Reliability-Centred Maintenance of Hydrogen-Fueled Coastal Fishing Vessel

Abstract

Denne masteroppgaven studerer RCM metoden til å konstruere ett vedlikeholdsprogram for en kystfiskesjark som bruker hydrogen som drivstoff. Sjarken vil være et null-utslippsfartøy som bruker brenselceller til fremdrift ved hjelp av hydrogen. Den norske sjømatnæringen har en signifikant andel av Norges totale drivhusgass utslipp, og å gå over til null-utslippsdrivstoff vil være med å redusere utslippene innenfor denne sektoren. Foreløpig har vi lite erfaring med å bruke brenselsceller og hydrogen på skip, og mange tekniske utfordringer knyttet til sikkerhet, tilgjengelig og drift må løses før vi kan gå over til denne teknologien. Fartøyer som bruker hydrogen som drivstoff må følge IMO´s IGF-kode som krever at alle hydrogendrevne fartøy må kunne bevise samme sikkerhet og tilgjengelighet som fartøy med tradisjonelt propulsjonssystem. En RCM analyse danner en oversikt over risikobildet for en potensiell systemsvikt og brukes til å foreslå passende vedlikeholdsoppgaver for å redusere konsekvense og sannsynlighet av en svikt.

RCM analysen er basert på prosedyrer utviklet av Moubray (1991). Fokuset med analysen er å vedlikeholde systemfunksjonen på en sikker og kostnadseffektiv måte. Analysen har gått ut på å studere systemer på komponentnivå og blant det så inngår funksjonsbeskrivelse, sviktmoder, sviktårsaker, risikoevaluering og til slutt å foreslå vedlikeholdsoppgaver tilpasset sviktmodene. Risikoevaluering brukte skipsbyggerens egne konsekvens og sannsynlighetskategorier i tillegg til deres risikomatrise.

Fra FMECA analysen kom det frem at en svikt av luftkompressoren eller en svikt av tilstandsovervåkningssystemene for drivstoffsystemet var de mest kritiske sviktmodene. Disse sviktmodene var innenfor ett uakseptabelt risikonivå basert på risikomatrisen. 3% av sviktene var på ett akseptabelt risikonivå, disse ble ikke behandlet videre i vedlikeholdsanalysen. 62% av sviktmodene var innenfor det oransje ALARP området, som er sviktmoder som bør reduseres til ett lavere nivå, men dette må evalueres gjennom en kost-nytte analyse. 26% av sviktmodene var på det gule ALARP nivået, som også bør evalueres av en kost-nytte analyse, men risikoen på disse sviktene er lavere enn det oransje nivået.

Resultatene fra FMECA ble brukt til å etablere ett vedlikeholdsprogram rettet mot hver sviktmode. Vedlikeholdsprogrammet består av 33 vedlikeholdsoppgaver. 24 av vedlikeholdsoppgave er kategorisert som tilstandsovervåkning, mens de resterende 9 er preventive vedlikeholdsoppgaver. Disse ble senere sortert inn i vedlikeholdspakker basert på intervall og ga en detaljert beskrivelse av hvordan og når vedlikeholdet skal gjøres. Vedlikeholdsintervallene går fra kontinuerlig vedlikehold til ett vedlikeholdsintervall på 5 år. Majoriteten av vedlikeholdsoppgavene var tilstandsbasert vedlikehold, men andre vedlikeholdsoppgaver som planlagt reparasjon og planlagt erstatning og testing er også inkludert i vedlikeholdsprogrammet. Resultatene fra masteroppgaven kan bli inkludert i fiskefartøyets vedlikeholdsprogram for å øke systemets pålitelighet og tilgjengelighet.

This master's thesis studies using the Reliability Centred Maintenance (RCM) method to establish a maintenance program for a hydrogen-fueled coastal fishing vessel. The vessel is a zero-emission coastal fishing vessel using hydrogen as fuel by utilizing fuel cells for power generation. This is due to the need to decarbonize the Norwegian Seafood Industry, which has a significant share of Norwegian greenhouse gas emissions. The experience of using fuel cells and hydrogen as a fuel for maritime vessels is limited, and several technical challenges concerning safety, availability, and operational ability occur. Norwegian-flagged ships using hydrogen as a fuel must follow the IGF code from The International Maritime Organization, which states that vessels using hydrogen as a fuel must have the same level of safety and reliability as ships using conventional machinery. By doing an RCM analysis on the power generation system, one can establish an overview of the risk picture for failures of this system and propose suitable maintenance tasks to reduce the probability and the consequence of a failure mode.

The RCM analysis is based on the perspective outlined in Moubray (1991). The focus remains on maintaining the system function safely and cost-effectively. The analysis studied the equipment of a system in a systematic order, including function descriptions, system failure modes, failure causes, criticality analysis and lastly, proposing maintenance tasks towards the failure modes. The criticality assessment used the shipbuilder's defined consequence and frequency parameters and risk acceptance criteria.

The outcome from the FMECA shows that the most critical failure modes were the failure of the air compressor and the failure of the input devices used for monitoring the fuel system. These failure modes were within an unacceptable risk area and had the highest risk index of 8. Only 3% of the failure modes from the FMECA were within an acceptable range and were therefore not assessed further in the maintenance task analysis. 62% of the failure modes were within the orange ALARP risk category, which generally should lower the risk level. However, a cost-benefit analysis should be done. 26% were within the yellow ALARP category, which are failures which can be accepted if a cost-benefit assessment is conducted.

The information from the FMECA worksheets was used to establish maintenance tasks to handle each evaluated failure mode. This resulted in a program of 33 maintenance tasks, where 24 were predictive, and nine were preventive. These maintenance tasks were further scheduled to maintenance packages with detailed descriptions of how and when maintenance should be conducted. The maintenance tasks are done in intervals from continuous maintenance to intervals of up to 5 years. Most of the tasks were scheduled condition-based maintenance tasks; however, scheduled restoration, scheduled replacement and failure-finding tasks are also in the maintenance plan for some failure modes. The results from this thesis can be implemented on the vessel to improve system reliability and availability.