Hazard models applied to industrial equipment using reliability distributions and RCM Implementation

Abstract

Statistical methods are nowadays being increasingly useful in industrial engineering. From plant design reliability to equipment analysis, there is much to cover with statistical models in order to improve efficiency of the systems. A real challenge is put forward to maintenance managers due to high requirements demand in this competitive world where changes come fast and a good support in decision is then essential, which leads us to the Reliability Centered Management (RCM) philosophy, that guides institutions in a reliability sense of option. The present work refers to a PhD made within a business context, namely, industrial context, aiming to be practical and fulfil the needs of Sines’ refinery concerning RCM requirements. A non-controlled environment was at stake, once real data was collected and no possibility to follow and focus on a certain subject was possible, against traditionally theoretical models with produced data usually used for this kind of studies. For this purpose, a collection of real failure data for rotating equipment served as support to statistical analysis using survival statistical models, which are most of times used in medicine or biology, but are being increasingly used in engineering. Survival models with random components as well as mixtures of two distributions were used and a collection of reliability data was constructed for rotating equipment. In this kind of industry, impact of failure rates is financially measured, especially insurance related, as a higher reliability of systems usually implies lower insurance rates. Our goal was to contribute to a reliability databook compilation so they could be able to benchmark with standards of the same industry type, as OREDA (2009), which results have been effective. The main innovative aspect was concerned to the root cause analysis for Turbo-Expander (TE) turbine to have shutdowns due to vibration. Beyond its large economic impact, this equipment is quite rare within its configuration and that is the reason why it is very special. Despite there already exist some studies about TE vibration causes, chemical and mechanical related, we’ve tried to understand TE failure problem using parametric survival models, using physical and mechanical variables involved in the process. Even though no absolute conclusion was found, results match and reinforce previous studies on the subject and highlight that composition of the feedstock is highly related with TE vibration; RESUMO: Modelos de risco aplicados a equipamento industrial utilizando distribuições de fiabilidade e implementação de RCM Os métodos estatísticos são cada vez mais úteis na engenharia industrial. Desde o desenho de base até à fiabilidade de equipamentos, há muito a cobrir com os modelos estatísticos de forma a aumentar a eficiência dos sistemas. Um verdadeiro desafio é então colocado à gestão de manutenção devido aos elevados requisitos necessários e normas a cumprir, neste mundo competitivo onde as mundanças aconteçem rápido e um bom suporte à decisão é absolutamente necessário. Isto leva-nos à filosofia do RCM (Reliability Centered Management), a qual guia as empresas no sentido da gestão pela fiabilidade. O presente trabalho refere-se a um doutoramento realizado em contexto empresarial/industrial com um sentido prático e de resposta a questões colocadas pela refinaria de Sines no que respeita à gestão pela fiabilidade. Em jogo estava um ambiente não controlado e dados reais ao contrário do que é habitual num projecto desta natureza, com dados simulados. Uma primeira parte deste estudo foi realizada com base em dados de equipamento rotativo da refinaria de Sines e serviu de base ao nosso estudo estatístico que se centrou nos modelos de sobrevivência, muitas vezes utilizados em medicina ou biologia, e que são cada vez mais utilizados em engenharia. Modelos de sobrevivência com componentes aleatórias ou modelos com mistura de duas distribuições, são alguns exemplos dos modelos utilizados. Contribuir para a construção de uma compilação de dados de fiabilidade era o nosso objectivo, de forma a que a refinaria pudesse ter a possibilidade de realizar benchmarking com indústrias do mesmo tipo, como é o caso do OREDA (2009). O principal aspecto inovador deste trabalho está relacionado um equipamento raro na sua configuração, o Turbo-Expander, cujas vibrações elevadas levam a paragens intempestivas. O elevado impacto económico deste problema é motivo para que vários artigos sobre o tema já tenham sido escritos, quer relacionados com váriáveis físicas como químicas ou processuais. Apesar de não existir um absoluto resultado concreto, o nosso trabalho permitiu reforçar os estudos já existentes sobre o problema e realçar a importância da composição da matéria-prima, com forte probabilidade de produzir componentes capazes de levar a elevadas vibrações.