Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) Power Boiler

Agenda Introduction to FMEA 1 Introduction to Power Boiler Causes of failures in boiler system 2 3 Case Study boiler pressure part

Failure Mode and Effects Analysis (FMEA)

DEFINITION Potential Failure Mode – สภาพหรือรูปแบบความเสียหายของผลิตภัณฑ์ กระบวนการผลิต หรือแม้แต่การบริการ ที่ยังไม่เกิดขึ้น แต่คาดว่าจะเกิดขึ้นได้ในอนาคต Potential Cause –สาเหตุที่เป็นไปได้ ที่ก่อให้เกิดสภาพหรือรูปแบบความเสียหายกับอุปกรณ์ Effect – ผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นเนื่องจากความเสียหาย และส่งผลโดยตรงต่อ ผลิตภัณฑ์ กระบวนการผลิต และ การบริการในที่สุด Analysis – การวิเคราะห์อย่างเป็นระบบ ได้แก่ การวิเคราะห์การออกแบบ กระบวนการ การทำงานของผลิตภัณฑ์ และรวมไปถึงการวิเคราะห์ข้อมูลที่เกี่ยวข้องด้วย

DEFINITION Severity(SEV) – ค่าความรุนแรงของ Effect ในเชิงปริมาณ Current Control – การควบคุมหรือการตรวจจับความเสียหายที่ดำเนินการอยู่ในปัจจุบัน Detection (DET) – ค่าความสามารถในการตรวจจับความเสียหายที่เกิดขึ้นในเชิงปริมาณ Recommended Action - วิธีการสำหรับป้องกันหรือลดความเสี่ยงในการเกิด Potential Cause

RPN = SEV x OCC x DET DEFINITION Risk Priority Number (RPN) – ค่าที่แสดงถึงความเสี่ยงของแต่ละ Potential Cause RPN = SEV x OCC x DET

FMEA PROCESS ค้นหาอุปกรณ์วิกฤต รวบรวมข้อมูลต่างๆของอุปกรณ์ เช่น หน้าที่การทำงาน ประวัติความเสียหาย ประวัติการบำรุงรักษา วิเคราะห์หา Failure Mode ที่เป็นไปได้ เช่น Leakage, Crack, Explosion, Deformation, Electrical Short เป็นต้น วิเคราะห์หา Effect ของแต่ละ Failure Mode เช่น การบาดเจ็บ, หยุดการเดินเครื่อง, ประสิทธิภาพลดลง เป็นต้น กำหนด Severity (SEV) ของ Effect วิเคราะห์หา Potential Cause ของแต่ละ Failure Mode

FMEA PROCESS กำหนด Occurrence (OCC) ของแต่ละ Potential Cause ระบุ Current Control ของแต่ละ Potential Cause กำหนดค่าความสามารถในการ Detection (DET) คำนวณหาค่า Risk Priority Number (RPN) ของแต่ละ Failure Mode หาวิธีการสำหรับป้องกันหรือลดความเสี่ยงในการเกิด Failure Mode ที่มีค่า RPN มากกว่า Criteria ที่กำหนด

FMEA PROCESS Recommended Actions Potential Cause(s) Severity Failure Effects Modes Function Equipment RPN Detection Predictive Methods Occurence

What is the Effect on the Outputs? What can go wrong with the Input? FMEA PROCESS Component Potential Failure Mode Potential Failure Effects SEV Potential Causes OCC Current Controls DET RPN Recommended Actions What is the Effect on the Outputs? What is the Input? How can this be found? What can be done? How bad? How Often? How Well? What can go wrong with the Input? What are the Causes?

Hazardous – W/O Warning Hazardous – With Warning SEVERITY Effect Severity of Effect Ranking Hazardous – W/O Warning Very high severity ranking – Affects operator, plant or maintenance personnel, safety and or affects non-compliance with government regulations, without warning. 10 Hazardous – With Warning High severity ranking – Affects operator, plant or maintenance personnel, safety and/or affects non-compliance with government regulations with warning. 9 Very High Downtime of more than 8 hours or the production of defective parts for more than 4 hours. 8 High Downtime of between 4 and 8 hours or the production of defective parts for between 2 & 4 hours. 7 Moderate Downtime of between 1 and 4 hours or the production of defective parts for between 1 and 2 hours. 6

SEVERITY Effect Severity of Effect Ranking Low Downtime of between 30 minutes and 1 hour or the production of defective parts for up to 1 hour. 5 Very Low Downtime of between 10 and 30 minutes but no production of defective parts. 4 Minor Downtime of up to 10 minutes but no production of defective parts 3 Very Minor Process parameter variability not within specification limits. Adjustment or other process controls need to be taken during production. No downtime and no production of defective parts. 2 None Process parameter variability within specification limits. Adjustment or other process controls can be taken or during normal maintenance 1

OCCURENCE Probability of Failure Criteria: No. of failures within Hrs of operation. Criteria: The reliability based on the users required time. Ranking Failure Occurs every Hour 1 in 1 R(t) <1 %: MTBF is about 10% of the User’s required time. 10 Failure occurs every shift 1 in 8 R(t) = 5%: MTBF is about 30% of User’s required time 9 Failure occurs every day 1 in 24 R(t) = 20%: MTBF is about 60% of the User’s required time. 8 Failure occurs every week 1 in 80 R(t) = 37%: MTBF is equal to the User’s required time. 7 Failure occurs every month 1 in 350 R(t) = 60%: MTBF is 2 times greater than the User’s required time. 6

OCCURENCE Probability of Failure Criteria: No. of failures within Hrs of operation. Criteria: The reliability based on the users required time. Ranking Failure occurs every 3 months 1 in 1000 R(t) = 78%: MTBF is 4 times greater than the User’s required time. 5 Failure occurs every 6 months 1 in 2500 R(t) = 85%: MTBF is 6 times greater than the User’s required time 4 Failure occurs every year 1 in 5000 R(t) = 90%: MTBF is 10 times greater than the User’s required time. 3 Failure occurs every 2 years 1 in 10,000 R(t) = 95%: MTBF is 20 times greater than the User’s required time. 2 Failure occurs > 5 years 1 in 25,000 R(t) = 98%: MTBF is 50 times greater than the User’s required time. 1

DETECTION Detection Criteria Ranking Very Low Design or Machinery Controls cannot detect a potential cause and subsequent failure, or there are no design or machinery controls. 10 Low Design or Machinery controls do not prevent the failure from occurring. Machinery controls will isolate the cause and subsequent failure mode after the failure has occurred. 7 Medium Design controls may detect a potential cause and subsequent failure mode. Machinery controls will provide an indicator of imminent failure. 5 High Design controls may detect a potential cause and subsequent failure mode. Machinery controls will prevent an imminent failure and isolate the cause. 3 Very High Design controls almost certainly detect a potential cause and subsequent failure mode, machinery controls not required. 1

RECOMMENDED ACTION คือ การกระทำ หรือ วิธีการใดๆ ที่ช่วยลดค่า Risk Priority Number ของ Potential Cause ซึ่งสามารถทำได้โดยการลด Severity, Occurrence, Detection อย่างใดอย่างหนึ่ง หรือ ทั้ง 3 อย่างพร้อมกัน

Boiler pressure part Component Potential Failure Mode Potential Effect(s) of Failure Sev Potential Cause(s)/ Mechanism(s) of Failure Occ tube   Preheater Fire side corrosion Tube leak,gas side p. drop, low eff. acid dew point ECO. FAC tube leak 5 parameter model Evap/Wall Underdeposit Corrosion high heat flux, low flow, high debris water Short Term Overheat tube burst low water flow SH/RH tube Graphitization Tube burst mis mat'l, high temp. High Temp. Corrosion mat'L, corrosive media.,temp. Long Term Overheat low flow, inside oxide thk., high heat flux Type IV Crack service condition, weld mat'l Dissimilar Weld shaffer diagram. Pipe MSP Weld Defect pipe leak poor joint fitup & weld control RH Weld Defect, Type IV Crack Bypass Thermal Fatigue poor design, operation high cycle,mat'L suscept Hdr ECO T Way leak Final SH Crack dissimiilar weld

Introduction to Power Boiler & Causes of failures in boiler system Combine Cycle Power Plant Thermal Power Plant Hoz. flow Ver. flow Sub. Cri Pressure Sup. Cri Pressure

Causes of failures in boiler system Corrosion Crack Degradation - Water Side - Weld Defect - Graphitization FAC Lack of Fusion - Creep Under deposit Undercut Weld Creep -> IV Crack - Fire Side Base Metal Creep High Temp. - Spherodisation Low temp. Erosion SCC Reference Nalco Guide

Weld Defect

DISCONTINUITY POSSIBLE CAUSES Excessive Convexity Slow travel speed  that allows weld metal to build up Welding currents too low Insufficient Throat A combination of Travel speed to fast and current too high Improper placement of weld beads when multiple pass welding Undercut   Amperage too high Arc length too long increasing the force of the arc so that it cuts into corners Improper weld technique causing the corners to be left unfilled or cut into Groove joint not completely filled and overlapped Insufficient Leg Size Using the wrong electrode angle causing the weld to be deposited to heavily on one side Using the wrong angle on multiple pas welds Causing the welds to overlap incorrectly Poor Penetration Amperage too low Travel speeds too fast Using too large an electrode for the root of the joint Improper electrode angle at the root of the joint Improper weave technique Using the wrong electrode for the desired joint penetration: (using E-6013 instead of E-6010) Poor Fusion Improper electrode angle at the sides of the joint Improper weave technique that does not allow enough time at the sides of the joint Using the wrong electrode for the application Overlap Amperage too low and /or travel speed too slow Electrode too large with low currents Porosity Dirty base metal  painted or galvanized surfaces Arc length too long especially with E-7018 Electrodes Moisture in low hydrogen electrodes Wind or fans strong enough to break down the shielding gas Slag Inclusions Improper manipulation of the electrode especially with E-6013 Improper cleaning and slag removal between multiple pass welds Cracks Using the wrong Electrode for the application Using Excessively high amperage on some metals Excessive Spatter Electrode angle too extreme Arc length too long

Boiler tube Failure

Case Study boiler pressure part FAC Thermal Fatigue Erosion Graphitization

Conclusions