inspeção baseada em risco aplicada a casco de FPSO

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INSPEÇÃO BASEADA EM RISCO APLICADA A CASCO DE FPSO

Márcio Luís Macedo de SouzaPETROBRAS – E&P

E-mail: [email protected]

Bruno Vasconcelos de FariasPETROBRAS – E&P

E-mail: [email protected]

RESUMO

A manutenção da Classe de uma Unidade impõe ao armador o cumprimento de umcriterioso sistema de inspeção, o qual se encontra definido nas regras das Sociedades

Classificadoras.Ocorre que, no caso da inspeção do casco de FPSO, estas regras são baseadas na realidadede navios petroleiros, os quais têm como rotina a docagem a cada cinco anos.

Já um FPSO da PETROBRAS chega a ser projetado para permanecer na mesma locaçãopor até 25 anos, o que dificulta consideravelmente o cumprimento do plano de inspeção docasco.

Buscando solucionar este problema, a PETROBRAS decidiu implementar a InspeçãoBaseada em Risco (IBR) para o casco de FPSO em sua frota.

A IBR é o método de racionalização da inspeção que objetiva definir os locais ondeinspecionar e o intervalo de inspeção baseado em ferramentas de engenharia e análise derisco.

A Inspeção Baseada em Risco busca mapear a curva de degradação da estrutura, seja deforma determinística ou probabilística. Uma vez definida a curva de degradação nasdiferentes regiões da estrutura, técnicas de análise de risco são aplicadas para que se possadeterminar os intervalos de inspeção de cada elemento da estrutura.

Como resultado final, tem-se um programa de inspeção otimizado e aplicado à realidade

estrutural da unidade.

Desta forma, este trabalho descreve o processo de implementação da Inspeção Baseada emRisco aplicada aos cascos de FPSO, apresentando as diferentes características dos diversosníveis de IBR, além de uma comparação entre o IBR e os métodos convencionais deinspeção. A experiência na aplicação da metodologia em uma das unidades FPSO daPETROBRAS também é apresentada.

1. ABSTRACT

An unit Class maintenance imposes to the operator the execution of a discerning inspectionsystem, which is defined in the Class Societies rules.



However, in the FPSO hull inspection case, these rules are based on the reality of oiltankers, which have as routine the dry docking every five years.

In general, PETROBRAS FPSOs were designed to stay in the same location up to 25

years, what considerably hinders the hull inspection plan execution.

Demanding for solve this problem, PETROBRAS decided to implement hull Risk BasedInspection (RBI) for the FPSO fleet.

RBI is the rational inspection method that aims to define the locals to inspect and theinspection interval based on engineering tools and risk analysis.

Risk Based Inspection attempts to map the structure degradation curve, in deterministic orprobabilistic way. Once defined the degradation curve for the different areas of thestructure, risk analysis techniques are applied to determine each structure element

inspection interval.

As final result, we have an optimized inspection program applied to the unit structuralreality.

Therefore, the paper describes the Risk Based Inspection implementation process appliedto FPSO hulls, presenting the different characteristics of RBI levels, besides a comparisonbetween RBI and conventional inspection methods. The experience in the application of the methodology in one PETROBRAS FPSO is also presented.

2. HISTÓRICO

A partir do desenvolvimento do Campo de Marlim na Bacia de Campos na década de 90,houve um grande aumento na instalação de unidades flutuantes de produção pelaPETROBRAS. Como pode ser visto na figura 1, ocorreu uma forte prevalência deunidades do tipo FPSO.

Devido às dificuldades de se adequar os programas de inspeção, típicos de naviospetroleiros, às unidades do tipo FPSO, começaram a ocorrer grandes períodos deindisponibilidade de tanques de carga. Além disso, com a ampliação da frota, começou a seperceber uma dificuldade no cumprimento dos programas de inspeção de casco dos

FPSO’s.

Com esse cenário em mente, foi decidida a criação de um projeto de avaliação eimplementação de processo de Inspeção Baseada em Risco aplicada a casco de unidade dotipo FPSO, tendo sido a unidade PETROBRAS 35 escolhida como piloto.



0

2

4

6

8

10

12

14

1990 1995 2000 2005 2010

Unidades Flutuantes de Produção Operadas pela Petrobras

SEMI

FPSO

Figura 1 – Unidades Flutuantes de Produção Operadas pela Petrobrás

3. INTRODUÇÃO

A Inspeção Baseada em Risco, IBR, também conhecida como RBI do inglês "Risk BasedInspection" é a ferramenta para acompanhamento operacional sistêmico de instalaçõesindustriais com emprego de tecnologia em conjunto com a análise de risco econfiabilidade.

Seu conceito é aplicável a diversos ramos da indústria. As empresas de petróleo iniciaramsua implementação pelas refinarias. O desenvolvimento para aplicação em casco de navioé recente e a PETROBRAS é uma das primeiras empresas a implementar a IBR paraacompanhamento de casco de FPSO.

A IBR substitui a inspeção prescritiva de cascos de FPSO. A inspeção prescritiva temfundamento nas regras gerais de navios petroleiros das Sociedades Classificadoras e deixaas particularidades à satisfação do vistoriador atendente. A regra define que a estrutura docasco deve ser vistoriada a cada cinco anos.

Para que a transição tenha validade, as inspeções tenham suporte para serem creditadas epermaneça garantida a manutenção da conformidade legal da Unidade, é fundamental queo estudo seja acompanhado em todas as suas etapas assim como a implementação aprovadapela Sociedade Classificadora.

O FPSO P-35, em operação no Campo de Marlim é a Unidade pioneira na implementaçãoda IBR em estrutura de casco pela PETROBRAS. As pesquisas foram iniciadas em 2003 epermanecem na fase de transição para substituição à inspeção prescritiva. Alguns de seusresultados são apresentados e os benefícios já podem ser vislumbrados.

A IBR é a utilização de ferramentas de cálculo de engenharia, tais como análise estruturalpor elementos finitos, análise de corrosão e fadiga, análise de risco e confiabilidadeestrutural de forma integrada a fim de elaborar os planos de inspeção de maneira racional epossibilitar a manutenção do mesmo.



A IBR proporciona auxílio ao gerenciamento de riscos técnicos e a garantia de integridadeda Unidade com melhor aplicação dos recursos de inspeção através do direcionamento dofoco para os itens mais críticos.

A partir dos resultados da IBR é possível reavaliar a freqüência de inspeção. As análises

possibilitam julgar a condição dos elementos da estrutura e os intervalos podem serampliados, mantidos ou até mesmo reduzidos. Na maioria dos casos a conclusão é que aregra da inspeção prescritiva é conservadora e permite a ampliação dos intervalos deinspeção.

Considerado o envelhecimento da frota, além da vida pregressa à conversão, dasparticularidades de cada Unidade, do somatório de informações cada dia maior, se faznecessário uma ferramenta para gerenciamento racional da experiência e da subjetividadedos profissionais envolvidos com critérios para considerar estas condições de contorno.

4. OBJETIVOS

As principais metas da IBR de casco de FPSO podem ser divididas em três grandes grupos:

• Ganho em SMS através da identificação e focalização nos elementos críticos paragarantia da segurança do casco;

• Racionalização dos métodos de inspeção e auxílio ao gerenciamento damanutenção e reparo estrutural do casco;

• Possibilidade de aumento da disponibilidade de tanques devido à otimização dosintervalos entre as aberturas.

5. NÍVEIS DA IBR

Os principais objetivos do processo de Inspeção Baseada em Risco aplicado a estrutura deuma unidade flutuante é a otimização de recursos para inspeção e a ampliação doconhecimento da real situação da estrutura e de seus modos de degradação.

Ocorre que o processo de IBR pode ser desenvolvido em níveis de aprofundamentodiferentes, apresentando custos e resultados igualmente diferentes. Cabe ao armador definirqual nível de IBR melhor se ajusta as suas necessidades.

nível 1 nível 2 Nível 3 Nível 4

P l a n o

d e I n s p e ç ã o

Analise de EngenhariaRegras Prescritivas

Figura 2 – Planos de Inspeção x Níveis



5.1 IBR Nível 1

Estudo determinístico do ‘onde’ inspecionar: Mantém os intervalos da regra prescritiva(Ex. FPSO CAPIXABA da SBM e SS Thunder Horse da BP).

A IBR nível 1 é a mais adequada para implementação em Unidade Semi-Submersíveis.

5.2 IBR Nível 2

Estudo determinístico do ‘quando’ e ‘onde’ inspecionar: Permite o ajuste dos intervalosprescritivos (Ex. PETROBRAS 35).

Em desuso, visto consumir quase os mesmos recursos e apresentar resultados inferiores aosobtidos com o nível 3

5.3 IBR Nível 3

Estudo probabilístico do ‘quando’ e ‘onde’ inspecionar: Novos intervalos são calculadosde acordo com a realidade estrutural do casco (Ex. PETROBRAS 31, YOHO da EXXON-MOBIL, Bellanack da CONOCO-PHILLIPS, PETROBRAS 37, PETROBRAS 33 ePETROBRAS 32).

A IBR nível 3 é a evolução da nível 2 e a mais adequada para implementação nos FPSO’sem condições normais de operação.

5.4 IBR Nível 4

Estudo probabilístico com aplicação de Análise Dinâmica do Carregamento e AnáliseEspectral de Fadiga do ‘quando’ e ‘onde’ inspecionar: Voltado para extensão da vida útilda Unidade (Ex. ZAFIRO PRODUCER da EXXON-MOBIL).

A IBR nível 4 é uma opção para o caso de necessidade de extensão da vida útil de umaUnidade sem retirada da locação.

6. INSPEÇÃO CONVENCIONAL X INSPEÇÃO BASEADA EM RISCO

Muito embora a implementação da IBR tenha um trabalho inicial maior, os seus resultados

a médio e principalmente a longo prazo, são muito superiores.

6.1 Inspeção Convencional

• Segue os procedimentos indicados nas Regras;• Inspeciona várias partes ou componentes, independente da probabilidade de haver

falha ou da conseqüência que uma falha pode ocasionar.• Inspeções em intervalos regulares - Anuais/ 5 anos• Podem ocorrer casos de excesso de inspeção e casos de falta de inspeção.

Resultado:

Alto custo de inspeção a longo termoInspeção algumas vezes sem foco definido.



6.2 Inspeção Baseada em Risco

• Melhora o plano de inspeção - é dada prioridade às partes que apresentam maior

risco.• Maior enfoque nos componentes estruturais considerados de alto risco.• Menor enfoque nos componentes estruturais considerados de menor risco.• Prioriza o que, onde e quando inspecionar.

Resultado:Custo menor de inspeção a longo prazo.Uso mais eficiente dos recursos de inspeção.Inspeção mais direcionada.

7. RISCO7.1 Definição do Risco

Atualmente o Risco intrínseco da estrutura (fig. 6) vem sendo tratado como um somatóriodos riscos de agressão Meio Ambiente (fig. 3), a Integridade Física do Trabalhador (fig. 4)e de Perdas Financeiras (fig. 5). Cabe ao armador definir o peso de cada vetor desse nasoma geral.

Rsk Ranking - Hull - Environment

0

50

100

150

200

250

Figura 3 – Risk Ranking – Hull – Environment



Risk Ranking - Hull - Safety

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Figura 4 – Risk Ranking – Hull – Safety

Risk Ranking - Hull - Financial Losses

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Figura 5 – Risk Ranking – Hull – Financial Losses

Risk Ranking - Hull

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Sa fe ty Ec onomic

Environment Series4

RiskRanking Results

Compartment Safety Economic Environment Tot al

SLOP-S 125 428 229 0 782

SLOP-P 90 336 172 0 598

CT-9-S 91 329 173 0 593

CT-4-P 81 302 157 0 540

CT-3-P 81 295 148 0 524

CT-8-S 66 290 152 0 508

CT-7-S 72 272 130 0 474

CT-2-S 72 273 127 0 472

CT-3-S 72 271 127 0 470

CT-4-S 72 269 127 0 468

CT-5-S 72 269 127 0 468

CT-6-S 72 269 127 0 468

CT-2-P 63 267 124 0 454

CT-7-P 66 263 125 0 454

CT-5-P 63 263 124 0 450

CT-6-P 63 258 121 0 442

CT-1-P 62 249 125 0 436

CT-8-P 57 257 122 0 436

CT-9-P 60 255 117 0 432

CT-1-S 62 243 125 0 430

CT-1-C 134 160 24 0 318

CT-5-C 128 172 14 0 314

CT-2-C 104 164 16 0 284CT-4-C 104 164 16 0 284

BT-11-S 0 278 0 0 278

BT-11-P 0 256 0 0 256

PROOM 133 97 0 0 230

BT-3-C 0 186 0 0 186

BH-69-C 81 65 0 0 146

BH-96-C 78 64 0 0 142

DB-2 63 64 0 0 127

BT-10 0 126 0 0 126

DB-3 60 62 0 0 122

DB-4 60 62 0 0 122

DB-1 57 60 0 0 117

FWD 26 75 0 0 101

EROOM 0 0 0 0 0AFT 0 0 0 0 0

Figura 6 – Risk Ranking – Hull



7.2 Calculo do Risco

O primeiro passo da IBR é a identificação das possíveis falhas e a quantificação dos riscosassociados, isto é, a probabilidade de ocorrência das falhas e as conseqüências que estasfalhas podem causar em termos financeiros, ambientais e pessoais. (fig. 7)

Quantificação dos Riscos

Função de Falhas

P e r d a s

( $ )

Figura 7 – Quantificação dos Riscos

Em seguida, dentro das análises conduzidas no estudo da Inspeção Baseada em Risco, aspossíveis falhas são organizadas de acordo com a quantificação do respectivo riscocontribuinte ao risco total.(fig.8)

Ranking dos Contribuintes ao Risco Total

Função de Falhas

P e r d a s

( $ )

Figura 8 – Ranking dos Contribuintes ao Risco Total

O próximo passo é relacionar a cada possível falha o recurso empregado na suamanutenção (inspeção e reparo) e quantificar o custo de cada uma destas medidas decontrole. Algumas vezes observa-se que são gastos grandes recursos em itens poucocríticos e em outros casos pouco é feito para controlar grandes riscos.(fig.9)



Medidas de Controle de Risco

D e s p e s a s

( $ )

P e r d a s ( $ )

Figura 9 – Medidas de Controle de Risco

Com estes dados é possível equilibrar a aplicação dos recursos para mitigar os riscos deforma racional e focada. De maneira coerente e proporcional é aceitável direcionar maisrecursos para os itens mais críticos sem aumentar o custo total.(fig.10)

Aplicação Balanceada de Controles de Risco

D e s p e s a s ( $ )

P e r d a s ( $ )

Figura 10 – Aplicação balanceada de controles de risco

O resultado é a redução do risco de forma sistematizada. Grandes riscos são reduzidossubstancialmente ao receberem um tratamento diferenciado, enquanto riscos desprezíveispodem ser monitorados sem necessidade de grandes despesas. (fig.11)



Redução de Risco

D e s p e s a s

( $ )

P e r d a s ( $ )

Figura 11 – Redução de risco

8. DEFINIÇÃO DOS MODELOS DE DEGRADAÇÃO DA ESTRUTURA8.1 Mecanismos de Falha

• Corrosão: afeta todo o casco e pode ser encontrada em diversas formas ao longo daestrutura, sendo bastante dependente do meio onde o elemento estrutural seencontra.

• Fadiga: maior preocupação com as conexões das longitudinais com os gigantestransversais e anteparas.

8.2 Confiabilidade Estrutural

• Define os limites permissíveis usando métodos probabilísticos ao invés de métodosdeterminísticos

• Executa-se cálculos de confiabilidade estrutural para determinar a resistência daviga navio em termos de probabilidade de falha.

• A nível de componentes locais da estrutura, executa-se cálculos probabilísticos paradeterminar a resistência estrutural baseado nas características geométricas doelemento.

9. METODOLOGIA DA IBR

A definição dos dois pontos básicos Onde e Quando inspecionar é feita com base emanálises qualitativas e quantitativas.

A análise qualitativa é conduzida a partir dos resultados obtidos através de grupos detrabalho com participação de técnicos com experiência na operação, engenheirosenvolvidos na conversão da Unidade, engenheiros com experiência nos tópicos discutidose o vistoriador da Classe, com todo o suporte necessário em relação aos detalhes dasinspeções.

Juntamente com os resultados das análises dos modelos de degradação da estrutura é

possível prever quando um componente ou sistema atinge determinado estado limite, por



exemplo, espessura de chapa. Com a escolha dos limites e modelos de degradaçãoapropriados, o intervalo de inspeção para cada componente pode ser determinado.

9.1 Onde inspecionar

É feita a identificação dos detalhes construtivos críticos da estrutura da unidade (fig. 12).

Figura 12 - Estrutura

Uma vez mapeado os detalhes construtivos críticos, deverão ser identificas as áreas de altorisco suscetíveis às falhas devido à corrosão e fadiga onde são feitos os monitoramentos demedição de espessura e ensaios não-destrutivos. Tal identificação é feita de formaqualitativa através de grupos multidisciplinares, utilizando-se a matriz de probabilidade

versus conseqüência (fig. 13).

Alta

Media

Pequena

Remota

Pequena Significante Critica Catastrófica

P r o b a b i l i d a d e

Conseqüência

Figura 13 – Matriz Probabilidade x Conseqüência

9.2 Quando inspecionar

Uma vez identificados os detalhes estruturais críticos, bem como concluída a analisequalitativa de risco, as informações são cruzadas com os resultados das análises de

degradação da estrutura para a definição do intervalo de inspeção (fig. 14).



tempo de operação

9 anos7,5 anos6 anos

alto

médio

baixo

riscoassociado ao

tanque

8%5%3%

Probabilidade de falha devido a degradação daestrutura

tempo de operação

9 anos7,5 anos6 anos

alto

médio

baixo

riscoassociado ao

tanque

8%5%3%

Probabilidade de falha devido a degradação daestrutura

Figura 14 – Probabilidade de falha x risco associado x tempo de operação

O estabelecimento dos intervalos de inspeção é feito através do estudo dos mecanismos dedegradação e estimativa de quando um componente ou sistema atinge determinado estadolimite com aplicação das taxas de corrosão, espessura mínima e análise dos ciclos defadiga, vida útil e da experiência e julgamento de especialistas.

O ideal é inspecionar o componente quando a deterioração atinge a probabilidade alvo.(fig.15)

Probabilidade Alvo

Tempo

P r o b a b i l i d a d e

Inspeção Inspeção Inspeção

Figura 15 – Probabilidade x Tempo

A fase de transição da inspeção prescritiva para a IBR é uma exigência da SociedadeClassificadora. Os novos intervalos só podem ser aceitos e aplicados depois da realizaçãode diversos estudos e reavaliações além do refinamento que será alcançado após algumasséries de coleta de dados.

10. RESULTADOS DA IMPLEMENTAÇÃO DA IBR NA PETROBRAS 35

No caso da P-35 a duração da fase de transição deverá ser um ciclo de inspeção de cincoanos (2003-2008). Este período pode parecer longo e sem muitos resultados concretos,

porém, é fundamental para o sucesso de sua implementação.



A equipe da P-35, mesmo sem poder aplicar ainda os novos intervalos, prevê seusbenefícios para o futuro. E existem outras vantagens já empregadas: o Plano de Inspeçãodetalhado, o melhor conhecimento da situação da estrutura do casco da Unidade e agarantia de atender plenamente todos os requisitos da Sociedade Classificadora além deitens que deveriam ser inspecionados anualmente terem sido re-programados para um

período maior.

O acesso às regiões pode ser através de andaimes ou com escaladores industriais. Adisponibilidade de escaladores nas equipes de medição de espessura viabiliza um meioeficiente de acessar as partes altas da estrutura dos FPSO’s. As vantagens decorrentes sãode menor tempo necessário e menor período de indisponibilidade dos tanques.(Tab.1)

Tabela 1 – Compartimentos e Intervalos

Compartimento Intervalo Compartimento Intervalo Compartimento Intervalo

SLOP-P 5,0 FWD 15,0 SLOP-S 5,0

CT-1-P 5,9 CT1-C 9,5 CT1-S 5,6

CT2-P 6,6 CT2-C 8,4 CT2-S 6,5

CT3-P 7,0 BT3-C 8,0 CT3-S 6,3

CT4-P 7,0 CT4-C 7,6 CT4-S 8,3

CT5-P 8,7 CT5-C 8,5 CT5-S 8,3

CT6-P 8,2 DB-1 9,3 CT6-S 8,1

CT7-P 8,4 DB-2 8,6 CT7-S 8,6

CT8-P 6,9 DB-3 9,4 CT8-S 8,3

CT9-P 5,0 DB-4 9,4 CT9-S 5,1

BT11-P 7,8 BT10-C 7,6 BT11-S 7,7

11. CONCLUSÕES

A proposta da IBR traz uma nova tecnologia para garantia da Integridade Estrutural dasUnidades que proporciona ganho de SMS em relação à inspeção prescritiva através domelhor conhecimento estrutural do casco da Unidade sob ponto de vista da engenharia.

A IBR ajusta a aplicação dos recursos de inspeção através do emprego dos conceitos deanálise de risco para direcionar o foco para os itens mais críticos.

A partir dos resultados da IBR é possível reexaminar racionalmente a freqüência deinspeção com avaliação da função de falha de cada item da estrutura. As análisespossibilitam julgar a condição dos elementos da estrutura e os intervalos de inspeçãopodem ser ampliados, mantidos ou até mesmo reduzidos. Na maioria dos casos a conclusãoé que a regra da inspeção prescritiva é conservadora e assim as análises da IBRpossibilitam a ampliação dos intervalos de inspeção dos elementos estruturais do interiordo tanque e conseqüentemente maior tempo entre uma abertura e outra o que resulta noaumento da disponibilidade operacional dos tanques de carga.

Com o inevitável envelhecimento da frota, além da vida pregressa à conversão, das

particularidades de cada unidade, do somatório de informações cada dia maior, a IBR se



apresenta como uma ferramenta necessária para balizamento racional da experiência e doconhecimento dos profissionais envolvidos com critérios para considerar estas condições.

A principal vantagem da IBR é sua capacidade de gerenciar racionalmente os recursos deinspeção e manutenção do casco da Unidade, o que proporciona ganho em conhecimento

sob o ponto de vista moderno da engenharia relativo a estrutura da embarcação através daaplicação de recursos tecnológicos. A IBR é uma ferramenta fundamental para amanutenção da Integridade Estrutural do FPSO alinhado aos compromissos da empresa deSMS. O conhecimento é ampliado ao final da fase implementação da IBR e os resultados

já existem gradativamente desde o início da fase de transição pela própria filosofia da IBR.

Outra vantagem considerável da IBR é a possibilidade de ampliação do intervalo entreabertura dos tanques. Esta é uma vantagem para a Operação da Unidade, o que proporcionao ganho de tancagem com conseqüente flexibilização para planejamento da operação comeliminação ou melhoria do gargalo para produção. Outro benefício que advêm daampliação dos prazos de inspeção é a redução dos custos diretos aplicados nos recursos de

inspeção.

Deve ser considerado também que a IBR é capaz de oferecer a garantia da manutençãosegura da estrutura do casco do FPSO no seu local de operação durante toda a sua vida útile proporciona a redução do risco da necessidade de uma intervenção crítica que somenteseria possível com a remoção da Unidade para estaleiro.

Por outro lado, sob o ponto de vista comercial da busca de resultados rápidos, a IBR éincapaz de apresentar seus benefícios em um curto prazo. Pelo contrário, para suaimplementação são necessários investimentos de recursos financeiros, humanos etecnológicos para coleta de dados e investigação detalhada. A isto deve ser somadotambém o período de transição, onde os resultados podem ser vislumbrados, mas não aindaaplicados. Só então, em um longo prazo, é possível observar concretamente os resultados eprincipalmente a Gerência de Operação da Unidade realizar os proveitos dos intervalosmais amplos entre as aberturas dos tanques.

12. AGRADECIMENTO

Os estudos da IBR do casco de FPSO da PETROBRAS são desenvolvidos em conjuntocom o ABS-Consulting e BV-Tecnitas através dos recursos do Gerenciamento Integradode Engenharia Naval (GIEN). O ABS e o BV são empresas de renome com a carga da

experiência e credibilidade adquiridas pelas respectivas Sociedades Classificadoras.

13. REFERÊNCIAS

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inspeção baseada em risco aplicada a casco de FPSO

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