V
Summary
The blast furnace blowers, consisting of steam turbines that power large air compressors, at the Energy Department (END) at Tata Steel IJmuiden produce large quantities of compressed air which are necessary for the operation of the blast furnaces. Since the blast furnaces are the bottleneck of the IJmuiden facility, they must operate at maximum capacity. In the last three to four years the blast blowers have suffered from a higher unplanned downtime than is acceptable for the END. This situation leads to a decrease in the reliability of the compressed air supply to the blast furnaces, endangering their reliable and efficient operation. Consequently the failing blast blowers form a great financial risk for the company, making it a top priority to ensure a reliable compressed air supply through the reliable operation of the blast blowers.
During the problem analysis the processes involved were analysed using the Delft Systems Approach (Veeke, Ottjes, & Lodewijks, 2008). Furthermore the availability for technical systems was defined. A data analysis was performed to quantify the problem and root cause analyses led to an overview of the causes of the unplanned downtime. Several potential improvements for the maintenance and operational strategies were identified, which lead to the following research question:
“How to improve the reliability of the compressed air supply to the blast furnaces at Tata Steel IJmuiden by maximizing the availability of blast furnace blowers through revised operational and maintenance strategies?”
For the improvement of the operational strategy two topics are covered. First, standards and result measurements are introduced that are to be used for the evaluation of process performance with the goal of improving this process performance. Second, a risk assessment model is introduced that is used for the evaluation of the production planning and possible investments that can attribute to a reduction in the probability of production loss at the blast furnaces.
The four standards that are introduced are the availability, repair time, the required operational hours of the blast blowers and the reliability of the product supply. These standards have accompanying result measurements, being the availability (%), MTTR (hrs), MTBF (hrs) and production loss (€). The process performance for the processes involved is to be evaluated by comparing the measurement results to the standards, which can lead to an intervention if necessary.
A validated and verified risk assessment model was created that can be used to calculate the probability of the occurrence of a scenario that causes production loss for the blast furnaces. It is used in this research to evaluate the production planning and several investment decisions. Apart from the results that are generated for this research, the intention is that the model will also be used by the END for this same purpose in the future. From the short term risk analysis of the production planning can be concluded that, given the input used, an investment in the refurbishment of WM23 (€8 mln) or a spare parts inventory (€20 mln) would not have been profitable over the period from May 2015 to
VI December 2017, with cumulative expected costs of €7.2 mln. From the long term risk analysis of the production planning can be concluded that, given the input used, the most profitable scenario in terms of the reduction in expected additional costs versus investment cost is to perform an overhaul of WM22 (€1.5 mln) in the second half of 2016, with the purpose to have it operational starting January 2017. According to the model output, the investment will be profitable within 10 months and will lead to a reduction in expected costs due to production loss of €16 mln, or 57%, over the period from January 2017 to July 2024.
The maintenance strategy can be improved in three ways. The first is by implementing operational testing for backup machines in order to verify their condition. By using the backup machines once a year, they prove to be operational and ready for use when necessary. Any defects that will come to light during this testing can be resolved while not immediately having consequences for the reliability of the product supply.
The second is to use the time slots of the operational testing of the backup machines for visual inspections of the main machines. However, for this strategy to be viable, the complexity of a visual inspection as it currently is has to be greatly reduced. It is recommended to research the possibility of using borescoping for the visual inspection of the steam turbine and compressor internals in order to prevent having to remove the housing of the machine, which currently is a costly and time consuming process. This will lead to a lower threshold for performing a visual inspection, which benefits the maintenance strategy.
The third improvement of the maintenance strategy is using the thermodynamic parameters of the blast blowers, which are currently already measured and logged, for performance monitoring. Evaluating the machine performance on a regular basis facilitates decision making on the production and maintenance planning. Performance monitoring facilitates the detection of internal wear to the blast blowers without having to perform a visual inspection. Furthermore, it can prevent consequential damages, by detecting initial damage in an early stage and taking appropriate measures. It is concluded that a thermodynamic model, as created during this study, can be used for this purpose. Using this thermodynamic model may enable the detection of wear and damage to the internals of the steam turbines and air compressors of the blast blowers, through the evaluation of deviations in the blade angle/airratio and correlation (for air compressors), the power output/steam mass flow-ratio and correlation (for steam turbines) and the isentropic efficiency (for both). The first two parameters were devised during this study were found to be possible indicators for internal damage during the validation of the model. The performance model also measures performance results concerning the availability and machine status, which can be used to compare to the standards of the use and maintain processes in order to evaluate the process performance.
Implementation of the advice and models that result from this study is believed to lead to improvements in the maintenance and operational strategies.
VII
Summary (in Dutch)
De zogenaamde windmachines, bestaande uit stoomturbines die grote lucht compressoren aandrijven, bij het Energiebedrijf(ENB) van Tata Steel IJmuiden produceren grote hoeveelheden perslucht welke nodig zijn voor het bedrijven van de hoogovens. Aangezien de hoogovens de bottleneck van de productieketen in IJmuiden vormen moeten zij altijd op maximale capaciteit draaien. In de laatste drie tot vier jaar zijn de windmachines aan meer ongeplande stilstand onderhevig dan acceptabel is voor het ENB. Deze situatie leidt tot een afname in de betrouwbaarheid van de persluchtlevering aan de hoogovens, hetgeen hun betrouwbare en efficiënte werking in gevaar brengt. Derhalve vormen de falende windmachines een groot financiëel risico voor het bedrijf, wat ertoe leidt dat het verzekeren van een betrouwbare persluchtlevering aan de hoogovens door het verbeteren van de bedrijfszekerheid van de windmachines de hoogste prioriteit heeft.
Bij de probleemanalysis zijn de relevante processen processen rondom de windmachines geanalyseerd met behulp van de Delftse Systeemkunde. Daarnaast is de beschikbaarheid voor technische systemen gedefinieerd. Een data-analyse is uitgevoerd om het probleem te kunnen kwantificeren en root cause analyses hebben geleid tot een overzicht van de grondoorzaken van de ongeplande stilstanden. Verschillende mogelijke verbeteringen zijn geïdentificeerd betreffende de operationele- en de onderhoudsstratgie, hetgeen leidde tot de volgende onderzoeksvraag:
“Hoe kan de betrouwbaarheid van de persluchtlevering aan de hoogovens van Tata Steel IJmuiden verbeterd worden door het maximalizeren van de beschikbaarheid van de windmachines op basis van herziene operationele- en onderhoudsstrategiën?”
Voor het verbeteren van de operationele strategie zijn er twee onderwerpen behandeld. Allereerst zijn standaarden en resultaatmetingen geïntroduceerd waarvan de bedoeling is dat ze gebruikt worden voor het evalueren van procesprestaties, met het doel deze te verbeteren. Ten tweede is er een risico-analyse model geïntroduceerd waarmee de productieplanning en mogelijke investeringen ter reductie van de kans op productieverlies bij de hoogovens geëvalueerd kunnen worden.
De vier geïntroduceerde standaarden zijn de beschikbaarheid, reparatietijd, de vereiste operationele uren van de windmachines en de betrouwbaarheid van de productlevering. Deze standaarden hebben bijbehorende resultaatmetingen, zijnde de de beschikbaarheid, gemiddelde reparatietijd, de gemiddelde tijd tussen storingen en de hoeveelheid productieverlies (€). De procesprestaties van de relevante processen dienen te worden geëvalueerd door het vergelijken van de resultaatmetingen met de standaarden, op basis waarvan eventueel actie kan worden ondernomen.
Er is een gevalideerd en geverifiëerd risico-analyse model gemaakt dat gebruikt kan worden om te berekenen wat de kans is dat er zich een scenario voordoet dat leidt tot productieverlies bij de hoogovens. In dit onderzoek wordt het model gebruikt om de productieplanning en verschillende investeringsbeslissingen te evalueren. Uit de korte termijn-analyse kan worden geconcludeerd dat,
VIII gegeven de gebruikte input, een investering in de revisie van WM23 (€8 mln) of in een reservedelenvoorraad (€20 mln) niet winstgevend is in de periode van mei 2015 tot december 2017. Uit de risico analyse voor de lange termijn kan worden geconcludeerd dat, gegeven de gebruikte input, de beste investeringskeuze de revisie van WM22 (€1.5 mln) is. De revisie zou moeten plaatsvinden in 2016, met als doel om de machine in januari 2017 operationeel te hebben. Volgens de modeluitkomst zal de investering binnen 10 maanden terugverdiend zijn en een totale reductie in verwachte extra kosten door productieverlies van €16 mln, of 57%, over de periode van januari 2017 tot juli 2024 opleveren.
De onderhoudsstrategie kan op drie punten worden verbeterd. De eerste is door het implenteren van operationele testen voor de reservemachines om hun conditie te kunnen bepalen. Door de reservemachines eens per jaar te gebruiken, kunnen zij bewijzen gebruiksklaar te zijn indien nodig. Defecten die aan het licht komen kunnen gerepareerd worden zonder dat dit direct invloed heeft op de betrouwbaarheid van de productlevering.
De tweede verbetering is het benutten van de functionele testen van de reservemachines voor het uitvoeren van visuele inspecties van de hoofdmachines. Echter, voor de levensvatbaarheid van deze strategie is het van belang dat de complexiteit van de visuele inspecties zoals ze op dit moment zijn drastisch wordt teruggebracht. Het wordt aanbevolen om de mogelijkheid tot het uitvoeren van visuele inspecties met een borescoop te onderzoeken, zodat deze inspectie aan het binnenwerk van de stoomturbines en luchtcompressors uitgevoerd kan worden zonder de behuizing te hoeven verwijderen, hetgeen op dit moment een kostbare en tijdrovende bezigheid is. Dit zal de drempel om een visuele inspectie uit te voeren verlagen, hetgeen ten goede komt aan de onderhoudsstrategie. De derde verbetering aan de onderhoudsstrategie is het gebruik maken van de thermodynamische parameters van de windmachines voor prestatiebewaking. Het regelmatig evalueren van de machineprestaties faciliteert besluitvorming betreffende de productie- en onderhoudsplanning. Prestatiebewaking vergemakkelijkt de detectie van interne slijtage van de windmachines zonder een visuele inspectie uit te hoeven voeren. Bovendien kan gevolgschade voorkomen worden door het in een vroeg stadium detecteren van de initiële schade. Er wordt geconcludeerd dat een thermodynamisch model, zoals gecreëerd tijdens dit onderzoek, kan worden gebruikt voor dit doel. Dit thermodynamisch model maakt gebruik van de evaluatie van afwijkingen in de luchtstroom / schoephoek-ratio en correlatie (voor compressoren), de vermogen / stoom massastroom-ratio en correlatie (voor stoomturbines) en de isentropische efficiëntie (voor beiden). De eerste twee parameters zijn in deze studie tot stand gekomen en zijn mogelijke indicatoren voor interne schade aan de windmachines gebleken. Het prestatiemodel meet ook resultaten betreffende de beschikbaarheid en machinestatus. Die kunnen worden vergeleken met de normen van de operationele en onderhoudsprocessen, teneinde de prestaties van die processen te evalueren.
De implementatie van het advies en de modellen die het resultaat van deze studie zijn zal leiden tot verbeteringen in de onderhouds- en operationele strategieën.
!["Zarys rozwoju rachunkowości w dawnej Polsce", Edward Wojciechowski, Warszawa 1964 : [recenzja]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)