Failure Mode and Effect
Analysis (FMEA) Power Boiler
Agenda
1
2
3
Introduction to FMEA
Introduction to Power Boiler
Causes of failures in boiler system
Case Study boiler pressure part
Failure Mode and
Effects Analysis
(FMEA)
3
DEFINITION
• Potential Failure Mode – สภาพหรื อรูปแบบความเสียหายของผลิตภัณฑ์
กระบวนการผลิต หรื อแม้ แต่การบริ การ ที่ยงั ไม่เกิดขึ ้น แต่คาดว่าจะเกิดขึ ้นได้
ในอนาคต
• Potential Cause –สาเหตุที่เป็ นไปได้ ที่ก่อให้ เกิดสภาพหรื อรูปแบบความ
เสียหายกับอุปกรณ์
• Effect – ผลลัพธ์ที่เกิดขึ ้นเนื่องจากความเสียหาย และส่งผลโดยตรงต่อ
ผลิตภัณฑ์ กระบวนการผลิต และ การบริ การในที่สดุ
• Analysis – การวิเคราะห์อย่างเป็ นระบบ ได้ แก่ การวิเคราะห์การออกแบบ
กระบวนการ การทางานของผลิตภัณฑ์ และรวมไปถึงการวิเคราะห์ข้อมูลที่
เกี่ยวข้ องด้ วย
4
DEFINITION
• Severity(SEV) – ค่าความรุนแรงของ Effect ในเชิงปริ มาณ
• Current Control – การควบคุมหรื อการตรวจจับความเสียหายที่ดาเนินการอยู่
ในปั จจุบนั
• Detection (DET) – ค่าความสามารถในการตรวจจับความเสียหายที่เกิดขึ ้นใน
เชิงปริ มาณ
• Recommended Action - วิธีการสาหรับป้องกันหรื อลดความเสี่ยงในการเกิด
Potential Cause
5
DEFINITION
• Risk Priority Number (RPN) – ค่าที่แสดงถึงความเสี่ยงของแต่ละ Potential
Cause
RPN = SEV x OCC x DET
6
FMEA PROCESS
• ค้ นหาอุปกรณ์วิกฤต
• รวบรวมข้ อมูลต่างๆของอุปกรณ์ เช่น หน้ าที่การทางาน ประวัติความเสียหาย ประวัติ
การบารุงรักษา
• วิเคราะห์หา Failure Mode ที่เป็ นไปได้ เช่น Leakage, Crack, Explosion,
Deformation, Electrical Short เป็ นต้ น
• วิเคราะห์หา Effect ของแต่ละ Failure Mode เช่น การบาดเจ็บ, หยุดการเดินเครื่ อง,
ประสิทธิภาพลดลง เป็ นต้ น
• กาหนด Severity (SEV) ของ Effect
• วิเคราะห์หา Potential Cause ของแต่ละ Failure Mode
7
FMEA PROCESS
•
•
•
•
•
กาหนด Occurrence (OCC) ของแต่ละ Potential Cause
ระบุ Current Control ของแต่ละ Potential Cause
กาหนดค่าความสามารถในการ Detection (DET)
คานวณหาค่า Risk Priority Number (RPN) ของแต่ละ Failure Mode
หาวิธีการสาหรับป้องกันหรื อลดความเสี่ยงในการเกิด Failure Mode ที่มีคา่ RPN
มากกว่า Criteria ที่กาหนด
8
FMEA PROCESS
Equipment
Function
Occurence
Potential
Failure
Modes
Predictive
Methods
Potential
Failure
Effects
Detection
Severity
RPN
Potential
Cause(s)
Recommended
Actions
9
FMEA PROCESS
Component
Potential
Failure
Mode
Potential S
O
DR
Potential
Current
Failure E
C
EP
Causes
Controls
Effects V
C
TN
Recommended
Actions
What
is
the
What is
How
can
Effect on
the
this
be
the
Input?
found?
Outputs?
How
How
How
Often?
bad?
Well?
What can go
wrong with the
What are the
Input?
Causes?
What can
be done?
10
SEVERITY
Effect
Severity of Effect
Ranking
Hazardous – Very high severity ranking – Affects operator, plant or
W/O Warning maintenance personnel, safety and or affects noncompliance with government regulations, without warning.
Hazardous – High severity ranking – Affects operator, plant or
With Warning maintenance personnel, safety and/or affects noncompliance with government regulations with warning.
Very High Downtime of more than 8 hours or the production of
defective parts for more than 4 hours.
High
Downtime of between 4 and 8 hours or the production of
defective parts for between 2 & 4 hours.
Moderate Downtime of between 1 and 4 hours or the production of
defective parts for between 1 and 2 hours.
10
9
8
7
6
11
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.
Very Low Downtime of between 10 and 30 minutes but no production of
defective parts.
Minor
Downtime of up to 10 minutes but no production of defective
parts
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.
None
Process parameter variability within specification limits.
Adjustment or other process controls can be taken or during
normal maintenance
5
4
3
2
1
12
OCCURENCE
Probability
of Failure
Failure Occurs
every Hour
Failure occurs
every shift
Failure occurs
every day
Failure occurs
every week
Failure occurs
every month
Criteria: No. of Criteria: The reliability based on
failures within
Ranking
the
users
required
time.
Hrs of operation.
1 in 1
1 in 8
1 in 24
1 in 80
1 in 350
R(t) <1 %: MTBF is about 10% of the
User’s required time.
R(t) = 5%: MTBF is about 30% of
User’s required time
R(t) = 20%: MTBF is about 60% of
the User’s required time.
R(t) = 37%: MTBF is equal to the
User’s required time.
R(t) = 60%: MTBF is 2 times greater
than the User’s required time.
10
9
8
7
6
13
OCCURENCE
Probability
of Failure
Failure occurs
every 3 months
Failure occurs
every 6 months
Failure occurs
every year
Failure occurs
every 2 years
Failure occurs
> 5 years
Criteria: No. of Criteria: The reliability based on
failures within
Ranking
the
users
required
time.
Hrs of operation.
1 in 1000
1 in 2500
1 in 5000
1 in 10,000
1 in 25,000
R(t) = 78%: MTBF is 4 times greater
than the User’s required time.
R(t) = 85%: MTBF is 6 times greater
than the User’s required time
R(t) = 90%: MTBF is 10 times greater
than the User’s required time.
R(t) = 95%: MTBF is 20 times greater
than the User’s required time.
R(t) = 98%: MTBF is 50 times greater
than the User’s required time.
5
4
3
2
1
14
DETECTION
Detection
Very Low
Low
Medium
High
Very High
Criteria
Ranking
Design or Machinery Controls cannot detect a potential cause
and subsequent failure, or there are no design or machinery
controls.
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.
Design controls may detect a potential cause and subsequent
failure mode. Machinery controls will provide an indicator of
imminent failure.
Design controls may detect a potential cause and subsequent
failure mode. Machinery controls will prevent an imminent
failure and isolate the cause.
Design controls almost certainly detect a potential cause and
subsequent failure mode, machinery controls not required.
10
7
5
3
1
15
RECOMMENDED ACTION
คือ การกระทา หรื อ วิธีการใดๆ ที่ช่วยลดค่า Risk Priority Number ของ Potential
Cause ซึง่ สามารถทาได้ โดยการลด Severity, Occurrence, Detection อย่างใดอย่าง
หนึง่ หรื อ ทัง้ 3 อย่างพร้ อมกัน
16
Boiler pressure part
Component
Potential Failure Mode
Potential Effect(s) of
Potential Cause(s)/
Sev
Occ
Failure
Mechanism(s) of Failure
tube
Preheater
Fire side corrosion
ECO.
Evap/Wall
FAC
FAC
Tube leak,gas side p. drop, low
eff.
tube leak
tube leak
Underdeposit Corrosion
tube leak
Short Term Overheat
Graphitization
High Temp. Corrosion
tube burst
Tube burst
tube burst
Long Term Overheat
tube burst
Type IV Crack
Dissimilar Weld
tube burst
tube burst
Pipe
MSP
RH
Weld Defect
Weld Defect, Type IV Crack
pipe leak
pipe leak
Bypass
Thermal Fatigue
pipe leak
Hdr
ECO T Way
Final SH
FAC
Crack dissimiilar weld
leak
leak
SH/RH tube
acid dew point
5 parameter model
5 parameter model
high heat flux, low flow, high debris
water
low water flow
mis mat'l, high temp.
mat'L, corrosive media.,temp.
low flow, inside oxide thk., high
heat flux
service condition, weld mat'l
shaffer diagram.
poor joint fitup & weld control
poor joint fitup & weld control
poor design, operation high
cycle,mat'L suscept
5 parameter model
Introduction to Power Boiler &
Causes of failures in boiler system
 Combine Cycle Power Plant
 Thermal Power Plant
18
Hoz. flow
Sub. Cri
Pressure
Ver. flow
Sup. Cri
Pressure
Causes of failures in boiler system
Corrosion
-Water Side
FAC
Under deposit
- Fire Side
High Temp.
Low temp.
Erosion
SCC
Reference
Nalco Guide
Crack
-Weld Defect
Lack of Fusion
Undercut
Degradation
- Graphitization
- Creep
Weld Creep -> IV Crack
Base Metal Creep
- Spherodisation
Weld Defect
DISCONTINUITY
Excessive Convexity
Insufficient Throat
Undercut
Insufficient Leg Size
Poor Penetration
Poor Fusion
Overlap
Porosity
Slag Inclusions
Cracks
Excessive Spatter
POSSIBLE CAUSES
Slow travel speed that allows weld metal to build up
Welding currents too low
A combination of Travel speed to fast and current too high
Improper placement of weld beads when multiple pass welding
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
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
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)
Amperage too low
Travel speeds too fast
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
Amperage too low and /or travel speed too slow
Electrode too large with low currents
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
Improper manipulation of the electrode especially with E-6013
Improper cleaning and slag removal between multiple pass welds
Using the wrong Electrode for the application
Using Excessively high amperage on some metals
Amperage too high
Electrode angle too extreme
Arc length too long
Boiler tube Failure
Case Study boiler pressure part
 FAC
 Thermal Fatigue
 Erosion
 Graphitization
Conclusions