INSPEÇÃO BASEADA EM RISCO APLICADA AO PLANEJAMENTO DE PARADAS DE MANUTENÇÃO

INSPEÇÃO BASEADA EM RISCO APLICADA AO

PLANEJAMENTO DE PARADAS DE MANUTENÇÃO

PETROBRAS, Refinaria Duque de Caxias – REDUC.

Av Washington Luiz, 114. Campos Elíseos. Duque de Caxias. RJ CEP : 25225-010 jodamasceno@petrobras.com.br

Resumo: Este trabalho apresenta uma aplicação direta dos princípios e metodologia de confiabilidade na Unidade de

Recuperação de Enxofre da Refinaria Duque de Caxias, baseado no API 581 – “Risk Based Inspection” (RBI). Objetiva-se demonstrar o impacto do gerenciamento de inspeção segundo RBI sobre o planejamento de intervenções em operação e paradas de manutenção. Os dados obtidos são ainda utilizados para estabelecer cenários de confiabilidade da planta industrial, segundo a avaliação dos riscos envolvidos no negócio. Neste sentido, os planos de inspeção sugeridos pela metodologia de gerenciamento de risco são comparados aos da legislação brasileira, através das orientações da norma regulamentadora de segurança para caldeiras e vasos de pressão – NR13.

Palavras-chave: Inspeção baseada em risco; manutenção; confiabilidade. 1. INTRODUÇÃO

As atividades de Inspeção durante a vida útil de uma planta industrial demonstraram, ao longo dos anos, que as intervenções de manutenção são distribuídas sob a orientação de diversas premissas, como atendimento a requisitos legais, disponibilidade dos equipamentos e minimização dos riscos de falhas em operação. No caso brasileiro o atendimento legal vigente refere-se à Norma Regulamentadora do Ministério do Trabalho – NR13 – “Regulamentação de Segurança para Caldeiras e Vasos de Pressão”. Portanto, o planejamento focado em inspeção baseada em risco deve respeitar primordialmente os prazos máximos de campanhas definidos pela norma.

A tendência estatística de concentração do risco alto em uma fração dos equipamentos de uma planta industrial é fato observado na prática. Com base nesta premissa, para se reduzir o risco global, é necessário aplicar planos de inspeção diferenciados para cada equipamento. Verifica-se também que a efetividade destes planos pode aumentar com um levantamento mais preciso dos riscos individuais dos equipamentos, criando inclusive padronizações para esta atividade. Com isto procura-se intensificar os gastos com manutenção onde o risco é alto, e diminuí-los onde o risco é baixo.

Neste trabalho foi elaborada a matriz de risco de uma unidade de recuperação de enxofre da REDUC, com base no API 581. Este representa um projeto de elaboração de “Prática Recomendada” para aplicação da inspeção baseada em risco (IBR). Os equipamentos foram analisados individualmente quanto aos aspectos ambiental, financeiro e de segurança que envolvem possíveis ocorrências de falhas em serviço. O risco foi definido em função da probabilidade e conseqüência de falhas, com o objetivo de mapear as áreas críticas da unidade, assim como as de baixo risco. Os resultados servirão para organizar e padronizar as definições de serviços de manutenção da unidade.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

O risco associado a uma planta industrial é definido pela combinação da Probabilidade ou Freqüência da Falha com a conseqüência associada. As conseqüências mais comuns são: fatalidades, envolvendo danos às pessoas; danos materiais aos equipamentos; financeiros, decorrentes sobretudo da perda de produção; danos ao meio ambiente, envolvendo custo da limpeza, sanções legais pertinentes, indenizações, entre outros.

A inspeção baseada em risco é uma ferramenta que pode ser usada para priorizar os equipamentos de forma qualitativa ou quantitativa. O planejamento dos serviços é uma atividade multidisciplinar, e as informações que levam à definição da matriz são fornecidas por todos os setores envolvidos: inspeção, manutenção e operação. As decisões devem determinar: onde inspecionar, o que inspecionar, como inspecionar e quando inspecionar [1]_.

O planejamento da inspeção é bem sucedido se: a metodologia é bem definida e estabelecida de acordo com as condições operacionais; os envolvidos são familiarizados com o método de IBR; é

02 a 06 de Junho de 2003 / June 2 to 6 2003 Rio de Janeiro - RJ - Brasil

conhecido o histórico da unidade e os riscos potenciais de falha. Há uma variedade de métodos aplicáveis de IBR. A aplicação apropriada depende das condições tecnológicas e habilidade para usar a ferramenta, entendimento e implantação dos métodos [2]_.

Este trabalho avalia os resultados da matriz modelada pelo RBI frente as recomendações de inspeção da Lista de Serviços de Parada na Unidade de Recuperação de Enxofre – URE- da Refinaria Duque de Caxias - REDUC.

3- CONDIÇÕES OPERACIONAIS:

Figura 1- Vista panorâmica da Unidade de Recuperação de Enxofre da REDUC.

A Unidade de Recuperação de Enxofre – URE – tem por objetivo extrair o Enxofre contido na corrente de gás ácido produzida em outras unidades da refinaria, melhorando a qualidade desse efluente gasoso aos mínimos teores de enxofre nos gases devolvidos ao ambiente. A unidade utiliza o processo “Clauss” para redução do enxofre, produzindo enxofre escamado ou líquido. A URE é composta por 42 equipamentos, excetuando-se o sistema geral de tubulação e válvulas de segurança. Os dados de equipamentos são relacionados na Tabela 1.

Tabela 1- Dados de equipamentos da Unidade de Recuperação de Enxofre. Unidade de Recuperação de Enxofre

Fornos 3 Válvulas de

Segurança 13 Vasos de Pressão 10 Reatores 3

Permutadores de Calor

7 Tanques de

Armazenamento 4 Gerador de Vapor 1 Sistemas de

Tubulação 90

O aspecto mais relevante da URE a ser considerado como unidade piloto para aplicação da metodologia da Inspeção Baseada em Risco, está em seu papel estratégico de unidade ambiental. A unidade será responsável, nos próximos anos, por 33% do Balanço de Enxofre na refinaria, com um total de 22100 toneladas/ano de enxofre produzido, em substituição à emissões atmosféricas. Neste sentido, problemas que causem indisponibilidade da URE podem atingir valores médios de 80 toneladas/mês em emissões atmosféricas, sendo indiscutível necessidade de aumentar a confiabilidade em operação através de intervenções de manutenções estruturadas e priorização dos planos de inspeção.

Para realizar o trabalho, foi utilizadas as orientações do API 581, sendo possível avaliar o risco em 2 Níveis: Nível 1, qualitativo, Nível 3 quantitativo, sendo escolhido para apresentação o Nível 3 por considerar os aspectos mais aprofundados quanto à avaliação da conseqüência de falha. Os equipamentos foram avaliados no Nível 1, qualitativo, permitindo uma primeira observação da distribuição do risco na Unidade de Recuperação de Enxofre. A partir dos resultados obtidos, foram selecionados todos os equipamentos que não apresentavam risco “Baixo” no Nível 1 para serem avaliados no Nível 3, quantitativo. Todos os equipamentos foram avaliados quanto ao tipo e toxidade do fluido circulante, o estado físico do produto circulante, a pressão e temperatura de operação, a quantidade disponível de produto em caso de vazamento, a capacidade de pronta manutenção da unidade. Nas tubulações foram considerados como segmentos representativos os trechos entre equipamentos.

A metodologia permite avaliação dos equipamentos quanto à susceptibilidade e, em caso positivo, ao estágio de avanço da corrosão, considerando os mecanismos de corrosão alveolar interna e

externa, corrosão sob tensão, fluência, fadiga e empolamento[3]_.

Uma vantagem da metodologia RBI é permitir o estabelecimento de cenários a fim de avaliar a

confiabilidade da planta em circunstâncias determinadas, gerenciando desta forma um plano de inspeção adequado ao risco apresentado. Neste estudo são apresentados 2 cenários de inspeção, diferentes entre si em relação ao prazo. O “cenário 1” consiste na avaliação qualitativa, em “Nível 1”, realizada em abril/2002 sobre o intervalo de inspeção recomendado, sendo a última inspeção efetiva realizada em agosto/1998. O “cenário 2” estabelece avaliação quantitativa, em “Nível 3” para os equipamentos que apresentaram no “cenário 1” risco médio e médio alto, consideradas duas condições:

• Inspeção realizada em março/2002;

• Nenhuma inspeção programada nos próximos 6 anos, ou 10 anos de operação da unidade março/2008;

4.1- CENÁRIO 1:

Os resultados para o “cenário 1” em “Nível 1” são apresentados na Figura 2.

Os campos coloridos na matriz determinam os domínios de gradação do risco da unidade; as cores verde, amarelo, laranja e vermelho, representam os níveis baixo, médio, médio-alto e alto de risco, respectivamente. Estes resultados são apontados em função da conseqüência de falha e da probabilidade de falha. As categorias de “A” a “E”, expressam a conseqüência de falha, sendo “E” a de conseqüência mais grave. A probabilidade de falha é expressa pelo “likelihood factor”, de gradação “1” a “5”, onde a mais alta probabilidade de falha é expressa pelo nível “5”. Os algarismos no interior dos quadrados representam a quantidade de equipamentos situados naquele nível de risco.

Figura 2- Matriz de Risco Nível 1 para avaliação preliminar da Unidade de Recuperação de Enxofre.

Note-se que dos 88 equipamentos avaliados, 46,59% apresentam risco baixo, o que significa que sua probabilidade de falha, associada à conseqüência é pouco significativa para o risco total da unidade. Um total de 47 equipamentos apresenta risco médio a médio alto, em 25,00% e 28%, respectivamente, conforme Figura 3.

Figura 3- Distribuição de Risco Nível 1 na Unidade de Recuperação de Enxofre.

Em relação ao número total de equipamentos, observa-se que há um equilíbrio entre o percentual de equipamentos apresentando risco médio e médio alto, isto deve-se à severidade do processo e seus produtos, submetendo diversos tipos de equipamentos a semelhantes condições de exposição à corrosão e semelhante conseqüência em caso de falha. Na Unidade de Recuperação de Enxofre este fator é a presença de gás ácido com alta concentração de ácido sulfídrico (H2S) em todos os equipamentos estáticos,

uniformizando assim o risco nestes equipamentos, pela susceptibilidade à corrosão sob tensão e outros 5 92 3 48 26 26 47 2528 % PROBABILIDADE %CONSEQÜÊNCIA % EQUIPAM ENTOS

CENÁRIO 1 (NÍVEL 1)

danos por hidrogênio, que somado ao potencial letal do H2S mantém o risco da unidade em níveis

não-baixos. Considerando a probabilidade de falha na unidade, 92% dos equipamentos apresentam risco médio. Esta uniformidade deve-se mais à idade da instalação, estando na fase ainda jovem, com 4 anos de operação, que à efetividade de inspeção. Quanto à categoria, vale ressaltar que 23 equipamentos representam categoria “D” e “E”, na figura 2, que são elevadas, perfazendo aproximadamente 26% dos equipamentos. É interessante notar que neste nível nenhum equipamento foi considerado de alto risco

para a unidade.

4.2- CENÁRIO 2:

Para avaliação quantitativa do RBI em “Nível 3”, foram avaliados os equipamentos que apresentaram risco “Médio” ou “médio Alto”, num total de 40,9% dos equipamentos avaliados em “Nível 1”.

Os resultados obtidos podem ser visualizados na Figura 4.

Figura 4- Matriz de Risco Nível 3 para avaliação quantitativa de equipamentos da Unidade de

Recuperação de Enxofre.

Observa-se que na matriz “Nível 1” os equipamentos de risco Médio e Médio Alto encontram-se distribuídos nos níveis 3 e 4 quanto à probabilidade de falha e, na matriz “Nível 3” concentram-se no nível 1 de probabilidade de falha. Considerando as condições deste cenário, entende-se que havendo uma inspeção em 2002 e, tendo por horizonte próxima inspeção em 10 anos de operação, ou seja, em 2008, a probabilidade de falha nestes próximos 6 anos de campanha foi minimizada pelas ações de inspeção em 2002 e, desta forma os equipamentos estão melhor monitorados que na avaliação “Nível 1”, quando havia apenas uma inspeção inicial realizada. Quanto às categorias, entende-se que os equipamentos continuam concentrando-se nos níveis mais elevados “D e E” pela natureza corrosiva e letal do produto gás ácido, tornando a operação delicada e com riscos altos. Observa-se que os reatores, um dos permutadores e um vaso de pressão que na avaliação “Nìvel 1” alocavam-se como risco médio alto, assumem no “Nível 3” risco médio. Em contrapartida há um acréscimo geral no risco médio alto, passando de 25 equipamentos no “Nível 1” para 30 equipamentos no “Nível 3”.

Entende-se que este fato é devido a maior detalhamento do processo corrosivo, bem como da avaliação da conseqüência de falha para cada equipamento em particular, o que não é rigorosamente observado no “Nível 1”. A distribuição dos equipamentos e risco associado no “Nível 3” pode ser observada na Figura 5.

Figura 5- Distribuição de Risco Nível 3 nos equipamentos da Unidade de Recuperação de Enxofre. 4.3- RBI x LISTAS DE PARADA GERAL DE MANUTENÇÃO

A NR13 tem por princípio a avaliação do potencial risco dos equipamentos em função da energia armazenada em seu interior. Esta energia é calculada pelo produto “pressão x volume”. A Inspeção Baseada em Risco orienta a inspeção avaliando sua probabilidade de falha, diretamente relacionada ao tempo de operação e estimada a “taxa de acúmulo de danos” ao longo de sua atividade. O principal aspecto da metodologia do RBI é a orientação da efetividade de inspeção para o risco associado ao equipamento.

Desta forma é possível aprimorar o plano de inspeção da unidade em busca de maior confiabilidade, para assim controlar e/ou minimizar os riscos envolvidos. As orientações da NR13 entretanto não consideram a eficácia de planos de inspeção mais criteriosos, tendo sempre as mesmas orientações de intervalo de intervenção a despeito de qualquer esforço para incremento na qualidade de avaliação da integridade do equipamento.

Na Tabela 2 ão relacionados os equipamentos mencionados em Lista de Parada de Manutenção, em função de três abordagens diferenciadas. A abordagem “A”refere-se a Lista Padrão de Serviços de Inspeção, respeitando as orientações normativas de abertura do equipamento, limpeza e demais serviços de inspeção na Parada Geral de Manutenção da unidade. A abordagem “B” refere-se ao atendimento aos prazos máximos de inspeção interna orientados pela NR13, em função da categoria dos equipamentos. A abordagem “C” diz respeito aos resultados apresentados pela metodologia do RBI.

Tabela 2. Número de equipamentos para inspeção interna frente às orientações padrão de Parada de

Manutenção(“A”), da NR13(“B”) e do RBI(“C”).

Vaso de

Pressão Permutador de

Calor Reator Forno Caldeira Tubulação Tanque

Abordagem A 10 7 3 3 1 52 4 Abordagem B 9 6 3 3 1 52 4 Abordagem C 9 7 3 1 1 24 1 43% 3% 10% 50% 33% 17% 17% 27% T UBUL A Ç ÃO GERA DOR V A POR FORNO REA T OR PERM UT A DOR V ASO DE PRESSÃ O

CENÁRIO 2 (NÍVEL 3)

Podemos exemplificar os aspectos de avaliação de inspeção do RBI e das orientações da NR13 através dos dados da Tabela 1. A diferença de 1 vaso de pressão na abordagem 1 para abordagem 2 e 3 não refere-se ao mesmo equipamento, ou seja há um vaso de pressão cujo prazo máximo NR13 para inspeção interna não estaria vencido e foi priorizado pelo RBI para inspeção na parada.

Analisando a inspeção de tubulações, observa-se uma significativa redução 53,84% na necessidade de inspeção interna na parada de manutenção programada, orientando o aumento do prazo de inspeção em 2 anos. No entanto, dos 42,86% de tubulações a inspecionar, o RBI orienta o estreitamento no prazo de inspeção interna de 1 a 3 anos em 38,46% das tubulações, dado a contribuição para o risco total da unidade.

5- CONCLUSÕES

• O Nível 3 de avaliação de Inspeção Baseada em Risco permite maior aprofundamento na análise, detalhando os aspectos de mecanismo de corrosão e todos os fatores que contribuem para o agravamento da conseqüência de falha dos equipamentos, observadas as condições do item 4.2 . • A Inspeção Baseada em Risco mostrou que, seguindo a metodologia do API 581, é possível

estabelecer planos de inspeção mínimos a fim de orientar o nível de risco adequado para uma campanha segura.

• Uma vez iniciada a avaliação é aconselhável manter uma constante atualização dos dados, permitindo assim novas avaliações e dimensionamento dos riscos envolvidos na tomada de decisões em campanha e no dimensionamento do escopo das paradas de manutenção.

• A metodologia do API 581 é abrangente, permitindo orientar a inspeção quanto aos prazos de forma mais aprofundada que os prazos máximos da NR13, observadas as condições do item 4.3 .

6- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] BJORNOY, O. H., MARLEY, M. J., NILSEN e C. J., WILLIAMSON, R., “RBI Planning for Pipelines, Principles and Benefits”, 20th _{International Conference on Offshore Mechanics and Arctic}

Engineering, Brazil, 2001.

[2] BALFANZ, H. P. e RUMPF, J., “RAMS – An Integrated Risk-Based Decision Making Tool”, Technischer Überwachungs-Verein Nord e.V., Germany.