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Milano, 15 Novembre 2016

La metodologia di verifica dell’invecchiamento degli impianti SEVESO

Relatore: Maria Francesca Milazzo

SEMINARIO

Invecchiamento degli impianti: rischi e soluzioni possibili

Dipartimento di Ingegneria – Università degli Studi di Messina

Ravenna, 12 Aprile 2018

• Background

• La metodologia di verifica dell’invecchiamento degli impianti SEVESO

• Il contributo della ricerca scientifica

• Conclusioni

Invecchiamento degli impianti: rischi e soluzioni possibili Ravenna, 12 Aprile 2018

SOMMARIO

Background



BACKGROUNDChe cosa si intende per invecchiamento?

Il termine “invecchiamento” non si riferisce semplicemente al tempo trascorso dalla data di produzione, di collaudo o di messa in servizio delle apparecchiature, ma è legato alla loro condizione e a come essi cambiano nel corso del tempo.

Ref. «Wintle J., Moore P., Henry N., Smalley S., Amphlett G., 2006, Plant ageing. Management of equipment containing hazardous fluids or pressure. Health and Safety Executive Report no. RR509 www.hse.gov.uk»

N° guasti

Esercizio normale InvecchiamentoIniziovita

Tempo


BACKGROUNDCome si manifesta l’invecchiamento e perchè analizzarlo?

L’invecchiamento di un componente si manifesta come una forma di deterioramento generale, di solito associato al tempo in servizio, che ne riduce l’affidabilità. L’invecchiamento aumenta il rischio di perdita di contenimento e altri guasti ed ha dimostrato di essere un fattore determinante in molti incidenti nell’industria di processo.

Ref. «Horrocks P., Mansfield D., Thomson J., Parkerv K., Winter P., 2010, Plant Ageing Study Phase 1 Report. Health and Safety Executive Report no. RR823. www.hse.gov.uk».

Corrosione, erosione, fatica, creep sono fenomeni irreversibili Aumento entropia

Claude Shannon (1948)(entropia – probabilità - informazione)

Ludwig Boltzmann (1875)(entropia – probabilità - disordine)

Rischio = f(probabilità, conseguenze, incertezza) Problema:

Ridurre le incertezze


BACKGROUNDInvecchiamento – Concetti Generali

Come ridurre le incertezze?

Incertezze aleatorie

Mancanza di dati (lack of data) -> Migliorare/Sviluppate sensori e strumenti, Intensificare le ispezioni

Perdita di informazioni (loss of information) -> Più informazioni (archivi storici)

Incertezze epistemiche

Mancanza di conoscenza (lack of knowledge) -> Più ricerca /Disseminazione


BACKGROUNDInvecchiamento – Concetti Generali

Life Cycle Management (CEN CWA 16633, 2013)

Asset Management (ISO 55001, 2014)

Risk-Based Inspection (API 580, 2009/ API 581, 2008)

I metodi RBI ottimizzano i costi delle ispezioni attraverso il confronto con i livelli di sicurezza. È necessario adattare il metodo alle richieste della legislazione.

Gli approcci RBI introducono alcuni fattori di compensazione soggettivinella valutazione delle frequenze di incidente per tener conto della specificità dell’impianto, della complessità, dei meccanismi di danneggiamento, del sistema di gestione, etc. C’è la necessità di ridurre le incertezze insite nei modelli.

API 581 fornisce una check-list estremamente dettagliata per la valutazione del Sistema di Gestione.


METODOLOGIE PER LA VALUTAZIONE E LA GESTIONE DELL’INVECCHIAMENTOAnalisi della letteratura - Approcci

ScopoConsentire agli auditor una valutazione speditiva dei programmi di gestione dell’invecchiamento, negli stretti limiti temporali delle ispezione.

Campo di applicazioneAttrezzature di contenimento primario (Tubature /Recipienti in pressione/atmosferici)Attrezzature critiche ai fini dell’incidente rilevante

Fuori dal campo di applicazioneOrgani Rotanti, Valvole, Strumentazione .. (più facilemente sostituibili)Attrezzature non critiche ai fini dell’ incidente rilevanteL’obsolescenza delle apparecchiature, l’invecchiamento delle organizzazioni e del personale ed altri argomenti affini non sono inclusi.

Attrezzature critiche ai fini dell’incidente rilevante: Le attrezzature, che sono incluse nell’albero dei guasti legato ad un top event.

Le attrezzature che contengono sostanze pericolose in quantitativi sufficienti a produrre un rilascio di sostanza pericolosa con possibile incidente rilevante.


LA METODOLOGIA DI VERIFICA DELL’INVECCHIAMENTO DEGLI IMPIANTI SEVESOScopo e campo di applicazione

AGEING

Tempo in esercizio/età

Fermate ImprevisteGuasti

Incidenti & Near MissesDanneggiamenti/Difetti

Meccanismi di deterioramento

Sistemi di protezione

Controllo di processo Efficacia

ispezioni

Pianificazione ispezioni e risultati

Audit(pianificazione e risultati)

Management System

Per ogni apparecchiatura critica


LA METODOLOGIA DI VERIFICA DELL’INVECCHIAMENTO DEGLI IMPIANTI SEVESOModello fishbone


LA METODOLOGIA DI VERIFICA DELL’INVECCHIAMENTO DEGLI IMPIANTI SEVESOFattori acceleranti e frenanti

• I fattori acceleranti danno penalità, invece quelli rallentanti danno compensazioni.• Si considera il range di variabilità del fattore e sono definite quattro categorie di

punteggio: 1 = basso; 2 = medio; 3 = medio-alto; 4 = alto. Il segno sarà negativoper le penalità e positivo per le compensazioni.

• La media pesata dei fattori acceleranti fornisce l’indicatore di “propensione”all’invecchiamento, che avrà valore compreso tra 1 e 4.

• La media pesata dei fattori di controllo fornisce l’indicatore di capacità di controllodei fenomeni, sempre oscillante fra 1 e 4.

• I pesi dei fattori si assumono tutti pari a 1 lasciando la libertà all’utilizzatore difissarli.

Se indicatore della capacità di controllo < dell’indicatore di propensioneall’invecchiamento CRITICITA’

Se indicatore della capacità di controllo > dell’indicatore di propensioneall’invecchiamento ADEGUATO

Età di costruzione e ore di esercizio: Si riferiscono alla duratadelle attività nell'impianto, l'età reale del sistema deve esseresottratta dei periodi di inattività. Sono rispettivamente i rapporti “etàattuale/età massima di progetto” e “Ore attuali di esercizio/Ore maxdi servizio progettate”.


LA METODOLOGIA DI VERIFICA DELL’INVECCHIAMENTO DEGLI IMPIANTI SEVESOFattori acceleranti

Attrezzatura critica

Ore esercizioattuali

Ore maxesercizioattese

Età reale Età maxattesa

Rapporto %Col 2/Col 3 oppureCol 4 / Col 5

Punteggio

Punteggio Rapporto età/tempo di vita atteso (anni /ore esercizio)

1 f ≤ 90%2 90 < f ≤ 100 %3 100 < f ≤ 125 %4 f > 125%

Fermate impreviste: Per fermate impreviste si intendono e sicomputano tutte quelle non programmate i cui tempi e procedure difermata non sono quelli definiti dai manuali operativi di impianto (adesempio per interventi dei sistemi di blocco e di sicurezzaautomatici), tali da indurre potenziali stress termici e meccanicianormali



Attrezzatura critica Numerofermateimpreviste

Numero di fermate totali

RapportoCol 2/ Col 3

Punteggio

Punteggio Rapporto Fermate impreviste/ fermate totali

1 f ≤ 10%2 10% < f ≤ 25%3 25% < f ≤ 60%4 f > 60%

Tassi di Guasto: Quantitativamente è dato dal reale tasso di guastoregistrato sui componenti per un arco temporale di riferimento (10anni). L’incidenza va confrontata con il tasso di guasto riportato per latipologia nei database di riferimento (p.e. HSE/FRED, OREDA)utilizzato per la redazione del Rapporto di Sicurezza



Attrezzatura critica Numero guasti registrati

Numero guasti attesi in base ai ratei di guasto di riferimento

Rapporto %Col 2 e 3

Punteggio

Punteggio RAPPORTO1 f< 0,52 f = 0,5÷13 f = 1,0÷2,04 f >2,0

Incidenti e Quasi Incidenti: É un fattore complessivo che prendein considerazione tutti gli eventi significativi (incidenti, quasiincidenti, anomalie) riportati negli ultimi 10 anni per le attrezzaturecritiche di contenimento primario, per verificare quanti di questi sonocorrelati in tutto o in parte a fenomeni di deterioramento dovuti ainvecchiamento



Totale Numero eventi registrati negli ultimi 10 anni per le attrezzature critiche

Numero di eventi connessi al deterioramento per le attrezzature critiche

Rapporto %Col 2/Col 3

Punteggio

Punteggio % incidenti, quasi incidenti e anomalie dovute a corrosione

1 f < 5%2 5% ≤ f < 15%3 15% ≤ f < 35%4 f ≥ 35%

Danneggiamenti: questo fattore si riferisce ai danneggiamenti“gravi” delle attrezzature critiche, come rilevati attraverso i varicontrolli (programmati ed estemporanei).



Punteggio % Attrezzature Danneggiate 1 f ≤ 1%2 0,01 < f ≤ 3%3 0,03 < f ≤ 5%4 f > 5%

Totale Numero di danneggiamenti o difetti gravi alle attrezzature critiche in 10 anni

Numero di attrezzaturecritiche

Rapporto %Col 2/Col 3

Punteggio

Meccanismi di deterioramento: È legato alla gravità delleconseguenze, alla capacità di rilevamento dei principali meccanismi didanno (mediante ispezione), alla velocità di propagazione danni.



Attrezzatura critica Meccanismo di deterioramento Presenti

Meccanismo di deterioramento prevalente

Punteggio

Meccanismo

Rilevabilità

Velocità

Conseguenze

Media

Metallurgico a lungo termine 4 1 4 3

Metallurgico a breve termine 4 4 4 4

Assottigliamento Uniforme 2 2 3 2

Corrosione dovuto a Suolo e Ambiente

1 1 2 1

Stress Corrosion Cracking 4 2 4 3

Danneggiamento da idrogeno ad alta Temperature

4 3 4 4

Fatica 3 3 3 3

Creep 3 3 4 3

Corrosione sotto isolamento 4 3 4 4

Assegnazione del punteggio

Identificazione dei principali meccanismi di danno

Meccanismo 1 Meccanismo 2 …

3 4

1 2

1 = basso2 = medio3 = medio-alto4 = alto

RILEVABILTÀ

VELOCITÀ

CONSEGUENZE

Meccanismo n



Punteggio Descrizione

1 Rilevazione facile (sufficiente esame visivo)

2 Rilevazione relativamente facile (con controlli non distruttivi)

3 Rilevazione relativamente difficile (con prove parzialmente invasive o campioni sacrificali)

4 Rilevazione difficile (necessarie prove invasive)


1 Scala temporale di propagazione pluridecennale

2 Scala temporale 5 10 anni

3 Scala temporale 2 5 anni

4 Scala temporale inferiore a 2 anni


1 Degrado di apparecchiature destinate al contenimento di sostanze non pericolose

2 Nessuna perdita di contenimento

3 Perdite minori di sostanza pericolosa

4 Rilascio significativo di sostanza pericolosa

Rilevabilità: Facilità di rilevamento del fenomeno e di misura degli effetti.

Velocità: La propagazione del fenomeno è legata al tempo.

Conseguenze: Entità della perdita di contenimento provocata e sua pericolosità



Sistema di gestione integrità: Riguarda il piano di controllo delleattrezzature critiche, entro il SGS-PIR, Deve essere predisposto edattuato in modo da garantire l'affidabilità e la disponibilità per ogniparte dell'impianto, in congruenza con la valutazione dei rischi diincidente rilevante


LA METODOLOGIA DI VERIFICA DELL’INVECCHIAMENTO DEGLI IMPIANTI SEVESOFattori frenanti

Punteggio Tipologia

1 Gestione documentale interna per le attrezzature critiche (con regolare registrazionedegli interventi ispettivi e manutentivi).

2 Programmazione delle ispezioni alle attrezzature critiche in base alla tipologia, allecondizioni e al livello di rischio.

3 Programmazione delle ispezioni in base al rischio RBI, secondo standard EEMUA159:2018, API 580/581:2016, ASME PCC-3-2007, UNI 11325-8:2016 CEN 16991:2016

4Programmazione delle ispezioni RBI (EEMUA, API; ASME, UNI, CEN), aggiornatasistematicamente in base alle variazioni dei materiali e delle condizioni di esercizio. API584

Audit: Si riferisce alla conduzione di audit e comprende unavalutazione della frequenza con cui sono eseguiti e i loro risultati (nonconformità rilevate utilizzando una lista di controllo).



Punteggio% f non

conformità minori

Punteggio % f non conformità maggiori

1 30,0% 1 20%2 20,0% 2 10%3 10,0% 3 5%4 5,0% 4 3%

Punteggio non conformità minori

Punteggio non conformità maggiori

N° punti esaminati negli audit negli ultimi 10 anni

N° punti con non conformità minori N° punti con non conformità maggiori% R = (N° punti con non conformità/ N° punti esaminati)

Punteggio parziale Punteggio complessivo totale = media dei due punteggi parziali

Pianificazione e risultato ispezioni: È legato alla pianificazionedelle ispezioni e ai risultati dei test che verificano la funzionalità el’integrità del sistema, e tempo trascorso da ispezioni precedenti.



Attrezzatura critica

N° Test funzionali eseguiti

PunteggioParziale

PunteggioParziale

N° Test integrità eseguiti

N° Test integrità OK

PunteggioParziale N° ispez. in

programma

N° ispez.fatte entro scadenza

PunteggioParziale

somma1 somma2 somma2 / somma1 somma4 somma5

somma5/ somma4

somma7 somma8 somma8/ somma7

Punteggio parziale A

Punteggio parziale B

Punteggio parziale C

= Media dei tre punteggi parziali

A B C

Punteggio

Risultati test di funzionalità (% componenti non danneggiati)

PunteggioRisultati test di integrità(% componenti non danneggiati)

Punteggio% di ispezioni attuate entro le scadenze previste

1 <90% 1 <98% 1 <90%

2 >90<95% 2 >98<99% 2 >90<95%

3 >95<98% 3 >99<99,5% 3 >95<99%

4 >98% 4 >99,5% 4 >99%





Efficacia e appropriatezza delle ispezioni fatte: È definito comela percentuale di ispezioni appropriate fra quelle attuate nel periododi riferimento (10 anni). È influenzata dalla qualificazione degliispettori.

Punteggio medio fra:

Efficacia, estensione ed adeguatezza delle ispezioni Qualificazione degli Ispettori e della ditta

1 Tale da garantire con sufficiente attendibilità l’individuazione dei difetti, il degrado del materiale e i sottospessori

1Dimostrata competenza/esperienza

2 Tale da garantire con buona attendibilità l’individuazione di difetti,il degrado del materiale e i sottospessori

2Ispettori qualificati secondo standard ASNT

3 In grado di rilevare il danno nella maggior partedei casi (90%)

3 Ispettori qualificati da ente terzo secondo Norma UNI EN ISO 9712:2012 Livello 2

4In grado di rilevare il danno in quasi tutti i casi

4 Ditta certificata in qualità per le misurazioni, Ispettori tutti qualificati secondo Norma UNI

EN ISO 9712:2012 fino a Livello 2



Sistemi di controllo: Il minimo livello riconoscibile è l’adozione disistemi di basati su sensori e regolatori che controllano i parametri diesercizio. L’adozione di standard che garantiscano l’affidabilità deisistemi elettronici preposti allo scopo (IEC 61508 e IEC 61511) è unelemento premiante.

Punteggio Tipologia di sistema di controllo

1 Sistema di controllo con registrazione dei dati

2 Sistema di controllo con registrazione dei dati + blocco automatico

3 Sistema di controllo con registrazione dei dati + sistema di blocco automatico separato

4 Sistema di controllo con registrazione dei dati + sistema di blocco automatico separato + livelli di certificazione sicurezza dei sistemi di blocco



Rivestimenti e protezioni specifiche: Considera le condizioni delrivestimento (cladding, lining, coating, catodica) e le ispezionieseguite

Punteggio medio fra:

Punteggio Intervallo di tempo dall'ultima ispezione del

rivestimento

Punteggio Condizioni di conservazione rilevate

nell’ultima ispezione1 > intervallo massimo 1 Condizioni povere

2 intervallo massimo 2 Condizioni medie

3 intervallo minimo 3 Condizioni buone

4 < intervallo minimo 4 Condizioni perfette


LA METODOLOGIA DI VERIFICA DELL’INVECCHIAMENTO DEGLI IMPIANTI SEVESORisultati

1 Età o ore di esercizio2 Fermate impreviste3 Tassi di guasto4 Incidenti e quasi incidenti5 Danneggiamenti e difetti6 Meccanismi di deterioramento

Media penalità (propensione invecchiamento) P

1 Sistema di gestione SGS-PIR2 Risultati degli Audit3 Pianificazione e risultati delle ispezioni4 Efficacia delle ispezioni5 Controllo di processo6 Protezioni specifiche

Media compensazioni (capacità di controllo) C

IC = Indice compensato (- P + C)

Proporzionalità Se il punteggio negativo è basso (pochi fattori acceleranti)anche le attività richieste sono poche (fattori frenanti)

+ fattori acceleranti => + fattori frenati

Libertà Il gestore è libero di scegliere fra le possibili attività A differenza della check list

i fattori frenanti sono complementari fra di loro

Semplicità Somma algebrica di fattori frenanti ed acceleranti non deve essere negativa

Non si richiede altro!


LA METODOLOGIA DI VERIFICA DELL’INVECCHIAMENTO DEGLI IMPIANTI SEVESOVantaggi

Il contributo della ricerca scientifica



IL CONTRIBUTO DELLA RICERCA SCIENTIFICANecessità

Step 1 – Raccogliere informazioni da percezione visiva: pulizia, ordine, deterioramento esterno, trattamenti superficiali (rivestimenti, verniciature, ecc).

Step 2 – Necessità di conoscere ciò che non si vede (diversi livelli di conoscenza)

Livello 0 – Supporto visivo

Livello 1 – Aumentare visione

Livello 2 – Indagine specializzata

Sviluppo di modelli probabilistici

Sviluppo di modelli real-time

Sviluppo di sensori virtuali di invecchiamento


METODOLOGIE PER LA VALUTAZIONE E LA GESTIONE DELL’INVECCHIAMENTOIl contributo della ricerca

33

Digital twin

Planimetria

Meccanismi di dannoVelocità di propagazione

Ispezione ed efficacia

Parametri di processo e Variabili esterne


METODOLOGIE PER LA VALUTAZIONE E LA GESTIONE DELL’INVECCHIAMENTOIl sensore virtuale – Schematizzazione (hardware)


IL CONTRIBUTO DELLA RICERCA SCIENTIFICAIl sensore virtuale – Risultati visualizzati

Conclusioni


Primo Sviluppo nell’ambito della ricerca istituzionale INAILNovembre 2016 presentazione al SAFAP

Dicembre 2016 MATTM istituisce GdL ,con rappresentanze istituzionali + Unione Petrolifera + Federchimica

Marzo – Luglio 2017 Il metodo rivisto criticamente dal GdL

Luglio 2017 Inizia la sperimentazione presso alcuni siti

Novembre 2017 Fine prima fase di sperimentazione

Marzo 2018 Presentazione del metodo


CONCLUSIONI

Milano, 15 Novembre 2016


Relatore: Maria Francesca Milazzo

Dipartimento di Ingegneria – Università degli Studi di Messina

Ravenna, 12 Aprile 2018

SEMINARIO

Invecchiamento degli impianti: rischi e soluzioni possibili

La metodologia di verifica dell’invecchiamento degli ......conformità rilevate utilizzando una...

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