MetodologíaAPI RP 581 para Inspección Basada en Riesgo 2 TECNOLOGÍA DE INSPECCIÓN BASADA EN RIEGO API RP 581 La metodología RBI API se presenta en un documento de tres partes. a) Parte 1 - Planificación de inspección utilizando la Tecnología API RBI. b) Parte 2 - Determinación de la probabilidad de fallo en una Evaluación RBI API. c) Parte 3 - Modelado de Consecuencia API RBI. 3 TECNOLOGÍA DE INSPECCIÓN BASADA EN RIEGO API RP 581 a) Parte 1 - Planificación de inspección utilizando la Tecnología API RBI. Los métodos utilizados para obtener un plan de inspección figuran en esta parte-los equipos incluidos son recipientes a presión, tuberías, tanques de almacenamiento atmosférico, dispositivos de alivio de presión y haces de tubos de intercambiadores de calor. Las barreras de presión de equipos rotativos también pueden ser evaluadas con lo descrito en esta parte. 4 TECNOLOGÍA DE INSPECCIÓN BASADA EN RIEGO API RP 581 b) Parte 2 - Determinación de la probabilidad de fallo en una Evaluación API RBI. La probabilidad de falla de equipo está cubierta en esta parte. La probabilidad de fallo se basa en el tipo de componente y los mecanismos de daño actual en base a las características del proceso de fluidos, las condiciones de diseño, materiales de construcción, y el código de construcción original. 5 TECNOLOGÍA DE INSPECCIÓN BASADA EN RIEGO API RP 581 c) Parte 3 - Modelado de Consecuencia API RBI. - Esta parte proporciona métodos para el cálculo de la consecuencia de falla. - Se proporcionan dos métodos. 1. El primer método, o Nivel 1; se basa en soluciones de forma cerrada generados para un conjunto limitado de fluidos de referencia o grupos de fluidos. 2. El segundo método, Nivel 2; es un método general, más riguroso que se puede utilizar para cualquier composición de fluidos. Ver tabla 1.1 de API RP 581 6 DETERMINACIÓN DE LA PROBABILIDAD DE FALLA EN UNA EVALUACIÓN RBI API • La probabilidad de fallo calculado utilizando los procedimientos de esta parte no están destinados a ser utilizados en un riguroso análisis de la fiabilidad de un componente. • La probabilidad de fallo proporcionada está destinado a ser utilizado en la metodología RBI de API que proporciona una clasificación de riesgo y plan de inspección para un componente sujeto a condiciones de proceso y ambientales que se encuentran típicamente en la industria petroquímica y de refinación. 7 DEFINICIONES 1. Factor de Daño - Un factor de ajuste aplicado a la frecuencia genérica de falla de un componente tomando en cuenta los mecanismos de daño que están activos en ese componente. 2. Frecuencia genérica de falla - Una probabilidad de falla sobre la base de una gran población de datos de componentes sin incluir los efectos de los mecanismos de daño específicos. 3. Factor del sistema de administración - Un factor de ajuste que representa las partes del sistema de administración de la instalación que afecta directamente la probabilidad de falla de un componente. 4. Gestión de la Seguridad de Procesos (PSM) - Procedimientos de gestión de acuerdo con OSHA 29 CFR 1910.119 para prevenir o reducir al mínimo las consecuencias de pérdidas de contención catastróficas de químicos tóxicos, reactivos, inflamables o explosivos. 8 Métodos de cálculo de probabilidad de falla La probabilidad de fallo se puede determinar sobre la base de uno, o una combinación de los métodos siguientes. a) Modelos de fiabilidad estructural - En este método, un estado límite se define sobre la base de un modelo estructural que incluye todos los mecanismos de daño pertinentes, y las incertidumbres en las variables independientes de este modelo se definen en términos de distribuciones estadísticas. El modelo resultante se resuelve directamente para la probabilidad de fallo. b) Modelos estadísticos basados en los datos genéricos - En este método, se obtienen los datos genéricos para el mecanismo de componente y daños a evaluarse y un modelo estadístico se utiliza para evaluar la probabilidad de fallo. c) Opinión de expertos - En este método, se solicitan expertos para evaluar el componente y el mecanismo de daño, la probabilidad de falla normalmente sólo puede ser asignados de forma relativa usando de este método. En API RBI , una combinación de las anteriores se utiliza para evaluar la probabilidad de fallo en términos de Frecuencia genérica de falla y un factor de daño 9 Cálculos de probabilidad de falla. Donde: Probabilidad de falla Frecuencia genérica de falla Factor de daño Factor del sistema de administración La probabilidad de falla usada en API RBI se calcula con la ecuación siguiente: 10 Frecuencia genérica de falla. Si se dispone de datos suficientes para un componente, la verdadera probabilidad de fallo podría calcularse a partir de los fallos reales observados. Incluso si un fallo no ha ocurrido en un componente, la verdadera probabilidad de fallo es mayor a cero debido a que el componente ya puede haber operado el tiempo suficiente para experimentar un fallo. Como primer paso en la estimación de esta probabilidad se establece que no es cero, es necesario examinar un conjunto mayor de datos de componentes similares para encontrar suficientes fallas de tal manera que una estimación razonable de una verdadera probabilidad de fallo se puede hacer 11 Frecuencia genérica de falla. Se calcula utilizando los registros de todas las plantas dentro de una instalación o de varias plantas dentro de una industria, a partir de fuentes bibliográficas y bases de datos fiables. Suelen representar una industria en general y no reflejan las verdaderas frecuencias de fallo de un componente específico sujeto a un mecanismo de daño específico. Una lista recomendada de frecuencias de fallo genéricas se proporciona en la Tabla 4.1. Se supone que siguen una distribución logarítmica normal, con tasas de error que van desde 3 % a 10 % . Las mejores fuentes disponibles y la experiencia del Grupo Patrocinador API RBI. En general la frecuencia genérica de falla para cada componente se dividió en cuatro tamaños de orificio relevantes. 12 Factor de daño. Factores daños tienen como finalidad apoyar la metodología API RBI, proporcionando una herramienta de evaluación para determinar las prioridades de inspección y optimizar los esfuerzos de inspección. Factores daños no proporcionan una evaluación de Aptitud para el Servicio definitiva del componente. La función básica del factor de daño es evaluar estadísticamente la cantidad de daño que puede estar presente como una función del tiempo en servicio y la eficacia de una actividad de inspección. No están destinados a reflejar la probabilidad real de fallo para los propósitos de análisis de confiabilidad. Reflejan un nivel relativo de preocupación por el componente basado en las suposiciones. 13 Factor de daño. Los factores de daño estimados son proporcionados actualmente por los siguientes mecanismos de daño a) Factor de daño por perdida de espesor b) Factor de daño para componentes con revestimiento interno (linings) c) Factor de daño externo d) Factor de daño por agrietamiento por corrosión bajo esfuerzo. e) Factor de daño por ataque por hidrogeno a alta temperatura f) Factor de daño por fatiga mecánica (solo para tuberías) g) Factor de daño por fractura frágil. 14 Factor de daño. Combinación de factor de daño para múltiples mecanismos. a) Factor de daño total − - Si más de un mecanismo de daño está presente, las siguientes reglas se utilizan para combinar los factores de daño. El factor de daño total está dada por la ecuación cuando la pérdida de espesor es localizada. − = − , − + − + + − + Si la pérdida de espesor es generalizada entonces el factor de daño se obtiene con la siguiente ecuación. − = − + − + − + + − + 15 Factor de daño. Combinación de factor de daño para múltiples mecanismos. Cuando se realiza la suma de los factores de daño para determinar el factor de daño total utilizando las ecuaciones anteriores, si un factor de daño es menor o igual a uno, entonces este factor de daño se pondrá como cero en la suma. Por ejemplo, si D f−gov thin = 37.0 ,D f−gov extd = 1.0,D f−gov scc = 15.0,D f htha = 31.0,D f−gov brit = 1.0 y D f mfat = 1.0, el total de daño calculado con la segunda ecuación será: − = + + + + + = Por último, si total − calculado es menor o igual a uno el valor de total − será uno. 16 Factor de daño. Combinación de factor de daño para múltiples mecanismos. b) El factor de daño por adelgazamiento que gobierna − , se determina basado en la presencia de un revestimiento interno usando las siguientes ecuaciones. − = [ , ] Cuando se tiene revestimiento interno − = Cuando No se tiene revestimiento interno 17 Factor de daño. Combinación de factor de daño para múltiples mecanismos. c) El factor de daño por agrietamiento por corrosión bajo esfuerzo que gobierna − se determina por la síguete ecuación: − = max[ , , , / −2 , , , , − , / − ] d) El factor de daño externo que gobierna D f−gov extd se determina por la síguete ecuación: − = max[ , , − , − ] e) El factor de daño por fractura frágil que gobierna D f−gov brit se determina por la síguete ecuación: − = max[( + ), 885 , ] 18 Categorías de efectividad de Inspección. Los factores daños se determinan como una función de la efectividad de la inspección. Las cinco categorías de efectividad de inspección utilizada en la API de RBI se muestran en la Tabla 4.3 Valor cualitativo de la efectividad de inspección Descripción Sumamente efectiva Los métodos de inspección identificarán correctamente el estado de daño real en casi todos los casos (o de 80 a 100% de confianza). En general efectiva Los métodos de inspección identificarán correctamente el estado de daño real en la mayor parte de las veces (o de 60 a 80% de confianza). Justamente efectiva Los métodos de inspección identificarán correctamente el estado de daño real en la mitad de las veces (o de 60 a 80% de confianza). Poco efectiva Los métodos de inspección proporcionaran poca información para identificar correctamente el estado de daño real (o 20 a 40% de confianza). Inefectiva Los métodos de inspección no proporcionaran ninguna o casi ninguna información que identifique correctamente el estado de daño real y se considera inefectivos para detectar el mecanismo de daño específico (menos de 20% de confianza). 19 Categorías de efectividad de Inspección. • Las categorías de efectividad de inspección presentadas están destinadas a ser ejemplos y proporcionar una guía para la asignación de la efectividad de la inspección real. • La efectividad real de cualquier técnica de inspección depende de muchos factores, como la habilidad y la formación de inspectores, y el nivel de conocimiento utilizado en la selección de lugares de inspección. • Las inspecciones se clasifican de acuerdo a su efectividad esperada en la detección de daños y predecir correctamente el tipo de daño. • La efectividad real de una técnica de inspección dada depende de las características del mecanismo de daño. • La eficacia de cada inspección realizada en el período de tiempo designado se caracteriza por cada mecanismo de daño. • El número de inspecciones más altos de efectividad se utiliza para determinar el factor de daño. 20 Categorías de efectividad de Inspección. • La efectividad de cada inspección realizada en el período de tiempo designado se determina para cada mecanismo de daño. • El número más alto de efectividad de Inspección se utiliza para determinar el factor de daño. • Si se han realizado múltiples inspecciones de una efectividad más baja durante un período de tiempo designado, se pueden aproximar a una mayor efectividad equivalente de inspección de acuerdo con las siguientes relaciones: a) 2 Inspecciones por lo general efectivas (B) = Una Inspección Sumamente efectiva (A) ó 2B = 1A b) 2 Inspecciones justamente efectivas (C)= Una Inspección por lo general efectiva (B) ó 2C = 1B c) 2 Inspecciones poco efectivas (D) = 1 Una Inspección justamente efectivas (C) ó 2D = 1C No aplica para inspecciones inefectivas 21 Factor del sistema de administración. • La efectividad del sistema de administración de la seguridad del proceso de una empresa puede tener un efecto pronunciado sobre la integridad mecánica. • El procedimiento API RBI incluye una herramienta de evaluación para determinar las partes del sistema de administración de las instalaciones que afectan directamente y en mayor medida a la probabilidad de falla de un componente. • Esta evaluación consiste en una serie de cuestionamientos dirigido a las gerencias de planta, operaciones, inspección, mantenimiento, ingeniería, capacitación y personal de seguridad. • La importancia de la evaluación de un sistema de administracion eficaz durante mucho tiempo ha sido utilizada en la prevención de la liberación de materiales peligrosos y el mantenimiento de la integridad mecánica de los equipos de proceso. Process Safety Management (PSM) Se hizo obligatorio en EUA en 1992 [OSHA 29 CFR 1910.119]. 22 Factor del sistema de administración. Técnica de Auditoría La evaluación de los sistemas de administración cubre una amplia gama de temas y, en consecuencia, requiere la colaboración de diversas disciplinas dentro de la instalación para responder a todas las preguntas. Idealmente, los representantes de las siguientes funciones de la planta deben ser entrevistados: Gerencia de la planta, Operación, Mantenimiento, Seguridad, Inspección, Capacitación, Ingeniería El número de entrevistas por separado necesarios para completar la evaluación de los sistemas de gestión variará de una aplicación a otra. La intención de la evaluación de los sistemas de administración es llegar a la mejor respuesta única para cada pregunta. Además de comparar las respuestas de diferentes entrevistas, muchas de las respuestas debe ser verificada mediante revisión física de los procedimientos escritos apropiados, archivos y registros. El auditor debe asegurarse de que los hechos corroboran la respuesta, y que la intención de la pregunta se consenso antes de la aprobación del crédito otorgado a la respuesta. 23 Factor del sistema de administración. Técnica de Auditoría Cálculo del Factor del sistema de administración La escala recomendada para la conversión de una puntuación obtenida en una evaluación del SA a un factor, se basa en la suposición de en promedio la planta tendrá un a puntuación del 50% (500 de un máximo de puntuación de 1000) de la evaluación, y que un resultado del 100%, equivaldría a un orden de magnitud de la reducción en el riesgo total de la unidad. Primero se convierte a un porcentaje de entre 0 y 100% con la siguiente ecuación: = ∙ [Unidades de %] = (−.∙+) . 24 Factor del sistema de administración. . Tabla Titulo Preguntas Puntuación 2.A.1 Liderazgo y administración 6 70 2.A.2 Información sobre la seguridad del proceso 10 80 2.A.3 Análisis de peligro de proceso 9 100 2.A.4 Administración de cambio 6 80 2.A.5 Procedimientos de operación 7 80 2.A.6 Prácticas seguras de trabajo 7 85 2.A.7 Entrenamiento 8 100 2.A.8 Integridad mecánica. 20 120 2.A.9 Revisión de la seguridad en pre arranque 5 60 2.A.10 Respuesta a emergencias 6 65 2.A.11 Investigación de incidentes. 9 75 2.A.12 Contratistas 5 45 2.A.13 Evaluación del sistema de administración. 4 40 Los supuestos anteriores se pueden modificar y mejorar con el tiempo a medida que se disponga de más datos sobre los resultados de la evaluación del SA. 25 Factor de daño por adelgazamiento. Alcance El cálculo del factor de daño de los componentes sujetos a mecanismos de daño que provocan el adelgazamiento general o local se cubre en esta sección. Criterios de Selección En una evaluación RBI API, todos los componentes deben ser revisados para el adelgazamiento. Datos necesarios • Los datos básicos necesarios para el análisis de los componentes se presentan en la Tabla 5.1. • Tipos de componentes y datos sobre la geometría se muestran en las Tablas 5.2 y 5.3, respectivamente. • Los datos necesarios para la determinación del factor de daño adelgazamiento se proporcionan en la Tabla 5.4. . 26 Factor de daño por adelgazamiento. Supuestos básicos a) En el cálculo del factor de daño, se supone que el mecanismo de adelgazamiento ha dado lugar a una velocidad promedio de adelgazamiento durante el período de tiempo definido en los datos básicos que es bastante constante. b) La probabilidad de falla se estima mediante el análisis de que es probable que la velocidad de adelgazamiento es mayor que lo que se espera. La probabilidad de estas velocidades más altas se determina por la cantidad de inspección y monitoreo que se ha realizado. c) La inspección más completa, el mayor número de inspecciones, además del monitoreo contante, hace menos probable es que la velocidad de adelgazamiento sea mayor de lo previsto. d) En el cálculo del factor de daño, se supone que el daño por adelgazamiento eventualmente resultara en una falla por colapso plástico. . 27 Factor de daño por adelgazamiento. Determinación del factor de daño. Un diagrama de flujo de los pasos necesarios para determinar el factor de daño por adelgazamiento se muestra en la Figura 5.1. La velocidad de corrosión debe calcularse a partir de datos de espesor disponibles de inspección(es) del equipo. Si las velocidades de corrosión no se han calculado a partir de los datos de inspección (medición de espesor), se pueden estimar con resultados conservadores, utilizando el anexo 2.B o de la opinión de expertos en materiales o ingenieros de corrosión. Los resultados de las inspecciones que se han realizado en el componente deben utilizarse para designar el tipo de adelgazamiento (es decir, general o localizado). Si esta información no es conocida, entonces la información en el anexo 2.B se puede utilizar para determinar el tipo de adelgazamiento esperado para diversos mecanismos de adelgazamiento. Si ambos mecanismos de adelgazamiento general y localizado son posibles, entonces se designara el tipo de adelgazamiento como localizado. El tipo de adelgazamiento designado se utiliza para determinar la efectividad de la inspección realizada. . 28 Factor de daño por adelgazamiento. Efectividad de la inspección Las inspecciones se clasifican en función de su efectividad esperada en la detección de adelgazamiento y predecir correctamente la velocidad de adelgazamiento. La efectividad real de una técnica de inspección determinada depende de las características del mecanismo de adelgazamiento, (es decir, si es general o localizada). Los ejemplos de las actividades de inspección para componentes en busca de adelgazamiento general y localizado, respectivamente son intrusivos (requiere entrada en el equipo) y no intrusivos (se pueden realizar desde el exterior) además de aquellos que están enterrados se proporcionan en las Tablas 5.5 a 5.7, respectivamente. Tenga en cuenta que la categoría efectividad asignada a la actividad de inspección difiere dependiendo de si el adelgazamiento es general o localizada. Para adelgazamiento localizado, la selección de los lugares para el examen debe basarse en un conocimiento profundo del mecanismo de daño en el proceso específico. . 29 Factor de daño por adelgazamiento. Efectividad de la inspección La efectividad de cada inspección realizada dentro del periodo de tiempo designado debe caracterizarse de acuerdo con las tablas 5.5 y 5.10, según sea el caso. El número y la categoría de la inspección más efectiva se utilizaran para determinar el factor de daño. Sí se han de realizado múltiples inspecciones de una efectividad menor durante el periodo de tiempo designado, estas se pueden un una inspección de efectividad equivalente, de conformidad con el apartado 4.4.3. Tenga en cuenta que para los fondos de los tanques, el crédito se otorga por una sola inspección. . 30 Factor de daño por adelgazamiento. Calculo del factor de daño El siguiente procedimiento se usa para calcular el factor daño por adelgazamiento. Este procedimiento asume que los revestimientos internos (claddining) se corroe antes de que ocurra cualquier corrosión en el metal base. Además de que cuando también exista adelgazamiento debido a una corrosión externa este procedimiento debe considerarse conservador. a) Paso 1 - Determinar el número de inspecciones, y la categoría de la efectividad de inspección correspondiente utilizando el apartado 5.5.2 para todas las inspecciones pasadas. Combine las inspecciones a la maxima efectividad realizadas utilizando el apartado 4.4.3 . 31 Factor de daño por adelgazamiento. Calculo del factor de daño b) PASO 2 - Determinar el tiempo en servicio, age, desde la última lectura de espesor inspección, trd. c) PASO 3 - Determinar la velocidad de corrosión Cr,bm para el metal base, basado en el material de construcción y entorno de proceso, véase el Anexo 2.B. Cuando el componente tiene revestimiento, una velocidad de corrosión Cr,cm debe ser obtenida para el revestimiento. d) PASO 4 - Determinar el espesor de pared mínimo requerido, tmin, por el código de construcción o usando API 579, Apéndice A. Si el componente es un fondo del tanque, será de acuerdo con API 653, etc. . 32 Factor de daño por adelgazamiento. Calculo del factor de daño e) PASO 5 - Para componentes con revestimientos internos, calcular el tiempo o age a partir de la última inspección determinar el tiempo que se requiere para corroer el material de revestimiento, agerc, utilizando la ecuación. 33 Factor de daño por adelgazamiento. Calculo del factor de daño f) PASO 6 - Determinar el parámetro Art utilizando las ecuaciones siguientes como aplique, basados en age y trd del paso 2, Cr del paso 3, tmin de paso 4 y tiempo requerido para corroer el revestimiento, agerc, en su caso de paso 5. 1) Para componentes sin revestimiento o revestimiento corroído (agerc = 0.0) desde la ultima inspección. 2) Para componentes que tienen y/o aun conservan el revestimiento. (agerc > 0.0) 34 Factor de daño por adelgazamiento. Calculo del factor de daño g) PASO 7 - Determinar el factor de daño de base para el adelgazamiento, usando la Tabla 5.11 y la Tabla 5.12, según el caso, en función del número inspecciones ala efectividad de las mismas y el parámetro Art. h) PASO 8 - Determinar el factor de daño por adelgazamiento es el factor de ajuste de daños por mantenimiento para tanque según API 653. es el factor de ajuste de daño para las piernas muertas. es el factor de ajuste de daños para los puntos de inyección. es el factor de ajuste de daños para el seguimiento o monitoreo en línea. es el factor de ajuste de los daños para asentamiento/cimentación. es el factor de ajuste de los daños por soldadura durante la construcción.