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Une raffinerie de pétrole évite un arrêt grâce à une analyse structurée des causes profondes

Et économise des millions

Lonnie Wilson, auteur du classique Lean, Comment mettre en œuvre la production allégéeL'étude de cas sur la résolution de problèmes réels qui ont permis d'économiser des millions de dollars est suivie d'un examen plus approfondi des méthodes de dépannage. Bien que l'étude de cas soit spécifique à une situation de raffinage Lean, l'étude de cas et l'aperçu de l'analyse des causes profondes offrent des idées pertinentes pour toutes les technologies, tous les processus et toutes les industries.

Le contexte

Récemment, j'ai travaillé avec un groupe de greenbelts qui faisaient partie du programme Lean-Sigma (LS) de leur raffinerie ; j'étais leur conseiller et leur mentor.

Lors d'une visite, j'ai été abordé par le directeur de la raffinerie. Il m'a informé qu'un arrêt non programmé du craqueur de catalyseurs était imminent car le désulfuriseur VGO atteignait prématurément les conditions du catalyseur de fin de fonctionnement (EOR). Il semble que les échangeurs alimentation-effluent (F/E) s'encrassent à un rythme sans précédent et qu'un arrêt prématuré et très coûteux soit imminent. Sachant que j'étais familier avec les méthodes de résolution de problèmes Kepner-Tregoe, il m'a demandé d'examiner ce problème et de voir si nous pouvions éviter l'arrêt non programmé qu'il prévoyait.

J'ai parlé au gestionnaire du programme LS et il a fait en sorte que le groupe approprié se réunisse le lendemain. On leur a conseillé de bloquer la journée entière. Le lendemain matin, à 7 h 30 précises, nous avons commencé. Ils sont arrivés avec des diagrammes, des tableaux et des graphiques à profusion ; le volume de données qu'ils avaient recueillies et compilées était vraiment impressionnant. Le responsable du programme et moi-même sommes arrivés avec un modèle de spécification des problèmes. Nous nous sommes présentés, j'ai dit un mot rapide sur la méthode que nous allions utiliser, et nous avons commencé.

La question technique

Les gens m'ont dit à de nombreuses reprises qu'un problème bien défini est 50% résolu. Je trouve plutôt qu'un problème bien défini est plus probablement 90% résolu, et je n'ai vu aucun processus de définition des problèmes qui s'approche même de la méthodologie KT.

J'ai demandé à l'ingénieur en chef des procédés de me faire un résumé de l'histoire afin que je sois plus ou moins à jour avec le reste du groupe. Il m'a dit : "Pendant de nombreuses années, le taux d'encrassement dans les échangeurs F/E a été utilisé comme un indicateur précoce des conditions d'EOR du catalyseur dans ce réacteur. Pendant la majeure partie du cycle, la chute de pression (DP) du lit supérieur du réacteur ne changeait que très peu. Cependant, normalement après huit à dix mois de fonctionnement, ces échangeurs de chaleur atteignaient leur efficacité minimale et nous savions qu'un arrêt était imminent. Peu de temps après avoir atteint les efficacités minimales, la chute de pression du lit supérieur augmentait de façon spectaculaire, forçant l'arrêt. La chute de pression maximale du lit supérieur était normalement atteinte en trois ou quatre mois. Lors de l'arrêt, nous écumions le lit supérieur du réacteur et procédions à un nettoyage partiel de l'échangeur de chaleur. Cela permettait de prolonger le fonctionnement jusqu'à l'arrêt majeur suivant. Pour diverses raisons, notamment de sécurité, environnementales et économiques, l'option d'écumage du lit supérieur n'est plus disponible. Lors du dernier arrêt, nous avons apporté plusieurs modifications au processus, notamment : amélioration des installations de lavage de l'eau, modification de l'instrumentation et de la tuyauterie et, comme nous achetions des bruts à faible teneur en soufre, nous avons chargé le réacteur avec un catalyseur légèrement moins actif et moins cher. Ces changements ont été conçus pour permettre un fonctionnement ininterrompu de 18 mois. Cependant, nous en sommes maintenant à sept mois de fonctionnement et, compte tenu de l'efficacité très faible des échangeurs, nous sommes confrontés à un arrêt non programmé dans les trois à cinq prochains mois. Nous avons commencé ce cycle en août et, bien que nous ne l'ayons pas vu au départ, en raison de nos pratiques de surveillance, l'efficacité des échangeurs de chaleur a chuté de manière significative. En novembre, nous étions inquiets et nous avons réuni cette équipe pour réexaminer la question. Aujourd'hui, cinq mois plus tard, l'efficacité de l'échangeur de chaleur est au minimum, mais nous n'avons pas vu les changements attendus dans le DP du réacteur. Nous avons investi plus de 100 jours-hommes en temps d'ingénierie et nous commençons à penser que nous ne comprenons peut-être pas ce problème".

J'ai demandé qu'il explique le mécanisme qui fait monter le DP du réacteur, provoquant l'arrêt. Il a poursuivi :

" L'alimentation du réacteur se trouve du côté du tube ; l'effluent du réacteur se trouve du côté de la coquille des échangeurs. La réaction est exothermique, l'effluent du réacteur est donc utilisé pour préchauffer l'alimentation du réacteur. L'encrassement du côté du tube réduit l'efficacité de l'échangeur. Lorsque l'échangeur atteint une efficacité minimale, nous pensons que les débris sont alors entraînés dans le réacteur plutôt que de se déposer sur les échangeurs. Le DP sur le lit supérieur augmente alors, ce qui provoque la fin du cycle. Nous avons constaté ce phénomène lors des quatre dernières passes depuis les modifications majeures apportées il y a sept ans."

La séance de résolution de problèmes

Tout le monde a ensuite passé 30 minutes de plus à examiner les données. Nous avons ensuite commencé à remplir le cahier des charges du problème. Au début, tout s'est déroulé lentement, chacun voulant courir après son lapin préféré. Une fois que nous avons acquis la discipline de procéder étape par étape, nous avons avancé rapidement. Bien avant le déjeuner, nous avions suffisamment bien spécifié le problème pour que chacun soit convaincu que, même s'il ne comprenait pas ce mécanisme, il était sûrement différent de ce qu'il avait vu auparavant. Nous avons commencé à faire une pause pour le déjeuner, mais personne ne voulait arrêter le brainstorming ; nous étions sur une lancée. Environ une heure plus tard, nous avons fait une percée majeure. Nous étions en train de répondre à l'une des "dimensions" de la spécification du problème qui traite de l'"étendue" du problème et, parmi d'autres questions, elle demande spécifiquement "quelle est la tendance ?". À ce moment-là, j'ai remarqué quelque chose dans les données et j'ai demandé à l'ingénieur des procédés de l'usine de faire un graphique simple de la variation de la perte de transfert de chaleur au fil du temps et de le tracer sur le même graphique que la température de sortie du réacteur au fil du temps. Eurêka ! !!

Il existe deux écueils majeurs que j'ai observés et qui font obstacle à une bonne résolution de problèmes. Il est intéressant de noter que l'un de ces deux écueils n'est pas la difficulté à trouver des solutions. Il s'agit plutôt d'une mauvaise définition du problème et de l'absence d'une approche disciplinée et structurée de la résolution du problème. - Comment mettre en œuvre la production allégée

Nous avons trouvé quelque chose. Même s'il y avait beaucoup de bruit dans les données, nous pouvions voir un point d'inflexion majeur à la mi-février. Quelque chose avait changé à ce moment-là. Cela nous a donné une image claire d'une "distinction" et tout le monde a su que nous étions sur une piste. Nous avons fini de remplir le cahier des charges en abordant les quatre dimensions "quoi, où, quand et étendue" et nous sommes passés aux "causes possibles". La logique s'écoulait maintenant plus vite que nous ne pouvions la documenter et nous nous sommes rapidement concentrés sur la "cause la plus probable". Il était maintenant très clair que la chute de température du réacteur était le point clé. Très vite, nous avons pu relier la basse température à une teneur en soufre plus faible que prévu dans l'alimentation. La réaction étant exothermique, la baisse de la teneur en soufre de l'alimentation a fait chuter la température de sortie. Nous avons pu confirmer que cela provoquait le dépôt de chlorure d'ammonium et d'autres sels. Ces sels étaient un problème connu mais n'avaient jamais été observés à des concentrations aussi élevées ni aussi loin en amont dans la sortie du réacteur. Les températures de sortie plus basses ont permis aux sels de précipiter dans les échangeurs F/E plutôt que plus en aval. Nous avons déterminé qu'une solution temporaire était d'augmenter la température d'entrée jusqu'à ce que la température de sortie soit supérieure aux températures de sublimation des sels. C'était maintenant le milieu de l'après-midi et, tandis que plusieurs d'entre nous poursuivaient la documentation, deux ingénieurs se sont rendus à l'usine pour vérifier notre hypothèse.

Les résultats

Ils ont d'abord augmenté les températures d'entrée et, au bout d'une heure, ils ont pu constater que l'efficacité des échangeurs avait augmenté. Nous avions confirmé la solution. Deuxièmement, dans une expérience contrôlée au cours des jours suivants, les ingénieurs ont abaissé la température et l'ont à nouveau augmentée pour confirmer que nous avions mis au point une action corrective. Troisièmement, et finalement, nous avons augmenté la température de sortie du réacteur de manière substantielle pour "chauffer" les échangeurs afin de voir si nous pouvions améliorer leur efficacité ; cela a fonctionné et nous avons récupéré une partie des pertes en sublimant certains sels. Après une analyse plus approfondie, nous avons annoncé que nous avions trouvé le problème et qu'avec le coût d'un peu d'énergie, nous pouvions faire fonctionner l'usine jusqu'au prochain arrêt prévu. La résolution du problème et la prise de décision ont été un succès. La semaine suivante, l'équipe a examiné le projet, a commencé à travailler sur les points de suivi et a procédé à une analyse formelle des problèmes potentiels. L'application de la technique de résolution systématique des problèmes à ce problème a été un énorme succès, évitant un arrêt d'urgence d'un million de dollars et des millions de dollars de pertes de bénéfices.

Si vous avez lu l'un ou l'autre de mes livres, How to Implement Lean Manufacturing ou Lean Refining - How to Improve Performance in the Oil Industry, vous noterez une déclaration très importante que je fais. Cette déclaration, étonnamment, N'EST PAS largement partagée par la majorité, mais elle est clairement comprise par les experts et devient une réalité douloureuse pour ceux qui choisissent de l'ignorer.

Il existe deux écueils majeurs que j'ai observés et qui font obstacle à une bonne résolution de problèmes. Il est intéressant de noter que l'un de ces deux écueils n'est pas la difficulté à trouver des solutions. Il s'agit plutôt d'une mauvaise définition du problème et de l'absence d'une approche disciplinée et structurée de la résolution du problème.

La méthodologie Kepner-Tregoe (KT) est la meilleure que j'aie jamais vue pour attaquer ces deux problèmes.

Définition du problème

Tout d'abord, l'énoncé du problème n'est pas seulement un énoncé, mais il est spécifié par ce que KT appelle les quatre dimensions qui "encadrent le problème". Ces quatre dimensions sont :

  • Quel est le problème ?
  • Où est le problème ?
  • Quand le problème se pose-t-il ? Et
  • Quelle est l'ampleur du problème ?

Aussi puissant que cela puisse être pour comprendre la situation, il y a encore un autre aspect de la spécification. Lorsque vous commencez à spécifier chaque problème, en demandant "quoi, où, quand et l'étendue" du problème, la méthodologie d'AC inclut la partie "n'est pas", et c'est du pur génie. Par exemple, si vous avez un problème lié à des défauts d'une certaine nature, vous avez probablement une petite population de défauts à utiliser pour définir ces quatre dimensions. Cependant, dès que vous incluez l'analyse "n'est pas", la taille de votre base de données vient d'augmenter de façon spectaculaire. Par exemple, disons que vous avez des problèmes dans une opération de fraisage et qu'il y a cinq fraises fonctionnant en parallèle. Vous vous demandez où se trouve le défaut ? Quelqu'un fait alors une analyse et vous découvrez que vous ne les fabriquez que sur le laminoir D. Vous posez alors la question "n'est pas", c'est-à-dire : Où pourrions-nous fabriquer des pièces défectueuses, mais ne le faisons pas ? Et la réponse est maintenant l'usine A, l'usine B, l'usine C et l'usine E. Ce qui mène à la question suivante sur l'AC, qui vous demande de décrire les différences et les distinctions. Maintenant, les cinq usines deviennent une source de données pour la résolution de problèmes... et voilà, vous avez considérablement amélioré vos chances de trouver la cause première. Bien que l'AC affirme qu'elle améliore la spécification du problème grâce aux quatre dimensions, si l'on considère l'option "n'est pas" pour chaque dimension, je dirais qu'il y a 8 dimensions qui mènent à la spécification du problème.

Les gens m'ont dit à de nombreuses reprises qu'un problème bien défini est 50% résolu. Je trouve plutôt qu'un problème bien défini est plus probablement 90% résolu, et je n'ai vu aucun processus de définition des problèmes qui s'approche même de la méthodologie KT.

Approche structurée

La résolution de problèmes typique est trop souvent "prête à tirer et à viser". Ou dit autrement, un PDG, après nous avoir vu résoudre un problème noueux qui avait gêné l'une de ses raffineries pendant des années, m'a demandé : "Pourquoi semble-t-il que nous ayons le temps et les ressources pour le faire encore et encore, mais pas le temps de le faire correctement la première fois ?" Je n'ai pas de réponses simples à ces questions, mais ce que je constate, c'est que la réponse se trouve quelque part imbriquée dans les thèmes de la concentration, de la discipline et de la maturité.

Je suis sûr de ceci. Vos chances de prendre de bonnes décisions, de trouver les vraies causes profondes et d'éviter les problèmes futurs se situent carrément dans le domaine des personnes ayant une connaissance intime des processus et utilisant une approche structurée. Encore une fois, la méthodologie KT est supérieure à toute autre méthode que j'ai utilisée. Commencer par une spécification claire du problème et utiliser une analyse logique pour trouver la cause profonde n'est que le début. Presque toujours, même si l'on ne trouve qu'un seul problème, il existe souvent de nombreuses façons de le résoudre. Cela nécessite une analyse des décisions (AD), un autre élément essentiel de l'AC. Enfin, toutes les décisions comportent des risques et des problèmes futurs possibles, que la méthodologie d'AC aborde avec l'analyse des problèmes potentiels (APP). Dans le cas que nous venons d'étudier, si l'on avait eu recours à l'APP en matière d'AC avant ce passage, il est fort probable que la situation à laquelle ils ont été confrontés ne se serait jamais produite. Nous en avons discuté avec l'équipe lorsque nous avons intégré l'APP à la solution.

J'ai demandé à l'équipe : "Pourquoi n'avons-nous pas évalué ce projet en fonction des changements apportés sept mois plus tôt ?" Les réponses n'étaient pas très impressionnantes et, pour l'essentiel, ils se situaient quelque part entre l'excitation d'avoir résolu ce problème et l'embarras d'avoir mis sept mois à se rendre compte qu'ils essayaient de régler le mauvais problème - d'autant plus qu'avec la même équipe et les mêmes données, nous avions bouclé ce dossier en moins d'une journée. Cependant, il y avait maintenant une nouvelle énergie, car ils avaient vu comment la méthodologie d'AC pouvait les aider dans leurs activités quotidiennes.

Quelques semaines plus tard, le responsable du programme LS leur a fait suivre une autre session de résolution de problèmes d'AC. Une fois encore, ils ont résolu en une seule séance un problème apparemment insoluble qui les avait tourmentés pendant des mois.

Qu'en est-il de la production allégée ?

La production allégée est - La création d'une culture d'amélioration continue et de respect des personnes. Et le "moyen d'atteindre le Lean" est -

  • Résolvez vos problèmes pour atteindre l'état idéal ;
  • Grâce à l'élimination totale des déchets ;
  • Utiliser une main-d'œuvre pleinement engagée.

Vous remarquerez que tout commence par la résolution de problèmes. La vitalité et le succès de toute transformation lean dépendent littéralement de la capacité à définir et à résoudre les problèmes. Bien que la technique d'AC soit l'une de mes préférées, j'utilise d'autres techniques de résolution de problèmes, notamment les Six questions de l'amélioration continue (voir www.qc-ep.com), les outils statistiques de Six Sigma, les Cinq questions, les outils de Shainin et d'autres encore. Cependant, lorsque j'ai un problème vraiment difficile, vraiment important ou vraiment conséquent, ce qui est courant dans une raffinerie de pétrole, je compte sur la méthodologie de l'AC pour obtenir des résultats... et elle le fait, comme dans ce cas.

Le raffinage allégé et la méthodologie Kepner-Tregoe

J'utilise le processus d'AC depuis le début des années 70, lorsque j'étais ingénieur chez Chevron. Plus tard, en tant que manager, j'ai enseigné à mes superviseurs comment utiliser ces méthodes et nous envoyions les managers à la formation KT afin d'avoir quelqu'un dans le personnel pour que le processus reste frais et utilisé de manière cohérente. Lorsque j'ai écrit "Lean Refining - How to Improve Performance in the Oil Industry" (Industrial Press, 2017), qui traite de l'application des stratégies, tactiques et compétences de fabrication au plus juste dans l'industrie pétrolière, j'ai déterminé que les raffineries devaient immédiatement créer ou augmenter six domaines de compétences critiques.

Les six domaines de compétences initiaux sont les suivants :

  • Leadership
  • Planification de la HK
  • Travail standard de leader
  • Résolution de problèmes
  • Techniques statistiques
  • Gestion et animation de réunions

Plus loin dans le texte, concernant la résolution de problèmes, je dis :

"...la méthodologie d'AC devrait être enseignée à un large éventail d'employés. Tous les ingénieurs, les gestionnaires et les personnes affectées spécifiquement à la résolution de problèmes devraient avoir une formation en AC. Avec le temps, une équipe de soutien allégée sera constituée, et tous ces membres doivent être compétents en AC. De plus, vous devriez avoir au moins un formateur certifié en AC pour l'établissement.."

Un dernier mot sur la méthodologie de l'AC

Le processus d'AC favorise un autre gain que j'ai souvent constaté ; pourtant, on en parle rarement. Une fois que quelqu'un a suivi le processus, il est presque universellement impressionné par le processus et les résultats. Malheureusement, j'ai été dans la salle de contrôle à de nombreuses occasions où nous n'avons pas eu le luxe de nous asseoir avec une équipe de personnes talentueuses pour remplir les spécifications, développer les causes possibles et travailler sur un problème. Le problème était là, sous nos yeux, et nous devions agir dans les minutes qui suivaient, faute de quoi il y aurait de graves problèmes. Pour ceux qui pratiquaient régulièrement le processus d'AC, j'ai constaté qu'ils étaient à la fois plus rapides et plus lucides dans ce type de crise. Suivre la méthodologie ne permet pas seulement d'obtenir de meilleures réponses, mais aussi de s'entraîner à penser selon un processus clair, logique et intégré qui vous aidera à résoudre tout problème que vous pourriez rencontrer, où que vous soyez.

Dans toute transformation Lean, en particulier dans une raffinerie de pétrole, l'une des clés du succès est la capacité à résoudre les problèmes. Lorsqu'il s'agit d'aborder les grandes questions de résolution de problèmes afin de trouver des solutions supérieures, de prendre de meilleures décisions et d'éviter les problèmes futurs, je ne connais aucun système supérieur à la méthodologie de l'AC. Dans une raffinerie, avec une offre sans fin de problèmes importants, complexes et conséquents, les compétences en AC devraient être largement utilisées et soutenues. Cela fera une différence significative alors que vous essayez d'appliquer les stratégies, tactiques et compétences lean et que vous vous efforcez de faire de votre installation un acteur de classe mondiale.


Lonnie Wilson est l'auteur de How to Implement Lean Manufacturing (McGraw Hill 2009, 2015) qui a été récemment traduit en chinois par l'Université de Pékin et McGraw Hill. Il est également l'auteur de Lean Refining : How to Improve Performance in the Oil Industry (Industrial Press, Inc. 2017). Fondateur de Quality Consultants à El Paso, TX, Lonnie a travaillé pendant 20 ans dans la gestion des raffineries chez Chevron. Outre son expertise en matière d'évaluation, de conception du changement et de formation en Lean Manufacturing, Lonnie est un expert en résolution de problèmes, une ceinture noire Six Sigma et un formateur. Dans son temps libre, Lonnie est un lecteur passionné et un fan de football. Si vous êtes à la recherche de bons livres sur la production allégée ou ses domaines connexes, consultez la "bibliothèque de Lonnie" sur son site Web, www.qc-ep.com. Non seulement il dispose d'une vaste bibliothèque, mais chaque livre fait l'objet d'une critique. Par ailleurs, si vous souhaitez discuter de ces sujets... ou du football... il vous suffit de l'appeler.

À propos de KT

Kepner-Tregoe a permis à des milliers d'entreprises de résoudre des millions de problèmes. KT fournit une approche cohérente, évolutive et basée sur les données aux clients des secteurs de l'exploitation, de la fabrication, de la gestion des services informatiques, du support technique et de la formation et du développement. Nous vous donnons les moyens de résoudre les problèmes. KT offre une combinaison unique de développement des compétences et de services de conseil, conçue spécifiquement pour révéler la cause profonde des problèmes et relever de façon permanente les défis organisationnels. Notre approche de la résolution des problèmes donnera des résultats mesurables à toute entreprise cherchant à améliorer la qualité et l'efficacité tout en réduisant les coûts globaux.

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