DGZfP-JAHRESTAGUNG 2003

ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung

Start > Beiträge > Vorträge > Hauptvortrag: Print

Optimisierung von Inspektion im Zusammenhang mit Risikomanagement.

John R. Lilley, Principal Consultant, AEA Technology plc, Risley, UK
Kontakt: Lilley John

Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlung in Verbindung mit der Wahrscheinlichkeit des Versagens.

Systeme die unter Druck stehen degenerieren während des Betriebs durch Korrosion, Abnutzung und Ermüdung bis zu einem Punkt an dem, wenn keine Reparatur ausgeführt wird, Versagen eintritt. Die Konsequenzen von Versagen können ernste Folgen, zum Beispiel eventuelle Bedrohung für das menschliche Leben, Verletzungen des Personals, Umweltschäden, ersätsungskosten und Unterbrechung der Produktion, haben. Um diese Wahrscheinlichkeit zu vermindern, werden Industrieanlagen entsprechend eines bestimmten Code gestaltet, gebaut und betrieben. Dieser Code bestimmt die Normen und gesetzlichen Vorschriften die dafür sorgen, dass ein Minimum von Sicherheit und Zuverlässigkeit eingehalten wird. Diese gesetzlichen Bestimmungen verlangen Revisionen und Werkstoffprüfung für die Zusicherung der Seriosität der Anlage, die über die gesamte Lebensdauer der Anlage gültig sind. Ein häufiger Irrtum ist jedoch, dass ein Bauteil, das nach einer bestimmten Norm geprüft wurde oder einem gestzlich festgelegtem Standard entspricht und von guter Qualität ist auch tatsächlich dienstfähig, also fit-for-purpose, also für den Zweck, für den es bestimmt ist, geeignet ist. Das ist jedoch nicht immer der Fall, da die Mechanismen, die die Degeneration der Anlage verursachen durch Werkstoffprüfungen während des Betriebs oft nicht erkannt werden. Ein gründliches Verständnis der Risiken des Betriebs von industrieellen Komponenten erlaubt jedoch gezielte, entsprechende Werkstoffprüfung um das Risiko des Versagens effektiv zu steuern. Ein korrekt strukturiertes Risikomanagementprogramm kann nicht nur das Risiko des Versagens mindern, sondern kann auch die Sicherheitsnormen vorteilhaft beeinflussen und die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Anlage verbessern.

Die traditionelle Rolle von Revision und Werkstoffprüfung

Normen für die Gestaltung und den Betrieb von Druckbehältern wurden in der ersten Hälfte des 20sten Jahrhunderts entwickelt und diese führten zu erheblichen Verbesserungen von Sicherheit und Zuverlässigkeit. Die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung (ZFP) die von diesen Normen verlangt wurde, basierte ursprünglich auf Kriterien der Qualitätskontrolle und nicht auf fitness-for-purpose Voraussetzungen. Die frühen Produktionsnormen, die noch heute benutzt werden, wurden von erfahrenen Ingenieuren, mit dem Ziel die Qualität der produzierten Bauteile zu verbessern, entworfen. Die meisten Bauteile zu dieser Zeit wurden durch den Gebrauch von manuellen Schweißtechniken hergestellt. Die Durchstrahlungsprüfung, die von vielen dieser Normen bevorzugt wird kann problemlos schlechte Schweißarbeit wie zum Beispiel Einbrandkerben, unregelmässiges Schweißnahtprofil, Schlacke und Porosität erkennen, ist aber bekannterweise weniger geeignet Risse und Bindefehler dar zu stellen. Also wurden Kriterien für die Abnahme der Bauteile erstellt, die vernünftige Begrenzungen für die Grösse und Verteilung von volumetrischen und geometrischen Fehlern, sowie für die automatische Nichtzulassung von Rissen oder Bindefehlern. Tatsächlich ist es der Fall, dass flächige Fehler nur unter absolut perfekten Bedingungen durch Durchstrahlungsprüfung entdeckt werden können, also ist es wahrscheinlich, dass alle solche Fehler, die entdeckt werden so groß sind, dass sie nicht zugelassen werden können. Die Auswirkung der Durchstrahlungsprüfung auf die Schweißtechnik war, dass mehr Aufmerksamkeit auf Qualitätskontrolle gerichtet wurde, zum Beispiel richtige Anwendung von Anweisungen, Materialkontrolle und gute Vorgehensweisen am Arbeitsplatz. Die Auferlegung von zerstörungsfreier Werkstoffprüfung hat einen starken psychologischen Effekt auf die Schweißer und deren Arbeitgeber, die mit mehr Sorgfalt und Eifer arbeiten wenn sie sich bewusst sind, dass ihre Schweißnähte geprüft werden. . In dieser Hinsicht haben uns die Normen einen guten Dienst erwiesen.

Alle Arten von ZFP sind ähnlichen, wenn auch verschiedenen, Einschränkungen unterworfen und keine Methode ist unfehlbar. In der Qualitätskontrolle kann das akzeptabel sein, weil die Designnormen Sicherheitsfaktoren beinhalten und Fehler bis zu einem bestimmten Grad tolerieren. Eine weniger perfekte ZFP Methode kann daher toleriert werden wenn der Hauptgrund der ZFP Qualitätskontrolle ist.

Hier geht es um die Prüfung von Schweißnähten während der Produktion aber sobald die Bauteile in Betrieb genommen werden, wird die Notwendigkeit der Prüfung von der Notwendigkeit der Inspektion auf die Auswirkungen von betriebsverursachter Degeneration, die sich vom Ziel der Werkstoffprüfung unterscheidet, abgelöst. Wir befassen uns also nicht weiter mit der Qualitätskontrolle während der Produktion sondern mit fitness-for-service oder Diensttaugligkeit.

Ein häufiges Misverständnis ist, dass wenn ein Bauteil geprüft worden ist, ist es fit-for-purpose. Wenn jedoch Fehler, die nicht durch ZFP entdeckt worden sind zu Versagen führen könnten gibt es ein direktes Verhältnis zwischen der Gründlichkeit der benutzten Werkstoffprüfmethode und der Wahrscheinlichkeit des Versagens, dies wird häufig in Wahrscheinlichkeitsdaten ausgedrückt. Die Wahrscheinlichkeit des Versagens sinkt je höher die Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlung steigt. Siehe Zeichnung 1


Zeichnung 1: Es ist von großer Wichtigkeit zu verstehen wie die Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlung (Probability of Detection) mit der Wahrscheinlichkeit des Versagens (Probability of Failure) zusammenhängt.

Faktoren die die Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlung beeinflussen

Werkstoffprüfmethode
In den letzten Jahren sind mehrere ZFP Leistungsstudien, sogenannte round robin exercises und POD Versuche, wie zum Beispiel NIL, DDT, PANI usw. ausgeführt worden (Ref 1). Jede von diesen hatte ein mehr oder weniger ähnliches Ergebnis. Eine Großzahl von Informationen kann aus der NIL-Studie über die Leistung von ZFP Methoden bei Schweißnähten in dünnen Blechen (6-15mm), die in den frühen 90er Jahren stattfand, geschlossen werden. Wie in all diesen Studien kann man entweder für oder gegen die Validität der Fehler die in der Studie untersucht wurden, streiten. Die Testbedingungen entsprachen den Bedingungen in der Realität und so weiter, aber ein oder zwei wichtige Schlussfolgerungen können von dieser Arbeit gezogen werden, einige werden im fogenden Text im entsprechenden Zusammenhang besprochen.

Durchstrahlungsprüfung
Röntgenfilme oder Sensoren reagieren auf Variationen in der Intesivität der übertragenen Strahlung. Ein homogenes Material absorbiert X- oder Gamma-Strahlung gleichmäßig, aber lokalisierte Variationen in der Wanddicke des Materials wie zum Beispiel Gasblasen oder Poren ermöglichen mehr Strahlen durchzudringen, dadurch entsteht eine verstärkte Tönung oder ein dunkleres Bild. Durchstrahlungsprüfung ist sehr effektiv in der Ermittlung von volumetrischen Fehlern die normalerweise mit schlechter Schweißarbeit in Verbindung gebracht werden. Eine Einschränkung des Durchstrahlungsverfahrens die von grosser Wichtigkeit ist, ist die innewohnende Schwäche des Verfahrens flächige Fehler zu entdecken. Normen die heutzutage gebraucht werden fordern üblicherweise eine Empfindlichkeitsstufe von 2%. Das bedeutet, dass eine Veränderung in der Wanddicke in einem Bereich von 2%, wie zum Beispiel sollte eine Schlackenzeile mit 0,4mm Durchmesser in einer die 20mm dicken Schweißnaht auffindbar sein. Ein Bindefehler oder Engspaltriß kann mehrere Millimeter hoch sein aber hat normalerweise eine geringe Breite die im Mikronbereich gemessen wird und nicht in Zehntelmillimeter, dadurch wird die Wahrscheinlichkeit der Entdeckung durch Durchstrahlungsprüfung verringert. In allen, ausser den extremsten Umständen muß ein flächiger Fehler parallel zur Strahlung sein um entdeckt zu werden und selbst dann muß die Breite beträchtlich sein um die innewohnende Unschärfe der Durchstrahlungsprüfung zu überwinden.Flächige Fehler sind generell von Nachteil für die Zuverlässigkeit der Bauteile und Durchstrahlungsprüfung sollte im Allgemeinen nicht weiter in Betracht gezogen werden, ausser wenn breitflächige Fehler erwartet werden, was aber selten vorkommt, es sei denn im Zusammenhang mit fitness-for-service Beurteilungen als allgemeine Qualitätskontrollmaßnahme, zum Beispiel um die Qualität der Schweißarbeit zu gewährleisten. In der Praxis ist es aber möglich, dass flächige Fehler vorkommen die nicht durch Durchstrahlungsprüfung entdeckt werden.

Die NIL Studie demonstrierte eine 65%ige Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlung bei Normenangepassten X- und Gamma-Strahlen Methoden (bei allen Fehlertypen), aber 95%ige Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlung bei Flankendurchstrahlung wo die Strahlen parallel zum Bindefehler verliefen. Der Unterschied zwischen den beiden Ergebnissen liegt an Bindefehlern, einem Fehler der, egal welcher Grösse, nach den meisten Normen die Abnahme verhindert.

  6+8mm 8+10mm 10+12mm 15mm All
X-Radiography 69.0 62.5 66.2 67.0 66.2
Gamma-Radiography 63.0 53.1 53.6 70.5 60.0
Bevel-Radiography 93.5 94.0 96.0 95.0 94.6
Zeichnung 2: Ergebnisse der NIL Studie: Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlungs- Werte (in Prozent) für Durchstrahlungsprüfung zeigen,dass konventionelle X- und Gamma-Strahlen sind nicht für die Ermittlung von flächigen Fehlern geeignet.

Die NIL Studie wurde unter Laborbedingungen von Technikern ausgeführt die sich bewusst waren, dass sie überprüft wurden. Für die Inspektion in der Praxis wird das menschliche Element eine grössere Rolle in der Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlung spielen. Hier kann man mit Verringerungen der Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlung durch schlechtes handwerkliches Können (Rückstreuung, fehlerhafte Entwicklung, fehlerhafte Bleifolien, Fehlausrichtung, falsche Positionierung des Films, Prüfung der verkehrten Schweißnaht, verkehrte Energieeinstellung usw.) und insbesondere durch Fehler bei der Auswertung rechnen.

Impulsecho Ultraschallprüfung
Dies ist die konventionelle Form der Ultraschallprüfung bei der Ultraschallwellen von demselben Prüfkopf, typischerweise mit Brechungswinkel von 0°, 45°, 60° und 70°, gesendet und empfangen werden. In der Theorie hat Impulsecho Ultraschall das Vermögen einen Großteil von flächigen Fehlern zu ermitteln, aber die Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlung wird durch Faktoren wie dem Können und der Sorgfältigkeit der Techniker (besonders bei der Auswertung der Signale), Fehlerorientierung und Rauhigkeit, Zustand der zu prüfenden Oberfläche usw. beeinflusst.

Weiterhin ergab die NIL Studie eine gute Illustration der Variationen von angeblich ähnlichen Methoden, in diesem Fall durch menschliche Faktoren verursacht. Manuelle Ultraschallprüfung ergab eine Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlung von 50% ( in etwa ähnlich den Ergebnissen von anderen Studien) wohingegen automatisierte Ultraschallprüfung 84% ergab. Die automatisierte Ultraschallmethode bestand in diesem Fall aus automatisierten Prüfverfahren die im Grunde dieselbe Ultraschallanweisung wie manuelle Ultraschallprüfung benutzten, allerdings mit Digitaler Auswertung der Signale um farbgrafische B-, C- und D-Bilder zu erreichen. Dieser Vorgang wurde ebenso von erfahrenen Technikern unter Laborbedingungen ausgeführt. Ergebnisse aus der Praxis können wesentlich schlechter ausfallen.

  6+8mm 8+10mm 10+12mm 15mm All
Mechanised UT 82.0 84.0 82.0 86.4 83.6
Manual UT 46.0 46.1 47.9 61.4 50.4
Zeichnung 3: Ergebnisse der NIL Studie: Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlungs -Werte (in Prozent) für Ultraschallprüfung zeigen die Einschränkungen manueller Ultraschallprüfung durch menschliche Faktoren.

Die Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlung-Werte für manuelle Ultraschallprüfung zeigen eine Verbesserung bei Schweißnähten von 15mm Dicke. Das könnte daran liegen, dass die Schweißnahtechos von Fehlern in dickem Material leichter aufgelöst werden.

Time-Of-Flight-Diffraction (TOFD)
TOFD wurde von drei verschiedenen Prüffirmen, die verschiedene Geräte von unterschiedlichen Herstellern benutzten, getestet und zeigte eine grosse Breite von Ergebnissen. Bestimmte Fehlertypen und Lagen sind technisch problematisch, wenn nicht gar unmöglich mit TOFD zu ermitteln, wie zum Beispiel oberflächennahe Fehler die durch die Lateralwelle verborgen werden und Fehler hinter der gegnüberliegenden Oberfläche, wie zum Beispiel Wurzeldurchhang , aber ungeachtet dessen ist ein grosser Unterschied in der Leistung offensichtlich, der der Fähigkeit und Erfahrung der Techniker, der Leistungsstärke der Geräte und der Leistungskraft der Software zuzuschreiben ist. Man kann erkennen, dass die TOFD Leistungsfähigkeit sich bei 15mm dickem Material verbessert und das liegt an dem Einmischungseffekt der Lateralwelle, die besonders bei dünnerem Material ausgeprägt ist. Seit die Studie durchgeführt wurde sind hochleistungsfähige Piezo-Composite Element Transducer verfügbar geworden und durch deren Gebrauch ist die Auflösung der dieseitigen Oberfläche, bei allen Materialdicken, wesentlich verbessert worden.

  6+8mm 8+10mm 10+12mm 15mm All
TOFD (1) 80.0 79.0 75.0 95.5 82.4
TOFD (2) 65.0 76.0 77.6 97.7 79.1
TOFD (3) 45.0 54.0 63.0 72.7 58.7
Zeichnung 4: Ergebnisse der NIL Studie: Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlungs-Werte (in Prozent) für TOFD zeigen, dass Variationen unter verschiedenen Servicefirmen erwartet werden müssen.

Wanddickenmessung
Nach der visuellen Inspektion ist dies wahrscheinlich die am häufigsten gebrauchte Inspektionsmethode für die Ermittlung und Messung von Materialverlust durch Korrosion. Methoden variieren von Wanddickenmeßgeräten mit digitaler Anzeige, Ultraschallprüfgeräten mit A-Bild, voll- und semiautomatisierte Corrosion Mapping (C-Bild) und Long Range oder Blechwelle Methoden. Menschliche Faktoren beeinflussen die Zuverlässigkeit von Wanddickenmessung, was durch verstärkte Differenziertheit und Automation verringert wird. Distanzierte Methoden haben den Vorteil, dass sie grössere Materialflächen untersuchen, jedoch auf Kosten von reduzierter Sensivität und Resolution. Sie unterliegen auch Schwankungen in der Auswertung.

Auswahl der Inspektionsmethode
Eine Inspektion während des Betriebs sollte einem auf Risiko basierendem Inspektionsprogramm oder einer Beurteilung des Korrosionsrisiko folgen und sollte die Art, Grösse, Lage und Morphologie der entsprechenden Mechanismen reflektieren. Die Spezifizierung der Methode, Empfindlichkeitsrichtlinien und Berichtvorraussetzungen inbegriffen, sollte den Informationsbedürfnissen des Lebenserwartungsvorgangs entsprechen. Zum Beispiel müssen die Bruchmechaniker die Grösse der Korrosionskrater kennen, Nähe und Tiefenausdehnung sowie die Einzelheiten über die der Nähe des Schadens zu baulichen Besonderheiten wie zum Beispiel Stutzen, Träger und Schweißnähte.

Kontrolle
Der Standard der Kontrolle die bei Inspektionen während des Betriebs beeinflusst die Qualität der Arbeit und somit die Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlung. Mehrere Prinzipien für handwerkliches Können treffen ebenfalls zu.

Überwachung
Mit erhöhter Kontrolle steigt die Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlung einer beliebigen Inspektionssituation. Beispielsweise können Inspektionen durch Zweit- oder Drittparteien und Überwachungen oder Gegenproben durch unabhängige Organisationen die Inspektionsqualität wesentlich verbessern. Selbst Überwachungen von niedrigem Niveau haben eine überraschende Wirkung auf die Arbeitskraft der Techniker in der Praxis.

Zulassung des Personals
Die meisten Zulassungsprogramme für Personal enthalten Bestimmungen über Spezialausbildungen und selbst Prüfungen für bestimmte Situationen, wie zum Beispiel Fehlerermittlung und Messmethoden für spezifische Typen von Rissen wie zum Beispiel Spannungskorrosionsrissen. Die Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlung wird im Allgemeinen grösser wenn der Techniker sich der Eigenschaften des zu ermittelnden Fehlers bewusst ist. In der Praxis ist das selten der Fall. Der Großteil der Personalzulassung ist generalisiert und ist auf die Standardisierung der Beschaffung von ZFP Diensten sowie die gesetzliche Absicherung und nicht auf die Kontrolle der geleisteten Arbeit abgestimmt.

Vorführung
Diese besteht aus einer praktische Vorführung an einem Teststück aus defektivem Material das bekannte, entweder echte oder künstliche, Fehler enthält, um die Ermittlungsfähigkeit und/oder die Fähigkeit der Fehlermessung der gewählten Methode vorzuführen. Im Allgemeinen kann man mehr Vertrauen in eine Inspektionsmethode haben wenn sich diese als effektiv für die Ermittlung, Einschätzung und Messung von spezifischen Fehlern bewiesen hat. Die Vorführung wird jedoch durch die Unabhängigkeit des Vorgangs und durch die Gültigkeit der Fehler die im Teststück anwesend sind beeinflusst.

Anerkennung
Der Anerkennungsvorgang ist seit einiger Zeit Pflicht für die Kernindustrie und wurde in den letzten Jahren als wertvoll für andere Industriezweige befunden. Sie bringt eine strukturierte Demonstration von fitness-for-service der Prüfmethode, die die Fehlereigenschaften, die Eignung des Geräts, Vorgänge und Personal einschliessen. Der Anerkennungsvorgang ist ein strukturierter Vorgang der offene sowie blinde Versuche die unter der Aufsicht einer unabhängigen Organisation stattfinden, einschließt.

Häufigkeit
Der Grund für die Nichtermittlung von Fehlern kann entweder systematisch oder wahllos sein. Systematische Ursachen, wie zum Beispiel eine technische Einschränkung von bestimmten ZFP Vorgängen ziehen keinen Nutzen aus einer Minderung der Zeitspanne zwischen Inspektionen. Wenn eine Methode technische Grenzen aufweist ist es sinnlos dieselbe Methode häufiger anzuwenden. Bei Fehlern die wahllos auftreten, wie um Beispiel durch menschliches Versagen, ist es von Nutzen eine Inspektion häufiger zu wiederholen, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Versagens reduziert wird.

Umfang
Die Wahrscheinlichkeit des Versagens wird direkt durch den Umfang, in dem die Inspektion gestaltet ist,beeinflusst um das Ausmaß des Schadens zu ermitteln. Wenn der Degenerationsvorgang wirklich wahllos ist, hat ein breiteres Arbeitsprogramm eine höhere Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlung. Aber das Gesetz des schwindenden Ertragszuwachses gilt und es kommt ein Augenblick wo ein breiteres Arbeitsprogramm keine weitere Wertsteigerung bringt. Methoden aus der Statistik können benutzt werden um den grösstmöglichsten Effekt der Inspektion zu erzielen. Wenn der Schaden lokalisiert ist können hocheffektive Inspektionen an Stellen, wo Schäden erwartet werden, gezielt angewendet werden. Es kommt jedoch auf die Unerschütterlichkeit der voraussagenden Methoden an.

Der Planungsvorgang der Inspektion

Auf Risiko basierende Werkstoffprüfung
Auf Risiko basierende Werkstoffprüfung wird weltweit mehr und mehr als Routine akzeptiert. Das liegt teilweise an den zielgesteuerten Sicherheits- und Vollständigkeitsvorschriften die die Verantwortung für Sicherheit dem Eigentümer/Besitzer der Geräte auferlegen, statt einen allgemeinen gestzlichen Rahmen bereitzustellen. Weitere starke Argumente sind, dass auf Risiko basierende Werkstoffprüfung Gelegenheiten bietet den Wert der Inspektion zu erhöhen (mehr Informationen bei weniger Kosten) und, von noch grösserer Wichtigkeit, die Produktionsbereitschaft der Anlage zu erhöhen. Letzteres stammt von den verlängerten Zeiträumen zwischen Revisionen, mehr on-line Inspektionen und weniger Versagen von Anlagen durch verbessertes Management der Risiken. Die finanziellen und Sicherheitsverbesserungen können wesentlich sein, die Achillesferse des Vorgangs ist jedoch ungeeignete Inspektion. Es ist von grosser Wichtigkeit, dass der Inspektionsvorgang das Ergebniss der auf Risiko basierenden Werkstoffprüfung und den Arbeitsaufwand von fitness-for-purpose Beurteilungen in einer sinntragenden und zuverlässigen Art und Weise überbrücken. Auf Risiko basierende Werkstoffprüfung bedeutet, dass die Anlage in kleinere Einheiten aufgeteilt wird, das kann beispielsweise auf dem Niveau von einzelnen Anlagen (z.B. Druckbehälter, oder Rohrleitung) oder dem Niveau von Komponenten (z.B. Stutzen, Verteilergehäusehaube) sein,und der Bestimmung und der Beurteilung der entsprechenden Degenerierungsmechanismen jeder individuellen Einheit. Zwei Faktoren, nämlich die Wahrscheinlichkeit und die Konsequenzen des Versagens werden für das mögliche Versagen, einer jeden möglichen Einheit für jeden möglichen Degenerierungsmechanismus werden in Betracht gezogen. Dieser Vorgang kann halb-quantitativ durch den Gebrauch von Korrosionsreferenztabellen , oder quantitativ durch Kalkulation der Korrosion und Rißwachstumsrate, von einer Gruppe von Experten durchgeführt werden. Der quantitative Vorstoß ist meistens mehr ausgeklügelt als die die auf Erfahrung von Experten ruhen oder Tabellen für Korrosionsraten und diese geben eine realistischere Beurteilung des Risikos des Betriebe der Anlage. Die Unerschütterlichkeit der auf Risiko basierenden Werkstoffprüfung hat einen direkten Einfluss auf die Wahrscheinlichkeit des Versagens.

Zeichnung 5 illustriert den Vorgang der auf Risiko basierenden Werkstoffprüfungbei Gebrauch einer Risikomatrix. Jeder Punkt repräsentiert eine individuelle Beurteilungdes Degenerierungsmechanismus einer bestimmten Komponente der Anlage. Die Erstbeurteilung (links) zeigt eine typische Risikoverteilung bei der die meisten Punkte im akzeptablen Bereich liegen und nur wenige im unerwünschten Bereich. Prüfaktivität im akzeptablen Bereich kann getestet werden um festzustellen ob die Möglichkeit einer Lockerung besteht, im Fall von unerwünschten Befunden müssen mildernde Maßnahmen getroffen werden. Diese können entweder die Wahrscheinlichkeit des Versagens oder die Konsequenzen des Versagens mindern. Eine Art der Reduktion von Versagen ist bessere und genauere Inspektionen auszuführen um die Konservativität der Erstprüfung zu verringern oder um die Korrosionsraten während des Betriebs zu überwachen.


Zeichnung 5: Planung der auf Risiko basierenden Werkstoffprüfung.

Nicht-invasive Inspektion
Der Vorgang der auf Risiko basierenden Werkstoffprüfung liefert einen Überblick über das Betriebsrisiko einer bestimmten Einheit von Komponenten. Das Risikoprifil wird direkt von dem existierenden Inspektionsprogramm beeinflusst. Eine maßgebende Überprüfung wird direkt nach der auf Risiko basierenden Werkstoffprüfung durchgeführt um die Annahmen anzuerkennen und festzustellen ob Gelegenheiten für nicht-invasive Inspektion bestehen. Ein Beispiel für diese Situation sieht man in Zeichnung 6 wo der Umfang der Inspektionsarbeit auf die identifizierten Degenerierungsmechanismen, die durch auf Risiko basierender Werkstoffprüfung identifiziert waren, abgezielt wurden. Dies wurde in einer Art und Weise durchgeführt die im Mindestfall ein gleiches Risikoprofil wie das bisherige invasive Prüfregime bietet.. Die Kosten der Inspektion sind in in diesem Fall gestiegen, aber die Vorteile von dieser Art des Risikomanagement liegen in dem viel grösseren Wert der mit der erhöhten Plant-Availability und den reduzierten Revisionskosten einhergeht.


Zeichnung 6: Nicht-invasive Inspektionsplanung.

Fitness-For-ServiceBeurteilung

Verschiedene Stufen von Beurteilungen können bei Anlagen, die im industriellen Dienst stehen, angewandt werden. Häufig werden die ZFP Anerkennungskriterien oder Berücksichtigungen der Korrosion (design corrosion allowance) angewendet. Im Allgemeinen wird jeder Fehler, der ermittelt wurde, entfernt und einfache auf Normen basierende Kalkulationen ausgeführt um die Mindestwanddicke zu ermitteln. Diese Einstellungen verkörpern hochgradigen Konservatismus um für hochgradige Unsicherheit, besonders in der Effektivität der benutzten Inspektionsmethoden, zu kompensieren. Dieser Konservatismus kann zu voreiligem aus dem Betrieb ziehen der Bauteile, mit den daraus entstehenden Kosten für neue Bauteile, sowie Produktionsverlusten führen. Die Ersatzteile könnten ebenso unzuverlässig sein wie die zurückgewiesenen Teile. Eine gründliche Planung der auf Risiko basierenden Werkstoffprüfung von Komponenten während des Betriebs, gefolgt von einem effektiven und entsprechenden Inspektionsprogramm führt dazu, dass man mit vollem Vertrauen eine objektive fitness-for-service Beurteilung, die auf dem Gebrauch von Bruchmechanik, unterstützt von Finite Element Modelling, beruht, benutzen kann. Davon gibt es verschiedene Grade der Differenziertheit, die zum Beispiel von einfachen Repräsentationen von Korrosionsmustern mit grossem Spielraum für Meßfehler bis zu Repräsentationen mit hoher Resolution von Korrosionsmustern, die auf dem Gebrauch anerkannter Methoden basieren, reichen (Ref 2).

Factoring der Kostengleichung

Die Faktoren die bisher diskutiert wurden, wie die Wahl der Inspektionsmethode, der Umfang und die Häufigkeit, haben alle einen Einfluss auf die direkten Kosten der Inspektion. Ausserdem gibt es indirekte Faktoren wie zum Beispiel Kosten der Intervention (wie Vorbereitung, Gerüst und Wiederherstellung des Betriebs), Produktionsverlust und Aktivitäten hinter den Kulissen von Inspektionsplanung und Beurteilung der Lebensdauer. Zusätzlich müssen die Kosten von Rehabilitierungsmaßnahmen, wie Reparatur, Vorbeugung (Hemmung, Beschichtungen, Vorgangskontrollen usw.) und Ersatz in Betracht gezogen werden. Diese Kosten können eine Abschreckung, ein Risikomanagementprogramm auszuführen, darstellen. Die Vorteile können jedoch den Unterschied zwischen einer gesunden lebensfähigen Anlage und Unprofitabilität bedeuten, sowohl auch Vorteile für die Sicherheit zu bieten.

Kostenvorteilanalysen und Werkzeuge für geschäftliche Entscheidungen sind vorhanden um das Optimum an Sicherheit und Zuverlässigkeit zu gewähren und Zuverlässigkeitsvorteil wird gegen Ausgaben erreicht. Eines dieser Werkzeuge ist die Inspection Value Method (Ref 3). Dieser Vorgang, siehe Zeichnung 5, besteht unter Anderem aus einem komplexen Spreadsheet mit Wahrscheinlichkeitsdaten und Kosteninformationen die eine Reihe von Inspektions und Instandhaltungsszenarios behandeln.


Zeichnung 7: Inspection Value Method.

ZUSAMMENFASSUNG

Viel Zeit und hohe Ausgaben werden in Inspektionen von Industrieanlagen mit niedriger Zuverlässigkeit investiert, aber Versagen kommen trotzdem manchmal vor. Um diese Situation zu verbessern werden Risikomanagementmethoden auf internationaler Ebene in Gebrauch genommen. Das Endresultat eines effektiv angewandten Programms ist verbesserte Zuverlässigkeit der Anlage und verbesserte Plant Availability mit grossen finanziellen und Sicherheitsvorzügen.

REFERENZEN

  1. POD = Probability of Detection (Wahrscheinlichkeit der Fehlerermittlung),
    NIL = Nederlands Schweißinstitut,
    DDT = Defect Detection Trials (UK Kernindustrie),
    PANI = Programme for the Assessment of NDT (UK Health & Safety Executive)
  2. High Resolution Ultrasonic Examination Underpins the Unity Platform Risers's Fitness-for-Service Analysis. M Kennedy & J McCarthy, Pipes & Pipelines International. January-Fenruary 2003.
  3. The Application of POD Data in Inspection Planning Using the Inspection Value Method (IVM). 3rd European-American Workshop on Reliability of NDE. Sept 10-13th, 2003, Berlin, Germany.

STARTHerausgeber: DGfZPProgrammierung: NDT.net