓN En las últimas décadas, el gas natural ha jugado un papel importante como

fuente energética limpia y económica, además de ser un recurso estratégico que beneficia significativamente el desarrollo del país. Venezuela actualmente se presenta como uno de los países con mayores reservas probadas de este valioso recurso que están por el orden de los 147,5 billones de pies cúbicos, colocándonos como el octavo a nivel mundial y el primero en América Latina, constituyendo un cuadro fuerte a largo plazo de este hidrocarburo.

La idea del presente Artículo es desarrollar una Metodología para la Evaluación de Parámetros Significativos (Disponibilidad, Mantenibilidad y Confiabilidad) de Desempeño de los Equipos Rotativos para la Ampliación de Capacidad de Producción en un Sistema de Gas, basándose en datos genéricos del comportamiento de fallas y tiempos de reparación de procesos, sistemas y equipos similares, según reconocidos estándares internacionales, que permitan simular condiciones reales, para poder pronosticar el desempeño operacional, consideraciones adicionales de diseño y posibles estrategias de mantenimiento.

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OBJETIVOS GENERALES

Desarrollar una Metodología para la Evaluación de Parámetros Significativos (Disponibilidad, Mantenibilidad y Confiabilidad) de Desempeño de los Equipos Rotativos para la Ampliación de Capacidad de Producción en un Sistema de Gas, basándose en datos genéricos del comportamiento de fallas y tiempos de reparación de procesos, sistemas y equipos similares, según reconocidos estándares internacionales, que permitan simular condiciones reales, para poder pronosticar el desempeño operacional, consideraciones adicionales de diseño y posibles estrategias de mantenimiento.

Introducir las bases para la implementación del Análisis de Criticidad como metodología de Gestión de Activos durante el desarrollo de la fase ingeniería para lograr una operación y mantenimiento confiable y segura de cualquier instalación.

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LIMITACIONES

El avance general del diseño de ingeniería del proyecto donde se contemple la aplicación de la metodología para la evaluación de parámetros significativos de desempeño de los equipos rotativos para la ampliación de capacidad de producción en un sistema de gas, determina una limitación importante referente a la información técnica precisa correspondiente a las unidades rotativas en cuanto al plan de ejecución del proyecto, así como la aplicación de la base de datos de fallas aplicable.

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CONTENIDO


1.- INTRODUCCIÓN




2.- ANTECEDENTES


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ANTECEDENTES

La necesidad cada día más acentuada por mejorar los estándares en materia de seguridad, ambiente y productividad de las instalaciones y sus procesos, obliga a incorporar nuevas tecnologías que permitan alcanzar las metas propuestas, a través de la filosofía de Clase Mundial que tiene asociada la aplicación de 10 prácticas orientadas con la finalidad de mejorar la rentabilidad y efectividad de los procesos productivos, las empresas modernas vienen incorporando dentro de sus estrategias de trabajo principios y herramientas de Confiabilidad e Ingeniería de Mantenimiento estableciendo bases y metodologías que evalúen y beneficien las prácticas de Confiabilidad, Disponibilidad y Mantenibilidad que involucran una eficiente y eficaz Gestión de Activos para alcanzar sus metas a un costo óptimo, a la vez de fortalecer la pericia técnica, humana y operativa de su personal, contratistas y suplidores.

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1.- INTRODUCCIÓN




2.- ANTECEDENTES


CONTENIDO

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ANÁLISIS DE CRITICIDAD DE ACTIVOS

Metodología que permite establecer la jerarquía o prioridades de instalaciones, procesos, sistemas y equipos, creando una estructura que facilita la toma de decisiones acertadas y efectivas, direccionando el esfuerzo y los recursos en áreas donde sea más importante y/o necesario mejorar la confiabilidad operacional de los procesos productivos.

Permite seleccionar la siguiente metodología de confiabilidad que debe ser aplicada (RCA, FTA, FEMA, ACByR, etc.)

Facilita la toma de decisiones porque permite asignar prioridades a los activos.

Como producto Lista Jerarquizada de Sistemas de acuerdo a su Criticidad

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ANÁLISIS DE CRITICIDAD DE ACTIVOS. CRITERIOS

Están asociados con diversos factores claves y estratégicos relacionados a través de una ecuación matemática que genera una puntuación para cada elemento evaluado, de: Seguridad, Ambiente, Producción, Costos de Operación y Mantenimiento, entre otros.

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( )[ ] FFIAISCRIOMTTRNPCriticidad ⋅+++⋅⋅=




CRITERIOS

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CRITERIOS

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CONTENIDO


1.- INTRODUCCIÓN




2.- ANTECEDENTES


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XX Convención Internacional del Gas, 11 – 13 Junio 2012, Caracas - Venezuela 14

DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS EN UN PROCESO DE PRODUCCIÓN DE GAS




1300 º C aprox.

Componentes Críticos

En Sistemas de Producción de Gas, las acciones de mantenimiento preventivo de importancia están focalizadas sobre las dispuestas en los

Equipos Rotativos, en especial, la Turbina a Gas, debido a que en este equipo las altas temperaturas de operación exigen que los intervalos de

mantenimiento de éstas, sean cortos. Por tal motivo, este articulo se centra en los factores que influyen y determinan el Plan de Mantenimiento de los Equipos Rotativos, que agruparemos acá en 2 grupos de importancia:

Factores OperacionalesFactores de Mantenimiento




Factores Operacionales Factores de Mantenimiento

Operación cíclica (variación de carga, ciclos de arranque−parada, horas de operación)

Temperaturas de combustión Inyección de agua o vapor Tipo y consumo de combustible

(aceite lubricante o gas) Cojinetes Presión de descarga del compresor Bomba de lubricación Agua de refrigeración Accesorios (filtros, ductos de entrada

de aire, etc.) Niveles de vibración

Efectividad MTTF, MTTR, R(t), M(t), A(t), Factor de Utilización del Gas, OEE

Rendimiento Índice de Ausentismo Índice de Sobretiempo Índice de Fuerza Hombre contratada Cumplimiento Plan de Adiestramiento Índice de Personal Adiestrado

Costos Costos de Mantenimiento por Unidad de Producción Costos de Mantenimiento por Hora Hombre Relación de Costo de Mantenimiento vs. Producción Índice Costo de Mantenimiento Preventivo Índice Costo de Mantenimiento Correctivo



DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS EN UN PROCESO DE PRODUCCIÓN DE GASMecanismos de Falla

Termofluencia (Creep)Aplicación Trabajo Continuo

Altos ciclos de fatigaCorrosiónOxidaciónErosión

Daños por objetos extrañosAplicación Trabajo Continuo

Fatiga termo−mecánicaAltos ciclos de fatiga

Daños por objetos extraños



DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS EN UN PROCESO DE PRODUCCIÓN DE GASMecanismos de Falla

Álabes de la Turbina a Gas afectados por Fatiga Termomecánica



CONTENIDO


1.- INTRODUCCIÓN




2.- ANTECEDENTES


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DISEÑO DE LA METODOLOGIA

∏=

==n

i

tRitRntRtRtRs1

)()()......(2)(1)(

∏=

−=n

i

tRitRs1

)(1)(

∫ −+=t

SAAs dtRftRtR0

)()()()( τττ

∑= =

⋅−+⋅=n

i

n

iTiiis tRIItRtR

1 1

)()1()()(

∑=

−−

=≤≤=

n

rj

jnjs RR

j

nnjrPR )1()(

Establecimientode Criterios

Selección delMétodo

Aplicación delProcedimiento

ListaJerarquizada



CONTENIDO


1.- INTRODUCCIÓN




2.- ANTECEDENTES


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FACTORES DE MANTENIMIENTO

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Evaluación de la Gestión de Mantenimiento basado en Índices de Gestión (Covenin 2500−95)

Análisis de Modos y Efectos de Falla, FEMA

Árbol Lógico de Decisión

Análisis de Confiabilidad en Sistemas y Componentes Críticos, a partir del uso de un Diagrama Funcional de Confiabilidad, DBC

Intervalos Óptimos de Mantenimiento basado en un Balance Scorecard Confiabilidad−Costo −Riesgo




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Evaluación de la Gestión de Mantenimiento basado en Índices

de Gestión (Covenin 2500−95)




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Confiabilidad en Sistemas Críticos de las Turbinas a Gas




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Análisis de Modos de Falla y Efectos, FEMA




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Árbol Lógico de Decisión



Análisis de Confiabilidad en Sistemas y Componentes Críticos, a partir del uso de un Diagrama Funcional de Confiabilidad, DBC




Intervalos Óptimos de Mantenimiento basado en un Balance Scorecard Confiabilidad−Costo −Riesgo




FACTORES OPERACIONALES

Intervalos Óptimos de Mantenimiento Preventivo utilizando parámetros claves de operación

Nivel de carga

Número de arranques y paradas

Tipo de combustible

Inyección de agua o vapor

Optimización de Intervalos de Inspección o mantenimiento





Nivel de carga El porcentaje de carga puede calcularse como:

100% xdisponibleCarga

absorbidaCargaCarga =





Número de arranques




Intervalos Óptimos de Mantenimiento Preventivo utilizando parámetros claves de operación Tipo de combustible muy importante en la vida útil de los componentes críticos en las turbinas de gas.





Tipo de combustible % H2 según ASME PTC-22 por:

LHV y HHV ASTM-D-3588 y GPA 2172 para gases combustibles en base seca

)(%73.94 HHHVLHV −=

∑

∑

=

==n

jjj

n

jjjj

Mx

hmMx

LHV

1

1

∑

∑

=

==n

jjj

n

jjjj

Mx

HmMx

HHV

1

1





Optimización de Intervalos de Inspección o Mantenimiento

tFM

asrecomendadoperacióndeHorasestimadoóptimoIntervalo =

rizadasHorasFacto

nesOperacióHorasTotalFM t = HOCHOAHOBHO ++=

+

++

++

=....

2

ContinContinAlterAlterBaseBase FMCFMCo

HOC

FMCFMCo

HOA

FMCFMCo

HOB

FMAHF





Predicción de los posibles Intervalos de Mantenimiento basado en condiciones límites de operación

Horas Torales de Operación (HO)

Potencia disponible de la turbina en sitio de operación

Potencia absorbida por el compresor de gas

Número de arranques

Tipo de combustible



CONTENIDO


1.- INTRODUCCIÓN




2.- ANTECEDENTES


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CONCLUSIONES

Esta información permite la toma de decisión y enfocar los esfuerzos a la zona de alta criticidad.

La aplicación de los índices de evaluación clasificados en efectividad, rendimiento y costo. La frecuencia de evaluación de los parámetros deberá ser previamente establecida por el grupo de trabajo de Confiabilidad, y la manera de representar los resultados por medio de gráficas o diagramas de barra sobre la base del tiempo, de tal manera de entender y localizar las variaciones más importantes de una forma rápida; pudiendo proponer soluciones efectivas en menor tiempo.

La Gerencia Basada en Riesgos se describe como una aproximación sistemática para utilizar recursos finitos o limitados en aquellas actividades con mayor potencial para reducir riesgos. Mientras el riesgo no pueda ser eliminado totalmente, si puede ser manejado.



CONCLUSIONES

La principal meta del Plan de Gerencia de Activos es, la prevención de incidentes mayores, que podrían tener un efecto significativo en la seguridad pública, el ambiente o la producción.

El uso del análisis de criticidad permite la toma de decisiones acertadas, dado que logra establecer el orden de impacto que los activos o fallas evaluadas, tienen sobre el proceso productivo de las empresas.

Todo análisis de criticidad, persigue la optimización de los costos, no solo por identificar las ares de mayor oportunidad de mejora, sino que permite el direccionamiento oportuno del presupuesto de las empresas.



RECOMENDACIONES Mejorar la confiabilidad del sistema de control con la disminución en las

paradas no programadas de la planta

Es necesario avaluar siempre el nivel de redundancia de los sistemas, verificando la incidencia de un posible respaldo que minimice el impacto de las paradas programadas

Realizar siempre una evaluación costo riesgo beneficio, para la justificación económica de adquisición de un equipo spare (Driver), con base en la disminución de los tiempos de paro programado y fallas

Evitar pérdidas de producción, por Paradas no Programadas que involucren mantenimiento correctivo de los equipos

En lo que corresponde específicamente al Sistema de Control Critico y Protección (interruptores por software “MOS”, Maintenance Override Switch) necesarios para los Elementos Iniciadores y Finales pertenecientes a cada una de las SIF o “Interlock” de Seguridad.



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