INSPEÇÃO BASEADA EM RISCO SEGUNDO API 581 APLICAÇÃO DO API-RBI SOFTWARE

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1 INSPEÇÃO BASEADA EM RISCO SEGUNDO API 581 APLICAÇÃO DO API-RBI SOFTWARE Carlos Bruno Eckstein PETROBRAS/CENPES/PDEAB/Engenharia Básica de Equipamentos Edneu Jatkoski PETROBRAS/REPLAN/MI/Inspeção de Equipamentos José Ademar Nucci Etter PETROBRAS/REPLAN/MI/Inspeção de Equipamentos Trabalho apresentado na 6ª COTEQ Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos IEV Conferência Internacional sobre Avaliação de Integridade e Extensão de Vida dos Equipamentos Industriais Salvador, agosto, 2002 As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do(s) autor(es).

2 SINÓPSE O objetivo deste trabalho é avaliar os resultados da aplicação do documento API 581, Risk Based Inspection, através do uso do API-RBI Software, e discutir a evolução do risco em função do tempo, e também após aplicação de um plano de inspeção pré-determinado. A metodologia foi aplicada em equipamentos da REPLAN, levando-se em consideração três datas futuras, que foram 10/2005, 10/2009 e 10/2013. Foram consideradas campanhas operacionais contínuas, sem paradas intermediárias até estas datas. As matrizes de risco dos equipamentos foram determinadas, sem inspeção e após inspeção com efetividade D, sendo os resultados analisados. Os resultados permitiram a determinação dos riscos na Unidade, além de identificar os equipamentos prioritários para concentração dos esforços de inspeção. Foi discutido o critério para definição do tempo máximo em que um equipamento pode ficar sem inspeção. Constatou-se que o valor do Sub-Fator do Módulo Técnico era o melhor parâmetro para representar a evolução do risco de cada equipamento e que o seu valor, após aplicação do atual plano de inspeção de cada equipamento pode ser usado como referência para o início da aplicação da gerência de risco dos equipamentos pela técnica da Inspeção Baseada em Risco. Palavra chave: RBI; Inspeção Baseada em Risco; Confiabilidade; Análise de risco. Temário: RBI - Inspeção Baseada em Risco.

3 1. INTRODUÇÃO A Inspeção Baseada em Risco (RBI) tem como princípio a quantificação das conseqüências de uma falha estrutural que cause um vazamento, bem como o cálculo da probabilidade deste evento ocorrer. Com estes parâmetros calculados é possível plotar em uma matriz do tipo Conseqüência versus Probabilidade cada equipamento, e assim determinar o risco que eles representam. De posse dos riscos individuais dos equipamentos, é possível determinar planos de inspeção adequados às características de acumulo de dano que cada um apresenta, permitindo assim administrar o risco em cada planta industrial. O Documento API 581 Risk Based Inspection [1] é, até o momento, a única metodologia publicada em seus detalhes, formando um conjunto de procedimentos de cálculo que permitem a determinação tanto das conseqüências quanto da probabilidade de uma falha estrutural, em função das características de projeto, operação e de inspeção dos equipamentos. É sempre importante ressaltar que as conseqüências são função, principalmente, das condições operacionais e das medidas de prevenção e mitigação de acidentes, não sendo influenciadas pelos planos de inspeção, que são agentes redutores da probabilidade de falha estrutural. Como os procedimentos de cálculo, tanto das conseqüências quanto da probabilidade de falha, são trabalhosos e extensos, é importante que haja uma ferramenta informatizada para realizar de forma ágil a avaliação dos equipamentos. Para tal, American Petroleum Institute (API) desenvolveu um software, o API-RBI, para dar suporte a aplicação de sua metodologia. O uso do software possibilita o acompanhamento da variação das conseqüências sob dois aspectos muito importantes: (1) o da área afetada pelo vazamento; e (2) os custos financeiros do vazamento. Estas duas abordagens são importantes, pois, como a probabilidade de falha é função dos mecanismos de dano e da efetividade dos planos de inspeção atuantes, ela não envolve outro tipo de medição. Mas no caso das conseqüências, elas podem ser mensuradas pela área a ser atingida, que funcionaria como uma forma de apresentação normalizada, ou pelo valor (financeiro) dos custos com os danos causados. Este trabalho tem por objetivo mostrar a aplicação da metodologia do API 581 com o uso de seu software em equipamentos de uma unidade de processo da REPLAN. 2. METODOLOGIA Embora este trabalho não tenha por objetivo discutir a metodologia da RBI, será apresentada de forma resumida a fórmula de cálculo para determinação do Risco dos equipamentos, que é dada por: Risco = Conseqüência PoF (1) Onde PoF, é a probabilidade de falha.

4 As conseqüências são determinadas a partir do cálculo do volume vazamento do fluido contido no equipamento, avaliando-se os danos: materiais (equipamentos); às pessoas (morte ou lesão por explosão, incêndio, ou intoxicação); financeiros (perda de produção); e ao meio ambiente (poluição). A probabilidade de falha é avaliada levando-se em consideração os mecanismos de dano atuantes e suas taxas, conjugados à capacidade dos planos de inspeção de detectá-los e medir corretamente a sua extensão. Para a definição da Probabilidade de Falha PoF, o documento API 581 não considera a probabilidade de falha instantânea mas sim uma freqüência de falha anual, corrigida por dois fatores, um referente ao equipamento, F E, e outro referente a como o gerenciamento do risco é tratado na unidade industrial, F M. Assim, pode-se utilizar uma freqüência de falha genérica, f genérica, que facilita a realização do trabalho pois pode ser obtida diretamente do API 581. No entanto, nada impede que uma freqüência de falha mais característica da sua empresa, unidade ou do equipamento específico seja utilizada. Sendo assim, a Freqüência Ajustada, f ajustada, é calculada por: PoF é substituída na Equação (1) pela f ajustada : f = f F F ajustada genérica E M (2) O Fator de Modificação do Equipamento, F E, leva em consideração vários subfatores, que são: 1. Módulo Técnico, avalia as taxas de acúmulo de dano e a efetividade da inspeção; 2. Universal, avalia os riscos inerentes das condições do meio ambiente; 3. Mecânico, que avalia os riscos inerentes às características de projeto; 4. Processo, avalia as condições operacionais. A matriz é definida a partir de faixas do Sub-fator do Módulo Técnico (probabilidade) e da área atingida pelo vazamento (conseqüências), cujos valores adotados para cada nível estão na Tabela 1. Tabela 1 Definição das Categorias de Conseqüências e Probabilidades de falha para a Matriz de Risco, por área afetada e por custo financeiro. Categoria de Conseqüência Área Afetada ft 2 Categoria de Probabilidade Sub-fator Módulo do Técnico A < < 2 B C D E > > O API 581 padronizou a Categoria de Probabilidade de Falha pelo valor do Módulo do Sub-fator Técnico. Esta escolha é razoável, pois este sub-fator é o único que varia com o tempo, pois é função da taxa de acúmulo de dano no equipamento, e

5 pode ser administrado através de planos de inspeção projetados para as características dos mecanismos de dano atuantes no equipamento. Os demais subfatores de modificação do equipamento são constantes, não havendo possibilidade de alterá-los, pois são inerentes das condições de projeto do equipamento. A seguir, na Figura 1, está a matriz de risco proposta pelo API 581. P R O B A B I L I D A D E A B C D E CONSEQÜÊNCIAS Risco Alto Risco Médio-Alto Risco Médio-Alto Risco Baixo Figura 1 Matriz de Risco do API 581. Deve-se notar que as conseqüências são muito influenciadas pelo volume vazado, que guarda uma proporcionalidade direta com relação ao volume contido no equipamento. Sendo assim, imaginando unidades de processamento do mesmo tipo mas com capacidade de produção diferente, aquela que processar volumes maiores terá seus equipamentos localizados na matriz de risco tendendo a um deslocamento para a direita, isto é, com maiores conseqüências. No caso da probabilidade de falha, este deslocamento sistêmico não ocorrerá, isto é, considerando-se dois equipamentos com condições operacionais e planos de inspeção iguais, seus posicionamentos quanto à probabilidade de falha serão os mesmos. Para a aplicação da metodologia, com o uso do API-RBI Software, foi definido que seria realizada uma avaliação dos equipamentos para as próximas três paradas de manutenção da unidade, cujas possíveis paradas para manutenção geral são 2005, 2009 e Também foi considerada a não realização de inspeções até a data das paradas, o que possibilita o acompanhamento do aumento do risco dos equipamentos. Para verificar o efeito dos planos de inspeção, foi escolhida a Efetividade de Inspeção D, que é a de menor efetividade nos resultados, para ser aplicada em cada ano de avaliação. O objetivo é avaliar a diferença entre as Matrizes de Risco antes e após a aplicação do plano de Inspeção. Vale destacar que a escolha da Efetividade D se deu por esta ser a mais simples possível de ser aplicada segundo a metodologia do documento API 581. Os cálculos foram efetuados para um conjunto de equipamentos da unidade, sendo mostrado na Tabela 2 a distribuição por tipo de equipamento. É importante ressaltar que a metodologia implementada no software divide os permutadores em lado casco

6 e lado tubos, e as torres em topo e fundo, o que significa que cada equipamento destes é desmembrado em dois. Tabela 2 Número e tipo de equipamentos avaliados. Equipamento Permutador Permutador Torre Torre Vaso Total Tipo Casco Feixe Fundo Topo Quantidade RESULTADOS 3.1. Risco em 2001 A seguir, na Figura 2, estão as matrizes de risco na condição atual dos equipamentos, cuja data de referência é 10/2001. Pode-se notar que, do total de 106 equipamentos avaliados, 26,4% são Risco Baixo, 31,1% são Risco Médio, 40,6% são Risco Médio-Alto e apenas 1,9% são Risco Alto. É importante ressaltar que a caracterização do equipamento como risco alto deve ser analisada com cuidado, já que a forma como foi definida a matriz apresenta alguma subjetividade, pois não há uma definição física de como separar os níveis de risco, sendo esta uma tarefa que depende muito das premissas que levaram ao estabelecimento das faixas de risco adotadas. Figura 2 Matriz de Risco dos equipamentos em 10/2001. Na Figura 2a, pode-se observar que há uma concentração de equipamentos, mais da metade dos analisados, nas coordenadas D2, risco médio, e E2, risco alto. Outro resultado que se pode verificar nesta mesma Figura 2a, é a concentração de equipamentos com baixa probabilidade de falha, onde cerca de 88% deles está na Categoria 2. Por último, nota-se que apenas 4 equipamentos estão com Categorias 3 e 4 de probabilidade de falha, mostrando que este grupo analisado apresenta um risco conjunto de falha estrutural baixo Risco em 2005 Na Figura 3 são mostradas a s matrizes de risco dos equipamentos no caso deles operarem até 10/2005 sem inspeção, Figura 3a, e após inspeção, Figura 3b. A

7 evolução do risco mostra que apenas um equipamento na coordenada D2, risco médio, passou para a coordenada D3, risco médio-alto. A Figura 3b, mostra como fica o risco após a aplicação do plano de inspeção determinado para estes equipamentos. Observa-se que foi possível reduzir o risco de todos os equipamentos para o nível da Categoria 2 de probabilidade de falha. (a) (b) Figura 3 - Matriz de Risco em 10/2005: (a) sem inspeção; e (b) após inspeção. A obtenção dos planos de inspeção que são aplicados se realiza a partir de um módulo no software que permite que sejam definidas as efetividades das inspeções a serem aplicadas, e a partir desta informação, em conjunto com um valor alvo do Subfator do Módulo Técnico que é fornecido pelo avaliador, o software calcula quantas inspeções são necessárias para atingir aquele valor. Vale destacar que nem sempre é possível atingir tal valor, mas neste caso em estudo foi obtido sucesso. Como última observação da Figura 3b, nota-se que o risco residual deste conjunto de equipamentos não mostra elevação na Categoria de Probabilidade de falha, isto é, todos ficam na menor Categoria de Risco encontrada em 10/ Risco em 2009 Na Figura 4 são mostradas a s matrizes de risco dos equipamentos no caso deles operarem até 10/2009 sem inspeção, Figura 4a, e após inspeção, Figura 4b. Pode-se observar que 13 equipamentos a mais da Categoria 2 de probabilidade aumentaram seu risco para a Categoria 3, e que 2 equipamentos da Categoria 2 passaram para a Categoria 4. É evidente que houve um acréscimo considerável do risco do conjunto de equipamentos em 10/2009, mas a ação dos planos de inspeção, vide Figura 4b, ainda é eficaz para retornar o risco de quase todos os equipamentos para a Categoria 2 de probabilidade de falha, exceto dois que não permite redução abaixo da Categoria 3 (coordenada D3 ), mas que se mantêm com Risco Médio- Alto. No que concerne à evolução do risco residual do conjunto de equipamentos, acompanhada pelo número de equipamentos nas Categorias de Probabilidade de Falha, pode-se observar uma pequena alteração, já que dois equipamentos não

8 permitem redução para a Categoria 2 após a aplicação do plano de inspeção com Efetividade D. (a) (b) Figura 4 - Matriz de Risco em 10/2009: (a) sem inspeção; e (b) após inspeção Risco em 2013 Na Figura 5 são mostradas as matrizes de risco dos equipamentos no caso deles operarem até 10/2013 sem inspeção, Figura 5a, e após inspeção, Figura 5b. (a) (b) Figura 5 - Matriz de Risco em 10/2013: (a) sem inspeção; e (b) após inspeção. A Figura 5a mostra que 7 (sete) equipamentos aumentaram de Categoria de Risco, quando comparado com a Figura 4a (risco em 10/2009). Desse total, 5 (cinco) passaram da Categoria 2 para 3, e 2 (dois) da Categoria 3 para 4. Nota-se que em termos do grau de risco, dois equipamentos passaram do Risco Médio-Alto para o Risco Alto, outros dois passaram do Risco Médio para o Risco Médio-Alto, enquanto os três restantes permaneceram com o mesmo grau de risco. No entanto, após aplicação do plano de inspeção com efetividade de inspeção D, ainda foi possível reduzir o grau de risco de todos eles ao máximo de Risco Médio-Alto. Vale destacar que, em comparação com o estado de Risco em 10/2009 após inspeção, a Categoria 3 de Probabilidade de Falha passou de 2 (dois) para 15 equipamentos, indicando que o risco residual está aumentando significativamente nesta data.

9 4. DISCUSSÃO Os resultados nos 106 equipamentos em que foi aplicada a metodologia de RBI segundo API 581, mostram que a Matriz de Risco mostra com clareza a evolução do risco dos equipamentos com o tempo. É possível ser observado o efeito dos planos de inspeção no risco dos equipamentos, o que permite um gerenciamento constante de como e quando estes equipamentos devem ser inspecionados. Os resultados na Matriz de Risco antes e após a aplicação do plano de inspeção, que no caso em estudo teve como escolha a menor efetividade de inspeção, a D, mostram que, conforme o tempo em operação aumenta, esta efetividade não é suficiente para assegurar a redução do risco. É importante relembrar que os planos de inspeção só atuam na redução das Categorias de Probabilidade de Falha, isto é, não têm menor influência na redução das conseqüências de uma falha. Caso seja necessária uma maior redução do risco, deve-se optar por planos de inspeção com melhores atividades. Outro resultado importante é o fato de se poder gerenciar a melhor oportunidade para se aplicar um plano de inspeção em determinado equipamento levando-se em consideração a evolução do seu risco dentro da Matriz. Como exemplo, pode-se escolher como critério para a definição do melhor momento para inspecionar um determinado equipamento ele ter atingido um determinado grau de risco, por exemplo Risco Alto. Caso este critério fosse implementado, considerando-se as Matrizes sem inspeção realizada, os dois equipamentos na Matriz de Risco de 10/2001, Figura 2, já deveriam ser inspecionados naquela data, enquanto que em 10/2009, Figura 4a, oito equipamentos não poderiam deixar de ser inspecionados, e em 10/2013, Figura 5a, este número aumentaria para dez. No entanto, este critério não parece ser o mais adequado para ser adotado. Numa primeira observação, nota-se que os equipamentos nas Categorias de Conseqüências 1, 2 e 3 não atingem o grau de Risco Alto, mesmo que nunca venham a serem inspecionados. Desta forma, pelo critério proposto, não é necessário inspecioná-los. Com base nesta constatação, deve-se procurar um outro critério para a definição do risco que se pode assumir até que o equipamento necessite ser inspecionado. Numa primeira aproximação, é necessário definir um parâmetro que represente a evolução do risco com o tempo, o que naturalmente conduz a escolha da Categoria de Risco de Probabilidade de Falha. Para tornar mais sensível ainda a escolha do parâmetro, basta lembrar que esta Categoria é definida por faixas do Sub-fator do Módulo Técnico, que é um número obtido do somatório dos pontos auferidos após a contabilização do risco referente aos mecanismos de deterioração atuantes. O uso do valor deste parâmetro nas condições atuais do equipamento, levando-se em consideração o plano de inspeção atualmente aplicado e suas condições operacionais e de projeto, para definir o limite inicial para o risco a ser assumido para cada equipamento parece ser uma opção razoável para se iniciar a administração do risco com base no RBI.

10 5. CONCLUSÕES 5.1 A evolução do risco dos equipamentos através da aplicação da técnica de RBI através do software API-RBI, é de fácil observação nas matrizes de risco obtidas. 5.2 O efeito do plano de inspeção aplicado é identificado através das matrizes de risco obtidas. 5.3 O nível de efetividade D das inspeções aplicadas ao conjunto de equipamentos em avaliação, mostrou-se insuficiente para impedir a evolução do risco residual após 12 anos de campanha (10/2013). 5.4 O grau de Risco (baixo, médio, médio-alto e alto) não deve ser utilizado como critério para definição do momento em que um equipamento deve ser inspecionado. 5.5 O valor do sub-fator do módulo técnico de cada equipamento após a aplicação de seu plano de inspeção em vigor, deve ser usado como referência inicial para a administração de seu risco. REFERÊNCIAS [1] API PUBLICATION 581, Risk Based Inspection Base Resource Document, American Petroleum Institute, May, 2000.