Ejemplo Oreda

 

 

Maestría Internacional en Ingeniería de Confiabilidad, Mantenibilidad y Riesgo  Riesgo 

Confiabilidad de Dispositivos Ejemplo de aplicación de OREDA Arturo Ruiz-Falcó Rojas

 

 

Contenido 1  ¿QUÉ ES OREDA? ................................................... ........................................................................... ................................................ ............................. ..... 3  2  ¿CÓMO ESTÁN ESTRUCTURADOS LOS EQUIPOS? ......................................... .................................................. ......... 3   2.1  TOPSIDE .............................................. ...................................................................... ............................................... ......................................... .................. 3  2.1.1  Jerarquía de los sistemas (taxonomía) .............................................. ........................................................ .......... 3   2.1.2  Información para cada unidad ............................................... ..................................................................... ...................... 3   2.1.3  Ejemplo bomba centrífuga empleada en un sistema de refrigeración ..... 4  2.2  SUBSEA............................................... ....................................................................... ............................................... ......................................... ..................11  2.2.1  Jerarquía de los sistemas (taxonomía) ............................................. ....................................................... ..........11  2.2.2  Información para cada unidad .............................................. .................................................................... ......................11  2.2.3  Ejemplo Subsea Isolation Valve (SSIV) ............................................. ....................................................... ..........11 

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Confiabilidad de Dispositivos. Ejemplo de OREDA

 

 

1  ¿QUÉ ES OREDA? OREDA (Offshore (Offshore Reliabilty Data) es un consorcio constituido en 1981 e integrado por varias de las más importantes compañías del sector offshore con la finalidad de crear un banco de datos de fiabilidad de los equipos y componentes más comunes empleados en las plataformas de extracción de petróleo en el mar. Los primeros datos se publicaron en 1984 y los más recientes son de 2015. Los miembros del consorcio han establecido procedimientos homogéneos para la identificación e informes de fallos de una parte de sus equipos. Para que esta información sea lo más veraz posible, los datos de soporte son confidenciales y sujetos a verificación por parte de OREDA.

2  ¿CÓMO ESTÁN ESTRUCTURADOS LOS EQUIPOS? Existe una primera división entre equipos TOPSIDE (sobre la plataforma) y SUBSEA (sumergidos). Los datos que se recopilan para cada uno de estos grupos es diferente. A continuación se describe la estructura vigente en la edición de 2002:

2.1 

TOPSIDE

2.1.1  Jerarquía de los sistemas (taxonomía)   Nivel 1 “Equipment unit”. Típicamente incluye  incluye equipos con una función principal (por ejemplo “bomba “bomba”, ”, “compresor  “compresor ”). ”). Esto ha de entenderse como una “clase de equipo”. Dentro de cada clase habrá un número físico de



unidades que están sujetas a supervisión y son las que generan los datos.  datos.    Nivel 2 “Subunit”. Se incluyen cada una de las funciones auxiliares del Nivel 1, por ejemplo “ refrigeración”.    Nivel 3 “Maintainable unit (MI)”. Son los subconjuntos de más bajo nivel de





cada subunit que requieren tareas tareas de mantenimiento preventivo.  preventivo.  2.1.2  Información para cada unidad 1)  Esquema marcando los límites del componente. Esto es importante para delimitar la zona a la que se pueden p ueden atribuir los fallos. 2)  Lista de todos los modos de fallo posibles, clasificando su efecto como “crítico crítico”, ”, “degradado “degradado” ” o” incipiente  incipiente” ”. 3)  Número de fallos registrados para cada modo de fallo. 4)  Suma acumulada de tiempo en servicio para cada tipo de unidad supervisada. El tiempo puede ser “tiempo “ tiempo de calendario” calendario” (es decir, incluye operacional” también el tiempo en el que la unidad está parada) o “tiempo operacional”

(solo incluye el tiempo en el que ha estado operacional. También facilita el

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dato de “número “número de demandas”, demandas”, es decir el número de veces que se ha

arrancado la unidad. 5)  Estimación de la tasa de fallos correspondiente a cada modo de fallo. Esta tasa de fallo se calcula asumiendo el modelo exponencial . Se facilitan también los límites del intervalo de confianza de la tasa de fallo. 6)  Estimación de las horas hombre necesarias para reparar el fallo y restaurar la función.  

7) Estimación derequerido las horas de tiempo de ymantenimiento mantenimien to la activo (espueda decir, tiempo de calendario para reparar conseguir que unidad volver a ser empleada; se excluye el tiempo de diagnóstico, esperas por falta de disponibilidad de repuestos o técnicos). 8)  Información en la que se se basa lo anterior (es decir, número de eequipos quipos e instalaciones supervisadas). 2.1.3  Ejemplo bomba centrífuga empleada en un sistema si stema de refrigeración Estudiar la información facilitada por OREDA 2002 para una bomba centrífuga empleada en un sistema de refrigeración.

1)  Esquema marcando los límites del componente En la Figura la Figura 1 se reproduce el esquema correspondiente a las bombas que se encuentra al principio del epígrafe “pumps “pumps” ”. En él puede verse que por ejemplo, están incluidos los fallos debidos a la monitorización de la bomba, pero no lo están los correspondientes al motor que la impulsa.

Figura 1 Esquema marcando los límites de los datos de fallos correspondientes a las bombas

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2)  Lista de todos los modos de fallo posibles En la Figura la Figura 2 se reproduce la lista de modos de fallo que se encuentra en el epígrafe “pumps pumps” ”.

Figura 2 Lista de todos los modos de fallo posibles

3)  Resto de los apartados Para esto tenemos que ir a la tabla correspondiente que se encuentra en el epígrafe “pumps pumps” ”. Cuanto más se profundice en la clasificación menos unidades habrá y por lo tanto habrá menos datos pero más ajustados al tipo de bomba. La 1.3 jerarquía Pumpses:  Pág. 173 1.3.1 Centrifugal  Pág. 180 1.3.1.5 Cooling systems- Pág. 192, ver Figura ver Figura 3.  3.  Ahí se pude ver: Información en la que que se basa lo anterior (es decir, número de equipos equipos e instalaciones supervisadas). Se puede leer en las celdas “Population: 18; Installations: 2”, es decir los datos proceden de 18 bombas distribuidas en 2 instalaciones diferentes.

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Suma acumulada de tiempo en servicio  hours)”, ”, “Calendar Se puede leer en las celdas “ Aggregated time in service (106 hours) time”, time ”, “Operational “Operational time” time” y “Nº “Nº of demands”: demands”:    Tiempo de calendario: 0,4729 x106 horas.   Tiempo de funcionamiento: 0,4276 x106 horas.   Número de arranques: 150.

  

Vemos que en este caso hay poca diferencia (10%), lo que propio de bombas son de funcionamiento continuo continuo y parece que 2 de ellas son redundantes. Por el número de arranques, se puede suponer que la bomba redundante se va rotando para mantener un desgaste uniforme entre todas ellas. Número de fallos registrados para cada modo de fallo. En las columnas “Failure “Failure mode” mode” y “Nº “ Nº of failures” failures” puede leerse que en las 18 bombas anteriores se han registrado:   1 fallo en el arranque (crítico).   1 fallo por ruido (crítico).   1 fallo por lectura anormal en la instrumentación (incipiente).

  

  Total, 3 fallos, 2 de ellos críticos.



Estos números están repetidos en dos filas con una cruz y un asterisco de superíndice. En cada fila se calcula la tasa de fallos referida al tiempo de calendario (asterisco) o de funcionamiento (cruz). Además, los datos se van agregando desde cada modo de fallo (por ejemplo 1 fallo al arranque y 1 fallo por ruido) a cada categoría de fallo (2 fallos críticos). Esto no quiere decir que esta bomba no esté sujeta al resto de los modos de fallo, sino que estas 18 bombas (parque en estudio muy pequeño) no los han tenido. El buen juicio del ingeniero haría contemplar los fallos en el arranque de bombas centrífugas en general, en el que se estudia un parque de 350 bombas y que han registrado un total de 1.949 fallos (ver Tabla (ver Tabla 1). 1). Estimación de la tasa de fallos correspondiente a cada modo de fallo Lower”, “Failure “Failure Esta información está en las columnas “Failure rate (per 11006 hours)/ Lower”, 6 6 rate (per 10  hours)/Mean  hours)/Mean” ”, “Failure rate (per 10  hours)/ Upper “ SD” ” y “n/ τ τ”. ”  . A su Upper”, “SD vez En cada fila se calcula la tasa de fallos referida al tiempo de calendario (asterisco) o de funcionamiento (cruz). La interpretación de los datos correspondientes a uno de los modos de fallo, por ejemplo “ruido “ruido” ” para el tiempo de operación sería la siguiente:    n/ τ= τ= 2.11. Es la estimación de Lambda obtenida dividendo el número de fallos



entre el tiempo total de operación 1/(0,4276 x10 6)= 2,34 x10-6 fallos/hora. Esta estimación de Lambda tiene sentido cuando todos los datos proceden

de una muestra homogénea y mantenimiento similares. (una sola instalación, condiciones de operación

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  SD=10,77x106. Es la desviación estándar entre los tiempos hasta el fallo



correspondientes a las distintas instalaciones que están bajo supervisión. Si todas las instalaciones se comportaran igual, SD sería 0 aunque naturalmente los tiempos hasta el fallo de cada bomba variarían.   “Lower = 0,02 x10-6”; “Mean = 4,00 x10-6”; “Upper = 15,41 x10-6” son los valores correspondiente al límite inferior del nivel de confianza al 90% de la



tasa de fallos (lower), la tasa de fallos media (mean) y límite superior del nivel de confianza al 90% de la tasa de fallos (Upper). Es necesario tener en cuenta que: o  Si los datos proceden de una sola instalación o la variabilidad entre ellas es muy pequeña, los límites del intervalo de confianza se calculan de la manera convencional (ver Análisis Estadístico de Fallos, párrafo 6.2.4) y la tasa de fallos media coincide con n/ τ.  o  Si los datos proceden de varias instalaciones, los cálculos se hacen mediante un método propio y original de OREDA. En la descripción que hace del método, es posible que haya erratas en las ecuaciones ya que no son coherentes las unidades (suma tiempos con tiempos al cuadrado). Entonces ¿cuál es el valor que hay que tomar para la tasa de fallos? Pues eso depende del criterio del ingeniero y de lo conservador que quiera ser. Además el tema se complica porque si se puede considerar que qu e el modo de fallo es similar a bombas centrífugas con otros usos, se podrían tomar los datos de la tasa de fallos correspondientes a ese nivel de clasificación. (ver Tabla (ver Tabla 1). 1). Estimación de las horas hombre necesarias para reparar r eparar el fallo y restaurar la función y estimación de las horas de tiempo de mantenimiento activo Esta información está en las columnas “ Active rep. Hrs = --”, “Repair (man hours / Min = 122,0”, “Repair (man hours / Mean=122,0”, “Repair (man hours / Max = 122,0”. Es decir, el tiempo de reparación activo (tiempo de calendario requerido para reparar y conseguir que la bomba pueda volver a ser empleada; se excluye el tiempo de diagnóstico), el máximo, mínimo y media de horas hombre dedicadas a la reparación coincide en 122,0 h (por lo que cabe suponer que fue una sola reparación la que se registró). Es importante recordar que son las horas que está el equipo parado en reparación y que no se incluyen las esperas por falta de disponibilidad de repuestos o técnicos) hombre necesarias para reparar el fallo y restaurar la función.

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Figura 3 Tabla correspondiente una bomba centrífuga empleada en un sistema de refrigeración r efrigeración

Con todos estos datos hay que responder a la pregunta ¿qué valores tomo? Para ello hay que tener en cuenta lo siguiente: 1)  Evitar en error de tomarlo directamente de la tabla y “ya está”  En el caso expuesto, en el que solo hay dos instalaciones con 18 bombas y un fallo, es muy poco para que tenga alguna significación estadística.

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2)  ¿Para qué se quiere ese dato? Por lo tanto, si se acepta la hipótesis de que a efectos de fallo por ruido una bomba centrífuga de refrigeración se comporta igual que una bomba de refrigeración con otro uso, puede justificarse tomar datos de esa clase de bombas. Si se acepta plenamente que la bomba que se está analizando responde a las características de una bomba centrífuga en general, la tasa de fallos media estará comprendida entre 0,03x10-6 y 2,34 x10-6 fallos /hora, se podría justificar como conservadora a efectos de previsiones de repuestos, etc. tomar la tasa de fallos próxima al límite superior, por ejemplo 2,00 x10-6 fallos /hora Si la hipótesis anterior se aceptara solo a medias, entonces el valor a tomar debería estar más próximo al valor medio dado para las bombas de refrigeración pero se podría justificar reducirlo algo por las consideraciones anteriores y tomarlo igual al límite superior del intervalo de confianza 2,34 x10-6. Con los otros datos deben hacerse consideraciones parecidas. Dato

Population (número total de bombas) Installation (número total de instalaciones)

Calendar time (tiempo de calendario) horas  horas  Operational time (tiempo de operación) horas  horas 

Nº of demands (número demands (número de arranques)

Nº of failures (número de  fallos) para el modo de  fallo noise (ruido)  (ruido)  n/ τ (fallos/h) SD (horas)

Pumps  Pág. 173

Centrifugal Pág. 180

Cooling systems-  Pág. 192

OBSERV.

18 Muy pocas bombas de

449

350

61

59

2

19,0224 x106 

13,9546 x106 

0,4729 x106 

8,67436

x10  

5,74556

x10  

0,42766

11.200

10.340

150

6

4

1

0,69 x10- 0,70 x10-6  6   6 1,38x10   0,80x106 

2,34 x10-6 

x10  

refrigeración. Solo 2 instalaciones de bombas alternativas, por lo además de las evidentes diferencias, no compensa considerarlas. De las bombas centrífugas, solo 2 son de refrigeración.

Las bombas de refrigeración funcionan en régimen 100% y el resto de las bombas centrífugas, 25% aprox. Las bombas de refrigeración tienen menos arranques que el resto de las bombas centrífugas.

10,77x106  Dado que hay un solo fallo la diferencia entre

instalaciones dispara el SD.es grande y

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Dato

Pumps  Pág. 173

Centrifugal Pág. 180

Lower (LI nivel de confianza del 90% de la tasa de fallos)  fallos)  Mean (media tasa de fallos)

0,01x10-6 

0,03x10-6 

1,03 x10-

0,78 x10-6 

Upper (LS nivel de confianza del 90% de la tasa de fallos)  fallos) 

3,73 x10-

 Active rep. Hrs (tiempo activo de reparación)

23,3

25.0

Repair (man hours / Min (mínimo de horas hombre de reparación)  reparación) 

16,0

16,0

Repair (man hours / Mean (mínimo de horas hombre de reparación)  reparación) 

60,5

67,3

Repair (man hours / Max (máximo de horas hombre de reparación)  reparación) 

6

6

 

2,34 x10-6 

 

122,0

122,0

Cooling systems-  Pág. 192

OBSERV.

0,02 x10-6  Coinciden prácticamente.

4,00 x10-6  ¡El de las bombas de

refrigeración se multiplica por 4! Es un dato atípico entre las bombas centrífugas puesto que está fuera del intervalo de confianza. 6 ¡El de las bombas de 15,41 x10-   refrigeración se multiplica por 6! Es un dato atípico entre las bombas centrífugas puesto que está fuera del intervalo de confianza. -- No se dispone el dato de la bomba de refrigeración. Quizás lo hayan hecho sin parar la instalación empleando la bomba redundante. Los otros dos tiempos son consistentes, 122,0  Los otros dos tiempos son consistentes. ¿Quizás la justificación de que se haya disparado el tiempo de reparación es la incomodidad de hacerlo con la instalación en marcha? 122,0  Los otros dos tiempos son consistentes. ¿Quizás la justificación de que se haya disparado el tiempo de reparación es la incomodidad de hacerlo con la instalación en marcha? 122,0  El valor de 122 h es el predominante.

Tabla 1 Evolución de los datos en función de la profundización en la taxonomía para una bomba centrífuga empleada en un sistema de refrigeración (OREDAD 2002)

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2.2  SUBSEA 2.2.1  Jerarquía de los sistemas (taxonomía) A diferencia del caso TOPSIDE, se incluye un primer nivel en el que se describe el sistema. Los otros tres niveles corresponden grosso modo a los tres de TOPSIDE.   Nivel 1 “Field/Installation”. Es un identificador del sistema. A su vez para cada “field “field”, ”, puede haber varias “Installations “Installations” ”    Nivel 2 “Equipment unit”. Equipo del máximo nivel que realiza la función





principal.  principal.    Nivel 3 “Subunit ”. Integrantes físicos de las “unit “unit” ” que realizan alguna función requerida por la función principal.  principal.    Nivel 4 “Component”. Son los subconjuntos de las “subunit “subunit” ” de más bajo nivel que se pueden reparar o reemplazar.  reemplazar. 





2.2.2  Información para cada unidad 1)  Esquema marcando los límites del componente. (*) “Subunits” ” y “Componente “Componentes” s”. Lista de modos de fallo. 2)  Subdivisión en “Subunits 3)  Número de fallos registrados para cada Subunidad / y clasificación de la severidad del fallo: “crítico crítico”, ”, “degradado “degradado” ” o” incipiente o” incipiente”. ”.  4)  Suma acumulada de tiempo en servicio para cada tipo de unidad supervisada. En este caso se da solo tiempo de calendario. 5)  Estimación de la tasa de fallos correspondiente a cada subunidad. Esta tasa de fallo se calcula de la misma forma que en el caso TOPSIDE pero se realiza solo para el tiempo de calendario. 6)  Estimación de las horas de tiempo de mantenimiento mantenimiento activo. (*) 7)  Información en la que se se basa lo anterior (es decir, número de equipos e instalaciones supervisadas). (*) (*) Similar al caso TOPSIDE, 2.2.3  Ejemplo Subsea Isolation Valve (SSIV) Esta válvula al cerrarse evita que entre agua de mar inundando la plataforma. Por lo tanto es un componente de gran responsabilidad. Esta válvula forma parte del Subsea Isolation System (SSIS).  1)  Esquema marcando los límites del componente “ Subsea Isolation En la Figura 4 se reproduce el esquema correspondiente al “Subsea System” System ”  En él puede verse que por ejemplo, están incluidos los fallos debidos al actuador, válvula, estructura de protección, estructura de soporte y bridas de conexión a la tubería y señal de control (la flecha), pero no lo están los

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correspondientes a la unidad de control y la tubería a partir de la conexión de las bridas (que se supone que debe estar en la zona emergida).

Figura 4 Esquema marcando los límites de los datos de fallos correspondientes al Subsea Isolation System

2)  Subdivisión en “Subunits” y “Componentes”. Lista de modos de fallo.  A continuación del esquema anterior puede encontrarse una tabla con esta información (ver Figura (ver Figura 5). 5).

Figura 5 Subdivisión en “Subunits” y “Componentes” y l ista de modos de fallo fallo correspondientes al Subsea Isolation System

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3) Resto de los apartados Para esto tenemos que ir a la tabla correspondiente que se encuentra a continuación de la tabla anterior. Ver Figura Ver  Figura 6.  6.  Información en la que que se basa lo anterior (es decir, número de equi equipos pos e instalaciones supervisadas). Se puede leer en las celdas “Population:85” ; Installations: 32”, es decir los datos proceden de 18 bombas distribuidas en 2 instalaciones. Suma acumulada de tiempo de calendario  hours)”, ”, “Calendar Se puede leer en las celdas “ Aggregated time in service (106 hours) time”: time ”:    Tiempo de calendario: 2,3683 x106 horas. Esta cifra es la sumas total a nivel “equipment “equipment unit”. unit”. La cifra real para los niveles inferiores puede variar. 

Número de fallos registrados Se puede leer que hay 85 SSIS que a su vez cuentan con 146 SSIV. Se han registrado 9 fallos (todos en las válvulas, siendo 5 “degradados “degradados” ” y 4 ” incipientes  incipientes”. ”. Más abajo puede verse que de los 9 fallos de la válvula, 6 son ELP ( External leakage – process medium), 2 son NON ( Non Inmediate Effect) y 1 es DOP ( Delayed Operation). En la tabla de más abajo puede verse el “Failure “Failure descriptor ” (síntoma) de cada uno de estos fallos. Estimación de la tasa de fallos a cada nivel A nivel SSIS:   n/ τ= τ= 3,8001. Es la estimación de Lambda obtenida dividendo el número de fallos entre el tiempo total de calendario 9/(2,3683 x10 6)= 3,8001x10-6 



fallos/hora. 6   SD=9,6702x10   El intervalo de.confianza del 90% para la tasa de fallos, límite inferior: “Lower = 0,0000 x10-6”; media: “Mean = 3,0865 x10-6”; superior: “Upper = 17,8947 

 

x10-6” . 

A nivel SSIV:   n/ τ= τ= 2,5014. En este caso, como no se facilita el tiempo de calendario a nivel



de válvula no se puede verificar el cálculo.   SD=3,56842x106 , menor que en el caso anterior luego las diferencia de comportamiento de las válvulas de instalaciones diferentes es menor que la diferencia de la instalación completa.    El intervalo de confianza del 90% para la tasa de fallos, límite inferior: “Lower = 0,0003 x10-6” , al tener una muestar mayor se puede detectar el límite





inferior; media: “Mean = 2,0040 x10-6”; superior: “Upper = 9,0202 x10-6”

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Estimación de las horas de tiempo de mantenimiento activo   A nivel SSIS: 29 horas.   A nivel SSIV: 36 horas. 



Figura 6 Tabla correspondiente “Pipeline SSIV” 

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