人生にフィット

（写真：海洋工学）

定量的エンジニアリング分析により資産を安全かつ持続可能な状態に保つ

世界がエネルギー源を要求し続けているため、炭化水素生産者は新しい埋蔵量を見つけ、既存の資産からより多くを抽出するように圧力をかけています。近年、業界は回復技術において顕著な進歩を遂げ、成熟した分野の寿命を延ばすために効率的な技術を使用しています。

これらの施設は元の設計寿命を超えて拡張され、整合性の検証と保証の負担が着実に増加しているため、老朽化した資産の継続的な安全性と整合性を実証することが不可欠です。

圧力容器、パイプライン、機械部品など、長期間使用されているインフラストラクチャは、元の設計要件を満たさなくなるまで劣化する可能性があります。したがって、老朽化した分野での再開発プログラムをレビューする最初のステップは、既存のインフラストラクチャの状態と現在の運用負荷を処理する能力を評価することです。状態評価が懸念事項を示している場合、継続的かつ安全な運用を確保するための適切な是正措置を決定するために、さらなる分析が必要です。

サービスのためのフィットネス-それは何ですか？
サービスの適合性（FFS）は、潜在的な欠陥または劣化メカニズムの存在下で、特定の条件の下で動作し続けるコンポーネントの完全性を実証する定量的エンジニアリング評価を提供します。検査結果を定量化可能な運用上および安全上のリスクに変換し、情報に基づいた完全性管理の決定を可能にします。

FFSは、国際的に認められた手順に基づいた原則を使用して、エンジニアが許容できる欠陥と許容できない欠陥および状態を区別するための基盤を提供します。多くの業界標準はサービス評価に対する何らかの形の適合性に対応していますが、American Petroleum Institute（API）はベストプラクティスを単一のモジュール式評価標準（API 579-1）にまとめ、FFSに関する正式な出版物になりました。

リスクの明確な理解
FFSアセスメントを実施することの利点は明らかです。ダウンタイムの短縮、安全性の向上、予防的なメンテナンス、継続的な運用を維持するために必要なすべての要素、可能な限り安全、コンプライアンス、効率的です。ただし、FFSをいつ適用する必要があるか、また適用する必要があるかという問題がしばしば発生します。

設計意図からの逸脱点の特定は、詳細な設計情報の欠如、動作環境の変更、および複数または複雑な負荷シナリオのために、予想よりも複雑になることがよくあります。したがって、報告された欠陥が設計コードの制限を超えたらすぐにFFS評価を検討する必要があります。たとえば、元の製造品質管理基準で規定された制限を超える欠陥サイズ、設計腐食許容値を超える金属損失、材料仕様の制限未満への材料特性の劣化、または元の動作境界外の圧力と温度にさらされます。

石油とガスでは、劣化は腐食の結果としての金属損失によって支配されることがよくあります。オペレーターは、FFSを開始するためのガイドラインとして最小許容壁厚（MAWT）を使用する傾向があります。配管コンポーネントの場合、構造的な壁の最小厚さについては、API 574ガイドラインにも大きく依存しています。ただし、これらは材料のグレード、スパンの長さ、作動媒体、サポートの配置を考慮していません。

たとえば、6インチのスケジュール40パイプシステムの公称厚さは7.11 mmであり、許容範囲内の潜在的な厚さ12.5％を含みます。 mm。6インチカーボンおよび低合金鋼パイプのAPI 574デフォルト最小構造厚は2.8mmです。最大50 barの内圧用に設計されている場合、圧力保持のMAWTは1.21mmになります（材料のグレードによって異なります）。

FWT評価を開始するためにMAWTが使用された場合、この仮想シナリオの結果が成功する可能性はなく、残りの壁厚はAPI 579厚さ制限基準を満たしません。同様に、API 574構造厚さがFFS評価の開始に使用され、パイプシステムが149°Cを超える温度で動作している場合、構造厚をはるかに超えるレベルを必要とする局所熱パイプストレスレベルが発生する可能性があります。圧力容器の場合、形状の局所的な変化、局所的な補強ゾーン、主要な構造的不連続性、荷重の複雑さにより、さらに複雑になります。

圧力保持のための厚さに基づいてコンポーネントを単純に考慮すると、オペレーターは大きなリスクにさらされる可能性があります。設計要件が満たされなくなったら、少なくとも基本的なFFSを実行することで、リスクを軽減し、動作境界と将来の劣化に関する貴重な洞察を提供し、高度なFFSと潜在的な修復の将来の要件を強調できます。

デコードの劣化
欠陥を評価する最初のステップは、損傷タイプの特定です。評価手順は損傷固有のものであり、API 579-1標準は12種類の損傷の評価方法を提供します。損傷を理解することは、進行を予測し、残りの安全な動作寿命を決定するためにも重要です。

損傷の種類ごとに評価方法のサブセットがあり、それぞれに考慮が必要な特定の適用可能性と制限の基準があります。また、評価のレベルも異なり、精度が次第に向上し、保守性が低下し、入力情報の必要な精度が向上します。

• レベル1-非常に基本的で、通常は圧力保持のみを考慮した単純なコンポーネントの欠陥の迅速なスクリーニングを目的としています
• レベル2-中間、追加の負荷を伴うより複雑なコンポーネントの場合、精度の向上により設計の安全マージンを削減できます
• レベル3-詳細な数学的モデリングを使用して構造の安定性を判断する、複雑なコンポーネントまたは深刻な劣化の高度な評価

コンポーネント分類
API 579-1は、コンポーネントの複雑さと負荷条件に基づいた英数字の分類システムを使用して、適切な最小評価レベルを決定します。

• タイプA-最も基本的なコンポーネントであり、厚さと圧力を関連付ける単純な形状と方程式、および圧力が支配的な単純な荷重条件を備えています。タイプAのコンポーネントは、レベル1の評価に最適です
• タイプBクラス1-タイプAコンポーネントと同様の基本的な形状と厚さの方程式がありますが、物理的なサイズや露出温度のために追加の負荷条件を考慮する必要があります。タイプBクラス1コンポーネントには、少なくともレベル2の評価が必要です
• タイプBクラス2-単純な厚さではなく、手順設計評価を必要とする厚さの相互依存性を持つより複雑なコンポーネントです。タイプBクラス2コンポーネントには、少なくともレベル2評価が必要です
• タイプC-最も複雑な形状と負荷分布を持ち、通常、レベル3の評価による高度な数学的分析を必要とする重要な局所構造または応力の不連続を引き起こす

実際の評価
バックグラウンド条件、動作パラメーター、損傷メカニズム、および確立されたレベルのFFSが確認されると、実際のFFSの真の価値を実証できます。

定期検査中に、大型垂直容器内の水平補強リング上で局所絶縁下腐食（CUI）が検出されました。局所的な金属損失は、シェルの円周全体を局所的に覆う補強リングから約200mm上方に広がりました。表面状態により正確な厚さ測定はすぐに可能ではありませんでしたが、最悪の影響を受けた領域では元の16mmの壁の残り7mmしか推定されていませんでした。

Oceaneeringは、機器の安全性と継続的な操作性を正確に評価する方法に関するアドバイスを求められました。生産施設には、表面の準備と損傷した船舶の検査のために、5日間の短期の部分的な運転停止の能力がありました。これを超えて、より長い修理時間が必要な場合、施設は完全なシャットダウンを必要とし、結果として多大な経済的損失をもたらします。主な関心事は、人員と機器の即時の安全性に集中し、その後に必要なダウンタイムの緩和が続きました。 FFSは、適切な修理戦略を調査、設計、および実装しながら、継続的な運用が安全で達成可能かどうかに関する貴重な情報を提供します。

追加の積載条件を考慮する必要があるため、船舶の寸法はタイプAのコンポーネント分類の要件を満たしていませんでした。補剛材に隣接する欠陥の位置もレベル2適用要件を満たしていなかったため、局所的な応力とひずみの分布を評価するには有限要素応力解析が必要であることを示しています。したがって、高度なFFS（レベル3）が唯一の適切な評価でした。

Oceaneeringは、利用可能な初期情報に基づいて予備（レベル2）評価を迅速に提供し、オペレーターは表面処理と詳細な検査のために短期間のシャットダウンを進めました。整合性を証明するのには適していないが、指標評価は潜在的な故障リスクとレベル3評価結果が成功する可能性の予備的な指標を提供し、それによりオペレーターは再試運転または修理に直ちに努力することができます。 Oceaneeringは、評価プロセスを迅速化するためにFEAの幾何学的モデリングも開始しました。

元の容器の設計には、内部圧力と真空条件の両方が考慮され、部分真空下での通常の操作が含まれていました。 Oceaneeringの指標評価では、元の設計は内圧ではなく真空負荷によって制御されることが示されました。容器は、最初に報告された厚さレベルで、最大設計圧力、および完全な真空条件を十分に超える内圧に耐えると予想されていました。しかし、その後の詳細な検査により、金属損失は当初の規定よりも大幅に大きく、影響を受ける最悪の領域の厚さはわずか2.5mmでした。これにより、レベル3評価の緊急性が高まり、成功した結果に対する自信が低下しました。

結果を促進するために、負荷事例を評価する段階的なアプローチが採用されました。最初に、真空、重量、熱負荷の組み合わせを評価して、通常の動作を継続するための安全性を実証しました。限界荷重と座屈の評価は、全体的な構造安定性と、完全な真空下での座屈に対する適切な耐性を示し、欠陥が存在する場合の設計座屈挙動に変化はなく、過度の塑性ひずみもありません。したがって、船舶は通常の運転（部分真空）の継続的なサービスに適しているとみなされ、動揺状態を回避するための適切な保護とともに、再試運転の準備を開始することができました。

第二に、不調状態中の内圧、重量、および熱負荷の評価が評価されました。この評価では、設計上の最大圧力の70％を超える圧力で潜在的な構造的不安定性と過度の塑性ひずみが示され、潜在的な動揺条件のために容器のディレーティングが必要になりました。最後に、風荷重の評価により、設計風速で船舶の完全性が損なわれないことが示されました。

Oceaneeringは、最小残厚が低く、内部圧力に必要なディレーティングがあるため、船舶はそれ以上の大きな金属損失に耐えることができないと結論付けました。元の設計最大圧力の70％にディレーティングされ、一時的な腐食保護によってさらなる劣化が抑制され、適切な修理が合理的な時間枠で設計および実装されていれば、短期継続サービスに適していると見なされました。

FFSを適用する実証済みの利点
FFSには重大性と緊急性が伴うため、最終的な正式なレポートを待つことなく正確な意思決定を可能にするには、定期的な進捗フィードバックと予備的な結果が不可欠です。上記の例の場合、Oceaneeringは修理結果を求め、3日以内に十分な情報に基づいた決定を下す能力を顧客に提供し、修理ソリューションを求めて機器を安全に再稼働できるようにしました。

ほとんどの場合、有能な業界の支持者がFFSを実施する場合、評価のコストは、損傷、潜在的なリスク、安全な動作境界、および修理の可能性についてより詳細に理解するという利点をはるかに上回ります。 FFSは、コンポーネントと欠陥の組み合わせに関連するリスクに関する貴重な洞察を提供し、効果的な将来の整合性管理をサポートします。

資産管理戦略の一部としてFFSテクノロジーと評価機能を含めると、運用効率が大幅に向上し、計画外の費用のかかる修理の可能性を減らすことができます。オペレーターがFFSとは何か、そして保守プログラムの予算の一部としてFFSが存在する理由を完全に把握することで、長時間のシャットダウンを防ぎ、回復を強化し、資産をより長く安全に保つことができます。