Aplicação de Redes Bayesianas para a análise de confiabilidade

Aplicação de Redes Bayesianas para a análise de confiabilidade do sistema de regaseificação de GNL de uma unidade tipo FSRU

Adriana Miralles Schleder e Marcelo Ramos Martins

LabRisco - Laboratório de Análise, Avaliação e Gerenciamento de Riscos

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

Departamento de Engenharia Naval e Oceânica

Av. Prof. Mello Moraes, 2231 CEP 05508-030

Cidade Universitária - São Paulo-SP

1. INTRODUÇÃO

        Recentemente o Brasil diversificou sua forma de abastecimento de gás natural (GN), até então, feito apenas pela importação via gasodutos. Nesta nova fase, o país começa importar GNL por meio de navios. O GNL chega ao país em navios tanque que atracam em terminais previamente preparados e o gás liquefeito é transportado através de braços criogênicos até um novo navio, conhecido como FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), onde fica armazenado. Quando existe a demanda, nesse mesmo navio o GNL é regaseificado e então disponibilizado para a malha de gasodutos que abastecem o interior do país.

        Usualmente o processo de regaseificação é feito em plantas “onshore”, localizadas na costa. O uso de estações regaseificadoras em navios é pioneiro, sendo as duas unidades usadas no Brasil as primeiras deste tipo no mundo. Justamente por ser um processo novo, em relação ao qual ainda não existe um histórico de falhas adequado para análise e elaboração de um planejamento de manutenção eficaz, a pesquisa aqui apresentada teve como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia de análise de Confiabilidade com o uso de Redes Bayesianas (RB) para subsidiar o desenvolvimento de um plano de manutenção adequado.

        Um bom plano de manutenção é fundamental neste caso, uma vez que acidentes envolvendo gás natural podem ser catastróficos, causando grandes danos econômicos, pessoais e ambientais. O objetivo da pesquisafoi desenvolver uma metodologia de análise de Confiabilidade com o uso de RB e aplicá-la na análise do sistema de regaseificação do FSRU. E durante o desenvolvimento da metodologia explorou-se as vantagens e desvantagens da aplicação de RB em comparação com as técnicas tradicionalmente empregadas. Entre outros aspectos, foi explorada especialmente a conversão de diagrama de blocos e árvores de falhas para RB. Detalhes desta pesquisa podem ser encontrados em [1-4].

1. METODOLOGIA PROPOSTA

O objetivo do estudo foi desenvolver uma metodologia de análise de Confiabilidade com o uso de RB e aplicá-la na análise do sistema de regaseificação do FSRU; nesta seção é apresentada uma visão geral da metodologia proposta. A metodologia foi construída através de uma composição dos métodos já existentes para análise de confiabilidade, propostas de diferentes autores e diferentes técnicas foram unidas para a formação de uma metodologia, o que resultou na elaboração de uma metodologia de quatro etapas: familiarização, análise qualitativa, análise quantitativa e análises complementares.

Na primeira etapa, deve ocorrer a familiarização com o sistema, dados sobre o sistema, seu funcionamento e o cenário em que está inserido devem ser coletados nesta fase.          Na segunda etapa, a análise qualitativa deve fornecer uma visão clara do sistema e das relações entre os elementos do sistema; procura-se estabelecer uma representação física e funcional do sistema (nessa etapa se constrói a RB). Em seguida, durante a análise quantitativa incluem-se todas as probabilidades a priori relativas aos componentes, preenchem-se as tabelas de probabilidades condicionais (TPC), nas quais são especificadas as relações entre as variáveis discretas ou, para o caso de variáveis contínuas, definem-se as funções densidade de probabilidade. Posteriormente, obtém-se a probabilidade conjunta da rede para a variável de interesse, no caso deste estudo, o nó que representa a confiabilidade. E finalmente são realizadas análises complementares: análise de criticidade, análise de diferentes cenários e análise da confiabilidade condicionada.

A análise de criticidade visa fornecer dados sobre a influência dos equipamentos e subsistemas no comportamento geral do sistema, identificando quais são os pontos críticos. Pode ser executada através de uma análise das probabilidades posteriores de cada elemento, sendo a probabilidade posterior a probabilidade de falha do equipamento dado que a falha do sistema ou subsistema ocorreu.

A análise de diferentes cenários visa encontrar um modo de melhorar a confiabilidade do sistema uma vez que são conhecidos os pontos críticos. Pode-se ainda propor medidas como a inclusão de redundâncias e modelá-las na RB para que se verifique os efeitos da medida na confiabilidade do sistema.

Finalmente, a análise de confiabilidade condicionada, fornece uma representação do comportamento da confiabilidade do sistema dadas evidências como tempo de operação e execuções ou não de tarefas de manutenção.

1. APLICAÇÃO DA METODOLOGIA

1. Familiarização: Sistema de regaseificação

Para aplicação da metodologia proposta neste estudo foi escolhido um sistema de regaseificação em cascata. O gás liquefeito que está armazenado a uma temperatura de aproximadamente -163ºC é aquecido em duas etapas: na primeira etapa o GNL é aquecido por propano, em um trocador de calor compacto, sua temperatura se eleva de -163ºC até aproximadamente -10ºC; na segunda etapa o GNL é aquecido, por água do mar, em outro trocador de calor do tipo tubo&casco. O propano usado na primeira etapa circula em circuito fechado, ao deixar o trocador de calor com GNL sua temperatura é de -5ºC e seu estado é líquido.  Então o propano é bombeado até um trocador de calor de titânio e aquecido, por água do mar, até uma temperatura de 0ºC e vaporiza. Uma descrição mais detalhada do sistema pode ser encontrada em [1].

1. Análise qualitativa

A análise qualitativa deve fornecer uma visão clara do sistema e das relações entre seus subsistemas e componentes. Esta representação pode ser feita construindo-se um diagrama de blocos ou uma árvore de falhas e depois convertendo-os em uma RB ou diretamente pela construção de uma RB a partir da análise do sistema; esse procedimento é apresentado em [4,5]. No estudo elaborado o sistema foi representado em uma RB híbrida; nós contínuos representam o tempo até a falha (TTF, do inglês Time ToFailure) dos componentes básicos ou subsistemas e nós discretos representam o estado do sistema ou subsistemas.