CIENCIAS NUCLEARES
Aplicación de mantenimiento centrado en la confiabilidad a la Central Nuclear de Embalse
Application of realibility centered maintenance to embalse NPP
Antonio Torres
Valle1, Manuel Perdomo Ojeda1, Damian Fornero2, Roberto Corcuera2
1 Instituto Superior
de Tecnologías y Ciencias Aplicadas, Cuba
Ave. Salvador Allende, esq. Luaces, Plaza, Ciudad de La Habana, Cuba
2 Central Nuclear Embalse, Nucleoeléctrica Argentina S.A., Argentina
atorres@instec.cu, mperdomo@instec.cu, dfornero@na-sa.com.ar
RESUMEN
Entre las más recientes aplicaciones del Análisis Probabilista de Seguridad de la Central Nuclear de Embalse está el Programa de Mantenimiento Orientado a la Seguridad, el cual se ha desarrollado a través de la metodología de Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad. Esta aplicación se ha realizado de manera cooperada entre el personal del departamento de seguridad nuclear de la central y especialistas cubanos del Instituto Superior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas. Hasta la fecha se han analizado seis sistemas tecnológicos, obteniéndose importantes resultados relacionados con la optimización del programa de mantenimiento preventivo y predictivo aplicado actualmente a dichos sistemas. Algunas tareas de la metodología se han automatizado a través del código MOSEG. Los resultados del estudio se enfocan a la redacción o modificación del contenido de las Planillas de Inspección, priorización de repuestos, reorientación de técnicas de diagnóstico y modificación de frecuencias y de duración de la ejecución de las acciones de mantenimiento.
ABSTRACT
One of the most recent applications of Probabilistic Safety Analysis to Embalse NPP is the Safety Oriented Maintenance Program developed through the Realibility Centered Maintenence (RCM) methodology. Such an application was carried out by a cooperated effort between the staff of nuclear safety department of NPP and experts from Higher Institute of Technologies and Applied Sciences of Cuba. So far 6 technological systems have been analized with important results regarding the optimization of preventive and predictive maintenance program of those systems. Some RCM tasks were automated using the MOSEG code. The results of this study were focused on the elaboration and modification of the Preventive Program, prioritization of stocks, reorientation of predictive techniques and modification in the time parameters of maintenance.
Key words: reliability, safety analysis, reactor maintenance, probabilistic estimation, embalse reactor, m codes, regional cooperation
INTRODUCCIÓN
El Análisis
Probabilista de Seguridad (APS) de alta potencia de la Central Nuclear de Embalse
(CNE) fue ejecutado durante el período 1997-2003 por un equipo multidisciplinario
y con cooperación internacional (Rumania, Cuba). Los resultados de este
APS se aplicaron para mejorar el diseño de algunos sistemas y para modificar
y completar la documentación de planta (Manuales de Operación
y Procedimientos Operacionales de Emergencia). También se modificaron
Procedimientos Operacionales de Emergencia relacionados con los principales
contribuyentes detectados durante el análisis.
A partir del año
2006 se comenzó a trabajar en una aplicación del APS de CNE destinada
a optimizar el mantenimiento de la instalación, la cual está incluida
en el Programa de Mantenimiento Orientado a la Seguridad de CNE y consiste en
la aplicación de la metodología de Mantenimiento Centrado en la
Confiabilidad [1] (RCM– en inglés) a varios sistemas de la instalación.
El desarrollo del
RCM para los primeros seis sistemas tecnológicos analizados en CNE muestra
un importante impacto de esta aplicación sobre la política de
mantenimiento preventivo y predictivo, actualmente aplicada a ellos. Los resultados
se enfocan a la redacción o modificación de Planillas de Inspección,
priorización de repuestos, reorientación de técnicas de
diagnóstico y modificación de frecuencias y de duración
de las acciones de mantenimiento, lo que redunda en un importante ahorro de
horas hombre destinadas a este frente.
Materiales y
Métodos
El RCM está
reconocido como una evaluación sistemática para identificar las
acciones de mantenimiento aplicables (desde el punto de vista técnico)
y efectivas (por su impacto económico), para desarrollar u optimizar
el programa de mantenimiento. Consisten en la utilización de técnicas
de monitoreo a condición, búsqueda de fallos y monitoreo por tiempo,
que se aplican en ese orden progresivo para buscar los métodos menos
invasivos sobre el estado técnico de los componentes objeto del mantenimiento.
La metodología
de RCM parte de determinar los equipos críticos de la instalación,
basado en los resultados del APS, la aplicación de técnicas de
análisis de causa de fallo, a partir de la consulta de los registros
de planta, y de la implementación de una política de mantenimiento
enfocada en la confiabilidad, dirigida a corregir las causas de fallo de los
equipos críticos. La optimización se logra priorizando esfuerzos
sobre la base de la aplicación del Principio de Pareto en profundidad,
y dentro de diversos niveles de análisis de contribuyentes a la seguridad
de la instalación e indisponibilidad de los sistemas. La aplicación
del mantenimiento correctivo nunca se descarta y queda como opción para
los equipos críticos en caso de fallos, y como política preferente
de mantenimiento para los componentes con bajo efecto sobre la seguridad de
la instalación y la indisponibilidad de los sistemas.
La aplicación
de la metodología de RCM en CNE consta de las siguientes etapas:
1- Selección
de sistemas críticos.
2- Análisis de criticidad y determinación previa de
acciones de mantenimiento recomendadas.
3- Revisión de la historia operacional.
4- Diseño de la política de mantenimiento a aplicar.
Resultados y
Discusión
Selección de sistemas críticos Para la determinar los sistemas críticos se siguió el algoritmo mostrado en la figura 1.
Los porcentajes
mostrados corresponden al acumulado de la medida Fussell-Vesely (FV). La medida
FV es la contribución individual de los componentes al riesgo global
de la instalación. De esta forma, se detectaron los sistemas de explotación
normal cuyas fallas originaban eventos iniciadores y progresaban, en secuencias
accidentales con aportes importantes al riesgo de daño al núcleo
del reactor, así como los sistemas facilitadores (sistemas frontales
y soportes) cuyos fallos, de manera similar, estaban incluidos en estas secuencias.
Constituyen facilitadores los componentes de los sistemas de seguridad y apoyo
a esta, cuya ocurrencia completa las secuencias accidentales o sea, aparecen
a nivel de los cabeceros de los árboles de eventos. Esta etapa del estudio
permite identificar los sistemas a los que se debe prestar atención especial
en un análisis detallado ulterior, el cual se describe a continuación.
Como criterio adicional
para esta selección se priorizó el estudio de sistemas con gran
cantidad de mantenimientos preventivos planificados (PIs).
Los análisis según este criterio [3] se aprecian en el histograma de la figura 2.
Para el análisis
inicial [3] se seleccionaron los sistemas más contribuyentes:
1- Sistema de agua
de alimentación 43200 (SAA).
2- Sistema de agua de proceso 71300 (SAP).
3- Sistema de enfriamiento de emergencia del núcleo 34320 (SEEN).
4- Sistema de agua de emergencia 34610 (SAE).
5- Sistema de enfriamiento de parada 33410 (SEP).
6- Sistema del moderador 32110 (SM).
Análisis
de criticidad y determinación previa de acciones de mantenimiento El
desarrollo de esta etapa se centró en los sistemas críticos identificados
en la primera fase del RCM.
Para ello se requirió
del cumplimiento de los siguientes pasos:
• Elaboración de esquemas simplificados.
• Modelación del esquema y bases de datos.
• Aplicación de sistema automatizado para determinar criticidad
y las acciones de mantenimientos recomendadas.
Para elaborar los
esquemas simplificados se respetaron un grupo de consideraciones generales entre
las que se destacan, partir del escenario más conservador para el trabajo
del sistema, incluir la mayor cantidad de componentes en el análisis
y excluir los sistemas de apoyo. Asímismo, en la modelación se
consideraron los datos genéricos de componentes utilizados en el APS,
eliminar los errores humanos y las indisponibilidades por mantenimiento, respetar
los criterios de exclusión por derivación considerados en los
modelos de APS y tener en cuenta solo un modo de fallo por componente.
Finalmente se utilizó el sistema automatizado MOSEG Win Ver. 1.0 [2] para los análisis de los modelos, obteniéndose para cada uno de los sistemas analizados los componentes críticos por su contribución a la indisponibilidad del sistema y las acciones de mantenimientos recomendadas para los de alta y mediana criticidad. Una muestra de este resultado intermedio para el sistema 71300 se presenta en la tabla 1 [3].
Los componentes
más importantes para este caso son las bombas (PM) y válvulas
motorizadas (MV), así como las válvulas solenoides (SV), mientras
que las válvulas de retención o cheque (VC) se clasificaron en
una menor categoría. Como se aprecia el sistema ordena contribuyentes
por su impacto en la indisponibilidad del sistema (ver medida F-V) [2], los
clasifica por su criticidad (Alta [FV mayor o igual a 0,1], Media [FV entre
0,01 y 0,1] y Baja [FV menor de 0,01]) y recomienda las tareas aplicables, así
como las técnicas de monitoreo a condición (Mon. Cond) y tiempos
para las tareas de búsqueda de fallos (BF[hrs]) y monitoreo por tiempo
(MT[hrs]), todo ello partiendo de un enfoque sistémico [2].
Para identificar
los tipos de tareas y las técnicas de monitoreo aplicables se estableció
un sistema de códigos, convenientemente documentado en el manual de usuario
y en la ayuda disponible del sistema MOSEG [1, 2].
Revisión
de la historia operacional
Para la revisión
de la historia operacional se estudiaron los informes de deficiencias (ID) de
los componentes
críticos del sistema, considerando que el análisis de la historia
operacional se realiza con carácter conservador, compensando así
la mala calidad de la documentación. Además se tuvo en cuenta
la experiencia de los mantenedores de los equipos.
Bajo estos criterios se obtuvieron histogramas de contribución de fallos de equipos a nivel de sistemas y también, perfiles de contribución por causas de fallos en los mantenimientos de los componentes. Un ejemplo de estos análisis para el sistema 43200 se aprecia en la figura 3 [3].
Se observa que
el histograma de contribución de fallos de equipos a nivel de sistemas
no es un indicador
adecuado para el estudio de la disponibilidad del sistema, ya que los fallos
individuales pueden no conducir
a fallo del mismo, por lo que esta gráfica es solo orientativa para el
análisis. En la tabla 1 se tuvo en
cuenta la garantía del enfoque sistémico. Más útiles
para redireccionar
las intervenciones de mantenimiento sobre los equipos son las gráficas
de ordenamiento en base a la contribución por causa.
Diseño
de la política de mantenimiento a aplicar
Finalmente la política
de mantenimiento [2] a aplicar para cada sistema es el resultado del análisis
de
criticidad y las técnicas de mantenimiento recomendadas, así como
de la revisión de la historia operacional.
Las técnicas de mantenimiento predictivas y los ajustes de las intervenciones
de mantenimiento estarán
dirigidas, esencialmente a los equipos de alta y mediana criticidad lo cual
garantiza un mayor impacto de las modificaciones con menores esfuerzos. Además,
estos diagnósticos de estado técnico y cambios de intervenciones
están dirigidos a las causas de fallos más frecuentes de los equipos,
lo que garantiza el
diseño adecuado del mantenimiento predictivo de las PI y de los procedimientos
de pruebas periódicas.
Los resultados derivados del estudio se resumen en los siguientes aspectos [3]:
1. Como en la generalidad
de los RCM se cumple que los sistemas de explotación normal aportan mayores
modificaciones a los contenidos de los mantenimientos preventivos y a la disminución
de la carga de trabajo que los sistemas de seguridad.
2. Se observa un comportamiento aleatorio respecto al perfil de criticidad de
los componentes para el mantenimiento por ejemplo, hasta el momento se consideran
equilibrados los aportes en los sistemas de agua de alimentación y de
agua de proceso, mientras que son más desbalanceados los aportes en los
sistemas de refrigeración de emergencia y de agua de emergencia.
3. Se observa una prevalencia de bombas y válvulas (MV, PV, LCV, solenoides)
en el rango de alta y media
criticidad en todos los sistemas analizados. Aparecen como excepción
en el SEEN un intercambiador y las rejillas del pozo de recirculación.
4. En general los fallos más probables registrados en los informes de
deficiencias (IDs) son de origen mecánico.
5. El alcance de las modificaciones sugeridas a las políticas de mantenimiento
de estos sistemas se resumen en la tabla 2.
La tabla 2 orienta
un incremento de la actividad predictiva (modificación o redacción
de procedimientos) en algunos componentes que anteriormente no se vigilaban
con estas técnicas, así como el completamiento o redacción
de algunos procedimientos de preventivo para mitigar mecanismos de fallo no
considerados hasta la fecha en el alcance del mantenimiento planificado. Entre
los nuevos procedimientos de predictivo recomendados resaltan el uso del Flow
Scanner en varios equipos de regulación de flujo, cuyo estado actual
no se diagnostica, lo que incrementa los desmontajes innecesarios. Además,
destaca la recomendación de técnicas de pruebas eléctricas
para algunos motores de equipos críticos. Desde el punto de vista de
preventivo se incorporan tareas para resolver mecanismos de fallos revelados
durante la consulta de la estadística por ejemplo, las picaduras en las
partes móviles de equipos rotatorios por corrientes parásitas.
En la tabla 2 también
se aprecian modificaciones de diseño o concepción de nuevas herramientas
encaminadas a resolver problemas que complican los mantenimientos actuales.
Se destaca el caso del diseño de herramientas que permitan el adecuado
aterramiento de los equipos rotatorios. Los estudios realizados recomiendan
cambios en algunas pruebas rutinarias para vigilar mecanismos de fallos que
permanecen ocultos y búsquedas de repuestos críticos por su alto
nivel de importancia para la seguridad. Resulta
trascendente en lo económico, la disminución de la carga laboral
por la priorización de los esfuerzos de mantenimiento sobre los equipos
críticos, y la consecuente disminución de las frecuencias de mantenimiento
sobre los menos importantes.
Es importante recalcar
que la aplicación de los resultados del estudio ha empezado a arrojar
aportes en el incremento de la disponibilidad de los equipos, asociados a la
disminución de su frecuencia de mantenimiento, y a la atención
de los mecanismos de fallos más importantes en los equipos críticos.
Conclusiones
Los resultados
del estudio de RCM realizado en CNE son altamente estimados por los gestores
de la explotación de la instalación, al demostrar su potencialidad
para identificar tareas de mantenimiento eficaces y efectivas, optimizando los
planes de mantenimiento actuales con un alto impacto técnico y económico.
El RCM desarrollado es una muestra de la aplicación en profundidad del
principio de Pareto, primero a nivel de todo el APS para identificar los sistemas
más importantes, después a nivel de sistemas para identificar
sus componentes críticos. Posteriormente, para cada componente se priorizan
los mecanismos de fallos preponderantes de acuerdo con los históricos
de mantenimiento, y para estos mecanismos se buscan las técnicas de mantenimiento
menos invasivas comenzando por las predictivas, las detectivas y finalmente,
las preventivas.
Como conclusiones
técnicas generales del estudio se destacan, la actual aplicación
piloto de algunas de las modificaciones a la política de mantenimiento
propuestas en este análisis. También se trabaja en el reforzamiento
de las técnicas de monitoreo a condición aplicadas a aquellos
equipos más contribuyentes por su criticidad y la frecuencia de sus fallos
de acuerdo al análisis de IDs y en la implementación de una codificación
de causas de IDs almacenados en el sistema TAMARA (base de datos de históricos
de equipos), con un sistema único de clasificación de manera que
permita análisis ulteriores más detallados.
Se identificaron
otras tareas asociadas a la calidad de la documentación que permiten
la ejecución adecuada de los mantenimientos de acuerdo con un contenido
explícito.
Bibliografía
[1] TORRES A. Mantenimiento
Orientado a la Seguridad. La Habana: CUBAENERGÍA, 2000. ISBN 959-7136-10-4.
[2] TORRES A, RIVERO J. Gestión de Mantenimiento Orientado a la Seguridad.
Revista Ingeniería Mecánica. 2004; 7(2).
[3] TORRES A, PERDOMO M, FORNERO D, CORCUERA R. Aplicación de Mantenimiento
Centrado en la Confiabilidad a la Central Nuclear de Embalse. XXXV Reunión
Asociación Argentina de Tecnología Nuclear. Buenos Aires, Argentina.
Nov. 2008.
Recibido:
2 de abril de 2010
Aceptado: 13 de mayo de 2010