Sicurezza Intrinseca e Reazioni ... - Politecnico di Milano · Attilio Citterio Concetto di...
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Sicurezza Intrinseca e Reazioni Intrinsecamente più Sicure. Scuola di Ingegneria Industriale e dell’Informazione Course 096125 (095857 Introduction to Green and Sustainable Chemistry Prof. Attilio Citterio Dipartimento CMIC “Giulio Natta” https://iscamapweb.chem.polimi.it/citterio/it/education/course-topics/
Transcript of Sicurezza Intrinseca e Reazioni ... - Politecnico di Milano · Attilio Citterio Concetto di...
Sicurezza Intrinseca e
Reazioni Intrinsecamente più Sicure.
Scuola di Ingegneria Industriale e dell’Informazione
Course 096125 (095857
Introduction to Green and Sustainable Chemistry
Prof. Attilio Citterio
Dipartimento CMIC “Giulio Natta”
https://iscamapweb.chem.polimi.it/citterio/it/education/course-topics/
Attilio Citterio
Probabilità
Portata
Pericolo
Rischio
Approccio alla Valutazione del Rischio.
Rischio = (Probabilità × Gravità del danno)
Scegliere
l'obiettivo
Condizioni di Processo
Funzioni di Vulnerabilità
Letteratura
Scegliere il centro dell'analisi:
Umano;
Produttività;
Danni al patrimonio;
Ambientale;
Albero eventi
Assolvere i
requisiti
ontrattuali
Definire
Priorità
rischio
Da frequenza di rilascio a
frequenza di risultati
(interazione con valutazione
conseguenze);
Gli effetti fisici dipendono dal
Pericolo e dalle condizioni di
processo;
da effetti fisici a impatto sugli
obiettivi;
Il Rischio è una funzione della
Probabilità e della Portata.
Attilio Citterio
Cause di Perdite in Grossi Incidenti di Impianti.
44
22
12 11
5 51
Meccanico ErroreOperatore
Sconosciuto ModificheProcesso
PericoliNaturali
Progettazione Sabotaggio eIncendio
ProcessProgetta-
zione
Incid
en
ti (
%)
Attilio Citterio
Concetto di Sicurezza.
L’eliminazione di infortuni (e seri incidenti) non è di fatto raggiungibile.
Danni si verificheranno sempre, nonostante gli sforzi di prevenzione.
Nessuna attività umana o sistema fatto dall’uomo può essere privo di
rischi ed errori.
Un rischio o errore controllato è accettabile in un sistema
intrinsecamente sicuro.
Sicurezza è lo stato in cui il rischio di causare danno a
persone o cose è ridotto a, e mantenuto a o sotto, un
livello accettabile tramite un continuo processo di
identificazione del pericolo e gestione del rischio.
Attilio Citterio
L’Evoluzione del Pensare Sicurezza.
FATTORI TECNICI
FATTORI UMANI
FATTORI ORGANIZZATIVI
1950 1970 1990 2010
OG
GI
Meccanica, miglioramenti, tecnologia
CRM, MRM, Prestazione umana
SMS
Identificare i pericoli sulla
Sicurezza
Migliorare le azioni correttive per mantenere le prestazioni di
Sicurezza
Controllo continuo per garantire le
prestazioni di Sicurezza
performance della
organizzazione
Ricerca di miglioramenti continui nelle prestazioni
complessive del SMS
Attilio Citterio
Sicurezza Intrinseca (Strategie Precedenti e Attuali).
Pre-1930’s Identificare chi causa la perdita e punire i colpevoli
Pre-1970’s Trovare i difetti, e definire l'interfaccia uomo-macchina
1970’s, 80’s Sviluppo di tecniche di valutazione del rischio
1980’s Standard basati sul rischio; normative legislative;
2000’s Progettazione ‘verde’ e ‘sicurezza intrinseca’
2000's Sistema di Gestione della Sicurezza (SMS-C)
CJChE, vol 81, pp. 2-16 (2003); * ICAO Safety Management manual (2010)
Impegno Direzione & Responsabilità
• Responsabilità sicurezza
• Nomina del Personale per la sicurezza
• Coordinamento del piano di risposta all'emergenza
• Documentazione SMS
Gestione del Rischio Sicurezza
• Identificazione del pericolo
• Valutazione del rischio & mitigazione
Garanzia di Sicurezza
• Monitoraggio & misura delle prestazioni di sicurezza
• Gestione del cambiamento
• Miglioramenti Continui del SMS
Promozione della Sicurezza
• Formazione e Istruzione
• Comunicazione sulla sicurezza
Attilio Citterio
Il Dilemma della Gestione.
ProduzioneProtezione
RisorseRisorse
Livelli di Gestione
Attilio Citterio
Conflitti e Compromessi.
Le proprietà di una tecnologia che la fanno pericolosa possono essere le
stesse che la rendono utile:
Gli aerei viaggiano a 960 km·h-1
La benzina è infiammabile (il sostituto deve essere in grado di
immagazzinare una grande quantità d’energia in forma compatta)
Il controllo del pericolo è un problema critico nell’ottenere in sicurezza i
benefici della tecnologia.
Ogni cosa presenta pericoli multipli:
Viaggiare in auto
• velocità (energia), combustibile infiammabile, tossicità dei gas di
scarico, superfici calde, sistemi di raffreddamento pressurizzati,
elettricità ......
Prodotti e processi chimici
• Tossicità acuta, infiammabilità, corrosività, tossicità cronica , vari
impatti ambientali, reattività .......
Attilio Citterio
Cosa si Intende per Progetto
Intrinsecamente più Sicuro?
• Intrinseco - “esistente in qualcosa come un elemento permanente ed inseparabile...”
“costruito” sicuro, non “aggiuntivo”
• Eliminare/minimizzare il pericolo piuttosto che controllarlo
• I tre stadi:
• Identificazione del pericolo,
• Valutazione del pericolo e
• Evoluzione della Sicurezza Intrinseca
• Più una filosofia ed un modo di pensare che uno specifico insieme di strumenti e metodi (ma... Norme ISO) Applicabile a tutti i livelli di progettazione e azione dal progetto
concettuale alle operazioni di impianto
• “Più Sicuro,” non “Sicuro”
Attilio Citterio
Progettazione Intrinsecamente più Sicura,
Chimica Verde, e Ingegneria Verde.
Chimicae Ingegneria Verde
Progettazione intrinsecamente
più Sicura
Attilio Citterio
Entità del Rischio in Vari Ambiti.
Rischio
Fatale
10-6 10-5 10-4 10-3 10-2
Sistemi Amatoriali Sistemi sicuri Sistemi Ultra-sicuri
Aviazione Civile
Ferrovie (Francia)
Industria Nucleare
Voli charterRischio medico
(totale)
Sicurezza stradale
Industria Chimica
di Processoscalate sull’Imalaia
(da R. Amalberti)
Attilio Citterio
Sistemi di Controllo nell’Industria Aereonautica.
Operatività dell’aereo
Manutenzione dell’aereo
Servizi del traffico in aria
Aeroporti
Due gruppi d’ascolto
Stati
Fornitori di servizi
Tre distinti requisiti
Programma di Sicurezza
SMS
Verifiche di gestione
Attilio Citterio
Strategie – Livelli di Intervento e Strumenti.
Prestazioni di base
“Practical
drift”
organization
Predittivo Proattivo Reattivo
Estrem. efficiente Molto efficiente Efficiente
Livelli di Gestione della Sicurezza
Reattivo
Livello di gestione
auspicabile
Insufficiente
ASRSorveglianza
Audits
ASR
MOR
Relazioni su pericolo
e incidenti
Pericolo
FDAsistemi di
osservazione diretta
Attilio Citterio
Panoramica sulla Mitigazione del Rischio.
La mitigazione
affronta il pericolo?
Affronta anche il rischio(i)?
E’ appropriata?
E’ efficace?
Valutazione delle difese all’internosistema sicurezza
R RR R
Accettazione della mitigazione del
rischio
H H H H
Identificazione del pericolo e
gestione del rischio
Controllo e mitigazionedel rischio (i)
E’ addizionale o
altre mitigazioni?si richiedono
OGNI PERICOLO
Regolamenti
Addestramento
Tecnologia
Le strategie dimitigazione generanoulteriori rischio(i)
OGNI RISCHIO
Ritorno (Assicurazione Sicurezza)
ALARP
Regione
intollerabile
accettabile
Regione
Regione
tollerabile
Attilio Citterio
Pericolo e Rischio.
• Pericolo: Una caratteristica intrinseca fisica o chimica che
potenzialmente può causare danni a persone, all’ambiente, o ai beni
(CCPS, 1992).
• I pericoli sono caratteristiche dei materiali e della chimica
• I pericoli sono caratteristiche delle variabili di processo.
• Gli impianti chimici di processo hanno un rischio intrinseco. I gestori
di ogni insediamento devono decidere quale rischio è tollerabile. Si
può ridurre il Rischio riducendo le conseguenze e/o riducendo la
probabilità che l’evento si verifichi.
Esempi
Fosgene – tossico per inalazione; Acetone - infiammabile
Vapore ad alta pressione - energia potenziale dovuta alla
pressione, e all’alta temperatura
Rischio di un Evento = Conseguenza * Probabilità
Attilio Citterio
Sicurezza e Salute
Occupazionale
• Regole del posto di lavoro
• Addestramento lavoratori
• Supervisione
• Comportamenti individuali
• Dispositivi di Sicurezza, DPI
• Fuoco sul benessere individuale
Obiettivo: eliminare ferite e malattie
al personale e proteggere le attività
commerciali, la produzione e
l'ambiente.
Sicurezza di Processo
• Impegno collettivo
• Si rivolge agli eventi sui quali il
singolo lavoratore spesso ha
poco o nessun controllo
• E' centrato sui sistemi
• Ampio impatto – eventi che
possono coinvolgere gruppi di
lavoratori o il pubblico
Obiettivo: eliminare, prevenire,
evitare gli incidenti dei processi.
La Sicurezza di Processo è l'uso delle competenze
'ingegneristiche e gestionali focalizzate a prevenire incidenti
catastrofici, in particolare esplosioni, incendi e rilascio di
tossici, associati all'uso di composti chimici e prodotti
petroliferi.
Occupational Safety vs. Process Safety.
Attilio Citterio
Pericoli per Composti Chimici e Rischi Correlati.
Le attività industriali e i prodotti di consumo hanno portato alla creazione
di > 70,000 composti chimici. La velocità di formulazione di nuovi prodotti
chimici supera la velocità a cui si può valutare la loror sicurezza.
Non c’è sempre una soglia sotto la quale non ci sono effetti negative
sulla salute. Per esempio, i cancerogeni causano sempre un rischio
indipendentemente dalla dose. Perciò si richiede un livello di esposizione
Rischio = f (pericolo, esposizione)
Quanto pericolosa è una sostanza Quanto se ne accumula
Questioni Primarie: quanto pulito è pulito? Quanto sicuro è sicuro?
Attilio Citterio
Sicurezza di Processo Basata sul Rischio.
ISBN: 978-0-470-16569-0
Impegnarsi per la Sicurezza di Processo
Cultura della Sicurezza di Processo
Rispetto degli Standard
Competenza nella Sicurezza di Processo
Coinvolgimento dei lavoratori
Parti Interessate
Comprendere Pericoli e Rischi
Gestione della Conoscenza sul Processo
Identificazione del pericolo e Analisi del Rischio
Gestire il Rischio
Procedure Operative
Pratiche di Lavoro Sicuro
Integrità patrimoniale e Affidabilità
Gestione appalti
Addestramento e and Garanzia di Affidabilità
Gestione del Cambiamento
Prontezza Operativa
Conduzione delle Operazioni
Gestione dell'Emergenza
Imparare dall'Esperienza
Indagini sugli Incidenti
Misure e Metriche
Auditing
Riesame della Direzione e Miglioramento Continuo
Attilio Citterio
ISO 9001:2015
Requisiti dei Sistemi di Gestione della Qualità.
Pensare in Base al Rischio
Supporto
(7)Operazioni
(8)
(5)
Pianifica-zione
(4) (9)
Valutazione
prestazioni
(10)
Miglioramenti
Pianif. Fare
Agire Verificare
Requisiti
Cliente
Necessità e
attese delle
parti rilevanti
interessate (4)
Prodotti e
servizi
Soddisfazione
cliente
Risultati
della QMS
Sistema di Gestione della Qualità (4)
Organizzazione
e suo contesto
(4)
Leadership
Attilio Citterio
Struttura QMS Ri-organizzata.
4. Contesto dell'Organizzazione – orientato ai bisogni e alle attese delle
parti interessate, scopo del QMS
5. Leadership – orientato al mandato di gestione, politica, ruoli,
responsabilità e autorità
6. Pianificazione – include i rischi, opportunità, obiettivi w piani per
raggiungerli, pianificazione dei cambiamenti
7. Supporto – include le risorse, competenze, consapevolezza,
comunicazione, informazione documentata
8. Operatività – include la pianificazione e il controllo, determina i bisogni
del mercato, interazione w/clienti, processo di pianificazione, controllo
delle forniture esterne di ben/servizi, produzioni di beni, fornitura di
servizi, rilascio di beni/servizi, non-conformità beni/servizi
9. Valutazione prestazioni – include il monitoraggio, misura, analisi e
valutazione, audit interno, revisione gestione
10. Miglioramento – affronta le non-conformità e le azioni correttive,
propone soluzioni migliorative.
Attilio Citterio
Evoluzione della Norma ISO 9001 e
Tempistiche Transizione per ISO 9001:2015.
2015 2016 2017 2018
Settembre 2015Pubblicato lo Standard
Internazionale
Settembre 2015 parte il periodo di 3 anni di transizione
per Settembre 2018
Le organizzazioni
certificate avranno un
periodo di transizione di
tre anni a partire dal
Settembre 2015 per
aggiornare il loro
sistema di gestione della
qualità ai nuovi requisiti.
7 anni
ISO 9001:1987
6 anni
ISO 9001:1994
8 anni
ISO 9001:2000
7 anni
ISO 9001:2008 ISO 9001:2015
Attilio Citterio
Quattro Fasi del Rischio.
Analisi del Rischi Valutazione del Rischio Identificazione USO FINALE
Identificazione PERICOLO
Stima del RISCHIO DEFINIZIONE RISCHIO
Decisioni accertabilità Rischio
Controllo Rischio analisi OPZIONI
Implementazione delle misure valutazione RISCHIO RESIDUO accettazione RISCHIO totale
InformazionePost Produzione
Esperienza post-produzione Riesame della GESTIONE RISCHIO Esperienza – uso dei clienti Presa di azioni appropriate
Attilio Citterio
Analisi della Sicurezza.
Analizzare il processo
in base alla ESARR 4 e
agli standard per la
gestione del rischio.
Documentazione:
FHA
PSSA
SSA
Safety Case
Definizione contesto
Trattare i Rischi
Identificazione Rischio
Analisi dei Rischi
Valutazione dei
Rischi
Accettare
i rischi
Si
No
Frequenza Conseguenze
Livello di rischioC
om
unic
are
e C
onsultare
Monitora
re e
riv
edere
Attilio Citterio
Valutazione del Rischio.
Metodi (SAM):
Hazop
FMECA
FTA
ETA
Affidabilità
Rischio-informato
approccio MTO
Ispettorato
dello Staff
Selezione Educazione e addestramentoprocedure
Interfacce
Super -visione
Manutenzione
Hazards
RisksRisultato
Relazioni
Principi e
-Obiettivi, standard e
risorse della
organizzazione
Processo
Attori in
prima linea
Progett. Sistema
Valutazione
Req. di SicurezzaSpecifiche
Pericoli
Rischi
Attilio Citterio
Acronimi dei Vari Metodi.
SAM = Safety Assessment Methodologies
HAZOP = HAZard and OPerability analysis
FTA = Fault tree analysis, o analisi dell'albero dei guasti
ETA = Event Tree Analysis
FMEA = Failure Mode and Effect Analysis
FMECA = Failure Mode, Effects, and Criticality Analysis
MTO = Man-Technique-Organisation
FHA = Functional Hazard Assessment
PSSA = Preliminary System Safety Assessment
SSA = System Safety Assessment
ESARR 4 = EUROCONTROL Safety Regulatory Requirement
CPPs = Critical Control Points
QMS = Quality Management Systems
Attilio Citterio
Identificazione del Pericolo.
Pericoli rilevanti per l'impianto/sito
• Interazione con parti terze
• Eventi naturali
Pericoli rilevanti per la configurazione del processo• Deviazioni del processo
Pericoli rilevanti a pezzi di apparecchiature
• Corrosione e defetti di Materiali,
• Errori di fabbricazione, ecc.
HAZID
MSDS
Prima
identificazione del
progetto di Pericolo
Linee guida e
principi per l'HAZOP
Miglioramento
Progetto
Analisi dettagliata e
quantitativa per
migliorare la
sicurezza del
progetto
HAZOP
FMECA
Analisi
Statistiche
Attilio Citterio
Identificazione del Pericolo (2).
Rilascio
PressurizzatoNon-
pressurizzatoAltro
Gas2-fasi / Liquido
Flash / Spray
Rainout
PoolEvaporazione
Fuoco esterno
Fasecond.
Palla di fuoco
Fuoco Jet
Fuoco flash
VCEFuocoPool
Bleve RPT
Jet
RilascioContinuo
Accensioneanticipata
dispersioneGas
Accensioneriradata
CongestioneAccensione ritardata
Accensioneanticipata
disper.tossici
Attilio Citterio
FMEA.
PROCESSO FMEA
Elencare TUTTI i possibili guasti
Classificazione e quantificazione (da 1 a 10) dei guasti in base a:
Frequenza (F) / probabilità che si verifichi il guasto
Severità (S) dell'effetto
Individuazione (D) del guasto (capacità di rivelarlo)
Ordinare per priorità in base al calcolo delNumero di Priorità di Rischio: RPN = F × S × D
Definizione
del team
Contesto
Scopo del
team
Identificazione
guasti
valutazione
rischio
Definizione di azioni
correttive / preventive
Nuova
Valutazione
del rischio
Documento
analisi del
rischio
Azioni di
Miglioramento
Valutazione
finale delle
conseguenze
1 2 3 4 5 6
Attilio Citterio
Metrica FMEA.
• Diagramma a spina di pesce per unità di operazione per strutturare i
parametri di processo
• Si usa una scala a 5 livelli per graduare i parametri e calcolare il
Numero di Priorità di Rischio RPN = I × D × P
• Si stabilisce una soglia
• Ogni valore sopra la soglia viene studiato con un DoE
• Si aggiungono soglie di severità/Impatto come requisiti addizionali
• Dipende criticamente dal rischio: P×I
Impatto Rilevabilità Probabilità
1 trascurabile molto alta molto improbabile
2 marginale alta remota
3 moderato moderata occasionale
4 maggiore bassa probabile
5 critico (sconosciuto) molto bassa frequente
Attilio Citterio
Accettabilità del Rischio.
• Decisione nazionale/internazionale – livello di perdita accettabile (etico,
politico e economico).
Valutazione dell’Analisi di Rischio :
ALARP – abbastanza basso da essere ragionevolmente pratico (UK, USA)
“Si deve esaminare il rischio per la Società quando c’è una possibilità di una
catastrofe che provoca un gran numero di vittime”.
GAMAB – «Globalement Au Moins Aussi Bon» = non superiore a prima (France)
“Tutti i nuovi sistemi devono offrire un livello di rischio globalmente almeno
pari a quello offerto da qualsiasi sistema equivalente esistente”.
MEM – «minimum endogenous mortality»
“Il pericolo dovuto a un nuovo sistema non dovrebbe aumentare significativa-
mente i valori della minima mortalità endogena per individuo”.
Attilio Citterio
Accettabilità del Rischio (2).
Tolerable hazard rate (THR) – Un valore di pericolo che garantisce
che i rischi derivanti non superano un obiettivo di singolo rischio.
SIL PFDmedio
Riduzione del
RischioAffidabilità (%)
4 10-4 - 10-5 10,000 - 100,000 99.99 - 99.999
3 10-3 - 10-4 1,000 - 10,000 99.9 - 99.99
2 10-2 - 10-3 100 - 1,000 99 - 99.9
1 10-1 - 10-2 10 - 100 90 - 99
PDFmedia = probabilità media di guasto su richiesta.
Potential Loss of Life (PLL) = numero atteso di morti all’anno.
Attilio Citterio
Valutazione del Rischio.
Identificare i Rischi Potenziali
Iniziare con un HAZOP
Valutare la probabilità di Rischi Potenziali
Rotture alle attrezzature
Errore umano
Valutare le Conseguenze dei Rischi Potenziali
Impatto di un evento
Attilio Citterio
Pericoli sulla Salute.
Categoria A – Agenti Biologici
Categoria B – Agenti Fisici
Categoria C – Agenti Chimici
(solo quest'ultima sezione viene analizzata)
Attilio Citterio
Pericolo Chimico.
Pericolo Chimico
Pericolo fisico
Chimici reattivi
Reattivi all'acqua
Instabile
Esplosivo
Pericolo fuoco
Piroforico Ossidante
Infiammabile
Combustibile
Pericolo salute
Chimici per organi-
bersaglioCorrosivi
Sensibiliz-zanti
Irritanti
Pericolo riproduzione
Mutageni Teratogeni
Cancerogeni
Attilio Citterio
Effetto di Composti Chimici sulla Salute.
• Irritanti: Infiammano i tessuti cutanei per contatto.
• Corrosivi: Distruggono il tessuto cutaneo nel punto di
contatto.
• Sensibilizzanti: Causano reazioni allergiche.
• Composti ad Organo-Bersaglio: Danneggiano specifici
organi e sistemi corporei.
• Pericoli per la Riproduzione: Modificano l'informazione
genetica sulle cellule uovo o sperma e/o danneggiano il
feto dopo concepimento.
• Cancerogeni: Provocano il cancro.
Attilio Citterio
Esempi di Pericolo.
Tossicità Acuta
Tossicità Cronica
Infiammabilità
Instabilità
Condizioni Estreme
Inquinamento dell’aria
Inquinamento dell’acqua
Contaminazione acque sotterranee
Smaltimento reflui
Esempi
Il Cloro è tossico per inalazione
L’acido solforico è estremamente corrosivo per la pelle
L’etilene è infiammabile
Il vapore confinato ad alta pressione contiene energia PV
Lo stirene può polimerizzare rilasciando calore
Il materiale nucleare contiene materiali a tossicità cronica
Grandi masse ad alta temperatura sono fonti di energia.
Tossico, Infiammabile, Temperatura, Pressione
Attilio Citterio
Elenco Rappresentativo di Tipi di Pericoli.
Incendi
incendi improvvisi
incendi in massa
incendi a getto
Esplosioni
Nubi di vapori
Deflagrazioni confinate
Detonazioni
Rotture di Recipienti a Pressione
Reazioni fuggitive
Sovrappressione
Frattura fragile
Polimerizzazione
Decomposizione
Reazioni di Contaminazione
Liquidi Bollenti, vapore in espansione
Tossicità
Ambientalmente
Cronico
Acuto
Individualmente tossico
Ampiamente tossico
Pesticidi
Fungicidi
Erbicidi
Insetticidi
Fumiganti
Prodotto
Incidente del consumatore
Discariche di rifiuti
Attilio Citterio
Raggruppamenti di Molecole Rappresentative
Pericolose.
Ammoniaca
Idrocarburi Clorurati
Ciano composti
Idrocarburi a legami multipli
Epossidi
Idruri e Idrogeno
Acetiluri Metallici
Composti Azotati
Composti ossigenati di alogeni
Composti ossigenati del manganese
Perossidi
Difenili policlorurati
Idrocarburi aromatici policiclici
Tossicità e Fuoco
Tossicità
Tossicità
Fuoco e Esplosione
Esplosione
Esplosione
Esplosione
Esplosione
Esplosione
Esplosione
Fuoco e Esplosione
Ambientale
Ambientale
Attilio Citterio
Combinazioni Reattive di Composti Chimici.
A + B
Acidi Clorati
Cloriti
Ipocloriti
Cianuri
Fluoruri
Epossidi
Combustibili Ossidanti
Acido Cromico Anidro
Permanganato di Potassio
Perossido di Sodio
Alcali Nitro Composti
Nitroso Composti
Evento Pericoloso
Accensione Spontanea
Accensione Spontanea
Accensione Spontanea
Gas Tossico/Fiamma
Gas Tossico
Calore/Polimerizzazione
Esplosione
Accensione Spontanea
Accensione Spontanea
Accensione Spontanea
Facile ad Incendiarsi
Facile ad Incendiarsi
Attilio Citterio
Combinazioni Reattive di Composti Chimici (2).
A + B
Ammonio Clorati
Sali Nitrati
Metalli Alcalini Alcoli
Glicoli
Ammidi
Ammine
Azo Composti
Diazo Composti
Solfuro Inorganico Acqua
Metalli Esplosivi
Composti Polimerizzabili
Evento Pericoloso
Sali Esplosivi
Sali Esplosivi
Gas Infiammabile
Gas Infiammabile
Gas Infiammabile
Gas Infiammabile
Gas Infiammabile
Gas Infiammabile
Gas Tossico/Fiamma
Calore/Esplosione
Polimerizzazione
Attilio Citterio
Incidenti Chimici o Esplosioni Rilevanti.
LOCALITA’ DATA COMPOSTO QUANT. STIMATA DECESSI
Oppau/Ludwigshafen 21 Settembre, 1921 Solfato di ammonio,
nitrato di ammonio
4,500 t esplosi ca. 550 + 50 morti, 1,500
feriti
Flixborough 1 Giugno, 1974 cicloesano 400 ton coinvolti, 40
ton rilasciati
28 morti, 36 + 53 feriti
Beek 7 Novembre, 1975 (preval.) propilene > 10,000 m3 coinvolti,
5.5 ton rilasciati
14 morti, 104 + 3 feriti
Seveso 10 Luglio, 1976 2,4,5-triclorofenolo,
diossina
7 ton coinvolti, 3 ton
rilasciati
Nessuna morte diretta, ca.
37,000 persone esposte
San Juan, Mexico
City
19 Novembre, 1984 LPG > 10,000 m3 coinvolti 5 + ca. 500 morti, 2 +
7000 feriti (soprattutto
all’esterno dell’impianto)
Bhopal 3 Dicembre, 1984 metil isocianato 41 ton rilasciati 3,800 morti, 2,720
permanentemente
disabili
Pasadena 23 Ottobre, 1989 etilene, isobutano,
esene, idrogeno
33 ton emessi 23 morti, 130-300 feriti
Toulouse 21 Settembre, 2001 Nitrato di ammonio 200-300 ton eslosi 31 morti, 2442 feriti
Tianjin 12 Agosto 2015 Cianuro di sodio e
nitrato di ammonio
300 (? NaCN) and 800
ton (NH4NO3) esplosi
114 morti, 720 feriti
Attilio Citterio
Sequenza Incidentale.
Iniziazione L’evento che innesca l’incidente
Propagazione Gli eventi che mantengono/espandono l’incidente
Terminazione Gli eventi che bloccano o riducono l’incidente
L’obiettivo della Prevenzione è:
Minimizzare la probabilità che l’incidente inizi.
Massimizzare la probabilità che la sequenza termini senza danni
se si innesca.
Minimizzare le conseguenze se termina in danni a persone.
Le strategie di sicurezza Intrinseca possono influire sul procedere dell’incidente
in uno qualunque di questi tre stadi.
Attilio Citterio
Ridurre i Pericoli Intrinseci e Migliorare gli
Strati di Protezione.
Migliora
la capacità
di protezione
intrinseca
Pericolo
Materiali o energia - intrinseco in materiali o chimica
Variabile di processo - come funziona la chimica nel
processo
Strati di Protezione
Passivo
Attivo
Procedurale
RicettoriProcesso
Vicinanze del processo
Lavoratori
Lavoratori limitrofi
Pubblico
Ambiente
Riduce o
elimina
Il pericolo
intrinseco
Determina
un rischio
ridotto
Attilio Citterio
RISPOSTA DELLA COMUNITA’ ALL’EMERGENZA
RISPOSTA ALL’EMERGENZA DI IMPIANTO
PROTEZIONE FISICA (BARRIERE)
PROTEZIONE FISICA (DISPOSITIVI DI SOCCORSO)
AZIONI AUTOMATICHE SIS
ALLARMI CRITICI,OPERATORE SUPERVISIONE & INTERVENTI
CONTROLLI DI BASE, ALLARMI DI PROCESSO,OPERATORE AZIONI
Progettazione
Di Processo
CHIMICA
5 L
ive
lli d
i P
reve
nzio
ne
4 L
ive
lli
di
Mit
iga
zio
ne
Prevenzione/Mitigazione e Sicurezza Intrinseca
(Tipici Strati di Protezione – Modello a Cipolla).
Attilio Citterio
Gestione dei Pericoli di Processo.
Informazione sulla Sicurezza del Processo
Procedure Operative
Integrità Meccanica
Analisi dei Pericoli di Processo
Pratiche di Lavoro Sicuro
Istruzioni e Addestramento
Gestione del Cambiamento
Riesame Pre-Avvio
Risposta all’Emergenza
Indagini sugli Incidenti
Audit
Quanto sopra è l’insieme dei titoli degli undici aspetti delle “API 750 Recommended
Practice”. Esse richiedono significativi investimenti in tempo, attrezzature e sforzi.
L’obiettivo è di ridurre il Rischio connesso ad un determinato Pericolo. L’interesse è
centrato sulla riduzione di tali requisiti ricorrendo a Processi Intrinsecamente più Sicuri.
Attilio Citterio
Conduzione Tradizionale del Rischio.
Prende in esame i seguenti fattori:
Costi di investimento per strumentazione di sicurezza e ambiente
Costi di investimento per barriere passive
Costi operativi e di manutenzione
Costi per migliore la manutenzione delle strumentazioni di sicurezza
Aumento della manutenzione per strumentazioni di processo per rispettare le norme di sicurezza
Costi di addestramento alla sicurezza degli operatori per materiali e processi pericolosi
Costi regolatori
Costi di assicurazione
Potenziali danni patrimoniali, perdita di prodotto, e interruzione delle attività in caso di incidente
Potenziali implicazioni penali.
Attilio Citterio
Strati di Protezione.
Gli strati di protezione sono costosi da costruire e mantenere:
Capitale, Operativo, Addestramento, Manutenzione, Diversione.
Il pericolo rimane:
Alcune combinazioni di danni degli strati di protezione porteranno
ad un incidente.
Gli incidenti si possono verificare per meccanismi che non erano
stati anticipati:
Il pericolo rimane. Situazioni non previste possono non proteggere.
Progettazione di processo
Attilio Citterio
Processi Intrinsecamente Più Sicuri.
‘Un processo di produzione di un composto chimico è
INTRINSECAMENTE PIU’ SICURO
se riduce o elimina i pericoli associati ai
materiali e operazioni usate nel processo, e questa
riduzione o eliminazione è permanente ed
inseparabile.’
Progettazione di processo
Attilio Citterio
Strategie per Ridurre il Rischio.
INTRINSECHE Eliminano il pericolo utilizzando materiali e condizioni di
processo che non sono pericolose
PASSIVE Minimizzano il pericolo mediante specifiche di progettazione
delle apparecchiature di processo che riducono sia la
probabilità o le conseguenze del pericolo senza diventare attive
ATTIVE Usano controlli, intercette di sicurezza, e sistemi di blocco di
emergenza per monitorare e correggere le variazioni di
processo (controlli ingegneristici)
PROCEDURALI Usano procedure operative, controlli amministrativi,
risposte all’emergenza, e altri approcci di conduzione
per prevenire incidenti, o per minimizzare le conseguenze
(controlli amministrativi)
In ordine di affidabilità !
Attilio Citterio
Strategie per la Sicurezza di un Processo
Chimico – Intrinseche.
• Eliminare o ridurre il pericolo passando ad un processo o a
materiali che non sono pericolosi o lo sono meno
• Parte integrante del prodotto, processo, o impianto – non si deve
facilmente rompere o cambiare senza cambiare radicalmente il
progetto del processo o dell’impianto
ESEMPI
Sostituire con acqua un solvente infiammabile (vernici in
emulsione rispetto a vernici a solventi organici)
Una reazione a pressione atmosferica che usa solventi non
volatili. (Nessuna potenzialità di sovrappressione).
Attilio Citterio
Strategie per la Sicurezza di un Processo
Chimico – Passive.
Minimizzare il pericolo utilizzando aspetti progettuali di processo o
apparecchiature che riducono la frequenza o le conseguenze senza
richiedere il funzionamento attivo di alcun dispositivo.
ESEMPI
Argine di contenimento attorno ad un serbatoio di stoccaggio di
un materiale pericoloso
Una reazione capace di generare una pressione di 10 atm nel
caso che sfugga al controllo in un recipiente progettato per 20
atm. (Il reattore può contenere l’incidente senza p.es. danni).
Predisporre una camera di espansione in cui accumulare i gas o i
liquidi provenienti da possibili perdite.
Attilio Citterio
Strategie per Ridurre il Rischio di un
Processo Chimico – Attive.
• Controlli, intercette di sicurezza, sistemi d'interruzione automatici
• Elementi multipli attivi Sensori - rivelano le condizioni pericolose Dispositivi logici – decidono cosa si deve fare Elementi di controllo – implementano l’azione
• Prevenire gli incidenti, o mitigarne le conseguenze
ESEMPIO
L’alto livello di allarme in un serbatoio attiva in automatico una valvola
Una reazione capace di genere 150 atm di pressione nel caso di reazione fuggitiva in un reattore da 15 atm con una valvola da 5 atm che blocca l’alimentazione e un disco di rottura per ridurre la pressione convogliando il contenuto al trattamento effluenti.(cosa può succedere?)
Attenzione: Anche i sistemi protettivi possono causare degli incidenti!
Attilio Citterio
Strategie per la Sicurezza di un Processo
Chimico – Procedurali.
Standardizzare le procedure operative, le regole di sicurezza e le
procedure standard, le risposte all’emergenza, addestramento e
altri approcci d gestione per prevenire incidenti, o minimizzare le
conseguenze (controlli amministrativi).
ESEMPI
Procedure di accesso in spazi confinati
Lo stesso reattore dell’esempio precedente ma senza la valvola
di bloccaggio. L’operatore è istruito a monitorare la pressione e
intercettare l’alimentazione. (Errore umano)
Attilio Citterio
Esempio: Reattore Chimico Batch.
Pericolo interessato:
Reazione fuggitiva che provoca innalzamento di temperatura e pressione e la potenziale rottura del reattore.
Passiva
La pressione adiabatica massima per la reazione è determinata essere 10 atm
Condurre la reazione in un reattore progettato per 20 atm
Il pericolo (pressione) esiste ancora, ma è contenuto passivamente dall’autoclave.
Attilio Citterio
Esempio: Reattore Chimico Batch (2).
Attiva
La pressione adiabatica massima per la reazione al 100% è 8 atm,
la pressione di progetto del reattore è 3 atm
Aggiungere gradualmente il reagente limitante controllando la
temperatura per limitare l’energia potenziale dalla reazione
Usare intercette per le alte temperature e pressioni per fermare
l’alimentazione e applicare raffreddamenti di emergenza
Predisporre sistemi di soccorso per l’emergenza
Procedurale
La pressione adiabatica massima per la reazione al 100% è 8 atm,
la pressione di progetto del reattore è 3 atm
Aggiungere gradualmente il reagente limitante controllando la
temperatura per limitare l’energia potenziale dalla reazione
Istruire l’operatore ad osservare la temperatura, bloccare
l’alimentazione e attivare il raffreddamento sopra i limiti critici di T.
Attilio Citterio
Esempio: Reattore Chimico Batch (3).
Intrinseca
Sviluppare una chimica che non è esotermica, o
debolmente esotermica e senza svolgimento di gas
• temperatura adiabatica massima dell’esotermia minore del
punto di ebollizione di tutti gli ingredienti e temperatura iniziale
di qualsiasi decomposizione o altre reazioni
Siccome Intrinsecamente più Sicuro costituisce la strategia
più affidabile.
[Quali sono le potenziali opzioni da applicare per sistemi
intrinsecamente più sicuri?]
Attilio Citterio
Strategie Progettuali Intrinsecamente più Sicure.
MINIMIZZARE Usare quantità inferiori di sostanze pericolose quando l'uso di tali materiali non si può evitare. Ricorrere alla procedura pericolosa il meno possibile quando si può evitare la procedura (Intensificazione)
SOSTITUIRE Sostituire un materiale/sostanza con un altro meno pericoloso o una via produttiva con una che non implica materiali/ composti pericolosi. Sostituire una procedura pericolosa con una che lo è meno.
MODERARE Usare condizioni meno pericolose, una forma meno pericolosa di un materiale, o situazioni che minimizzano l’impatto diun rilascio di materiale pericoloso o energia. Identificare le opzioni di processo che implicano condizioni meno severe.(Attenuazione o Limitazione)
SEMPLIFICARE Progettare soluzioni che eliminano complessità non necessarie e rendono meno probabili gli errori operativi e che sono precursori di errori già verificati.(Tolleranza all’errore)
Attilio Citterio
Limiti di Sicurezza nella Progettazione di Processo.
SettaggioStretti, Limiti
Operativi Sicuri
No Conseguenze
Ampi, Limiti
Operativi Sicuri
No Conseguenze
Ampi Limiti Operativi
sono Intrinsecamente
più Sicuri
Siccome i limiti operativi
sono più ampi, c’è maggiore
opportunità per ripristinare
prima di aver conseguenze –
intrinsecamente più sicuro.
Nello sviluppare un progetto di processo, ci si deve preoccupare della
robustezza nelle specifiche di progetto e delle dimensione dei componenti.
Si deve incorporare le problematiche di sicurezza nelle decisioni.
Attilio Citterio
Intervalli e Limiti Operativi.
Settaggio
Limiti
Operativi di
Qualità o Normali
Limits Operativi
Sicuri
No conseguenze
Punto di Azione Obbligatoria
NON VARIARE MAI
per Evitare Conseguenze
Limiti da NON SUPERARE MAI
Intervallo
Strumentazione
Limiti di
Contenimento
dei Componenti
Attilio Citterio
Strategie di Gestione del Rischio di Processo.
Strategie di Gestione
del Rischio di
Processo
Intrinseche Passive Attive Procedurali
Sostituire
Minimizzare
Semplificare
Moderare
Str
ate
gie
di pro
getto
Intr
insecam
ente
più
Sic
uro
Attilio Citterio
Sicurezza Intrinseca nella Sintesi di
Processo (Progettazione Concettuale di Processo).
La struttura che si usa nello sviluppo della sintesi di processo è :
(Ricordare che questa non è una procedura, si tratta di una decisione
gerarchica che si segue nello sviluppo del progetto. Poiché è una
struttura, la sicurezza intrinseca permea l’intera evoluzione del progetto).
Informazioni sul Processo
Struttura del Processo
Struttura Alimentazione, Prodotto,
Sottoprodotti e Reflui
Struttura Intrinsecamente più Sicura
Struttura del Riciclo
Struttura della Separazione
Integrazione del Calore
Struttura del Controllo di Processo
Attilio Citterio
Requisiti di Progettazione Intrinsecamente
più Sicura.
Punti Decisionali Domande Chiave Informazioni Usate
Specifiche Iniziali Quale Prodotto? Ricerca di Mercato
Quale Capacità? R&D Nuove Idee Prodotto
Via di Sintesi Come? R&D Ricerca Chimica
Quale strada? Vie Sintetiche note
Quali Reazioni, Materiali?
Schema a flusso Chimico Base Scelta Operazioni Unitarie Via di Sintesi
Temperature, Pressioni Test di Laboratorio/Pilota
Solventi, Catalizzatori Conoscenze Esistenti di Processo
Flussi, Conversioni
Schema a flusso Processo Batch vs. Continuo Ingegneria di Processo
Operazioni Unitarie Dettagliate Principi
Filosofia di Controlli e gestione
Progettazione Concettuale Componenti, Inventario, Servizi Dati di fornitori Componenti
Processo Flessibilità, Overprogettazione, Ricicli
Insediam., Controlli, Strumentazione
disegni, Materiali di Costruzione
Progettazione Dettagliata Specifiche Componenti Standard/Procedure
Processo Vie di fuga, Facilità Controlli Esperienza
Semplificare le Attività Pericolose
Attilio Citterio
Minimizzare.
‘minimizzare è ridurre la quantità di materiali o energia contenuta in un
processo produttivo o impianto.’
Sistemi di Reattori
Capire le cinetiche di reazione
Usare reattori in continuo ove possibile
Produrre e consumare in-situ i materiali pericolosi
Aggiungere con continuità i reagenti ai reattori batch
Sistemi di Separazione
Rimuovere materiali pericolosi prima possibile in fase di distillazione
Usare componenti interni delle linee produttive che minimizzano
ostruzioni e connessioni
Valutare altri sistemi di separazione che siano più sicuri (, inventari)
Usare scambiatori di calore con area minima per ridurre manutenzioni
Attilio Citterio
Minimizzare.
‘minimizzare è ridurre la quantità di materiali o energia contenuta in un processo produttivo o impianto.’
Sistemi di Stoccaggio
Minimizzare lo stoccaggio di materie prime e intermedi pericolosi
Considerare forniture ‘just-in-time’
Ridurre la spinta della pressione (liquidi, refrigerazione, diluzione) per
minimizzare le perdite
Usare particelle di grandi dimensioni, sospensioni, paste per minimizzare pericoli di esplosioni da polveri
Serbatoi più piccoli fanno poco per ridurre il pericolo quando :
• Il Pericolo deriva primariamente dalle connessioni e disconnessioni del serbatoio ad autobotti o carri ferroviari
• L’Esposizione deriva dal numero di aperture, e dal numero e dimensione dei fori, valvole e linee di connessione al serbatoio.
Attilio Citterio
Minimizzare.
‘Minimizzare è ridurre la quantità di materiali o energia contenuta in un processo produttivo o impianto.’
Tubazioni, ecc.
Progettare bacini di contenimento e drenaggio in modo che materiali infiammabili e combustibili non si accumulino attorno al serbatoio
Minimizzare l’area della fuoriuscita dei materiali tossici con alta pressione di vapore per minimizzare il vapore rilasciato
Ottimizzare la lunghezza delle tubazioni con attenzione al layout
La dimensione dei tubi deve esseresufficiente a convogliare la quantità richiesta e non di più
Fornire adeguato supporto specie per piccole tubazioni
Trasferire mediante gas, se possibile, anziché via liquidi.
Attilio Citterio
Minimizzare: Ampliamento di Scala
(Scale-up)?
• Minimizzare
• Usare piccole quantità di
sostanze pericolose o energia
• Stoccaggi
• Stoccaggi di intermedi
• Tubazioni
• Apparecchiature di processo
“Intensificazione Processo”
(processi in continuo)
Attilio Citterio
Scale out.
• Ridotte conseguenze di incidenti
(esplosioni, incendi, rilascio di
materiali tossici) e non
interruzione produzione.
• Efficacia e impiego migliorati di
altri sistemi di protezione
per esempio:
• Contenimento secondario
• Scarica reattore o sistemi di
spegnimento.
Attilio Citterio
Lista di Controllo per la Minimizzazione.
E’ stato redatto un inventario dei materiali pericolosi nei serbatoi di stoccaggio
che sono da smaltire?
Sono proprio necessari tutti i serbatoi di stoccaggio proposti nel processo?
Tutte le apparecchiature di processo che trattano materiali pericolosi sono
state progettate per minimizzarne il contenuto?
Le apparecchiature di processo sono localizzate per minimizzare la
lunghezza delle tubazioni di trasporto dei materiali pericolosi?
Si può ridurre la dimensione dei tubi per minimizzarne il contenuto?
Altri tipi di operazioni unitarie o attrezzature possono ridurre le quantità di
materiale?
E’ possibile alimentare materiali pericolosi come gas anziché come liquidi, per
ridurne le quantità?
E’ possibile produrre ‘in-situ’ reagenti pericolosi da materie prime meno
pericolose?
E’ possibile produrre reagenti pericolosi in fabbrica da materiali meno
pericolosi, minimizzando la necessità di stoccare o trasportare grandi quantità
di materiali pericolosi?
Attilio Citterio
Sostituire.
‘Sostituzione significa rimpiazzare un materiale o processo pericoloso con una alternativa che riduce o eliminata il pericolo.’
Chimica Alternativa
Polimerizzare quindi alogenare per evitare l’uso di monomeri pericolosi
Generare e immediatamente consumare le sostanze pericolose – vedi sintesi di insetticidi carbammati
Catalizzatori a trasferimento di fase, biocatalisi
Solventi Alternativi
Usare solventi a base acqua anziché a base organica
Usare formulazioni di composti chimici a base acqua o fluidi secchi
Minimizzare l’uso di clorofluorocarburi nelle pulizie
Usare solventi meno tossici nella distillazione estrattiva
Sistemi di Servizi
Usare acqua o vapore per trasferire calore
Usare oli ad alto punto di infiammabilità o sali fusi quando non si può usare acqua o vapore.
Attilio Citterio
Miglioramenti nel Processo di Produzione
del ViagraTM (Pfizer).
1300 L/kgMedicinal Chemistry
1990
100 L/kgMC-ottimizzata
1994
22 L/kgVia Commerciale
(1997)
7 L/kgVia Commerciale
dopo recupero
solventi
4 L/kgObiettivo
futuro
Cloruro di
Metilene
t-Butanolo
Butanone
Etile acetate
Toluene
Attilio Citterio
Inventari per una Progettazione
Inerentemente più Sicura. Basta?
Attilio Citterio
Lista di Controllo per le Sostituzioni.
E’ possibile eliminare completamente le materie prime, intermedi di processo, o sotto-prodotti pericolosi usando alternative di processo o diversa chimica?
E’ possibile eliminare completamente solventi nel processo variando la chimica o le condizioni di processo?
E’ possibile sostituire le materie prime più pericolose? Solventi non combustibili anziché infiammabili
Materie prime meno volatili
Materie prime meno tossiche
Materie prime più stabili
E’ possibile sostituire i solventi nelle separazioni finali con altri meno pericolosi?
Per apparecchiature contenenti materiali che diventano instabili a temperature elevate o cristallizzano a basse temperature, è possibile usare riscaldamenti e raffreddamenti che limitano le temperature massima e minima raggiungibile?
Attilio Citterio
Moderare.
‘Moderare significa usare materiali in condizioni meno pericolose.’
Diluzione
Diluire per abbassare la tensione di vapore
Diluire per ridurre la concentrazione iniziale del rilascio
Refrigerazione
Refrigerare per ridurre la pressione di stoccaggio
Refrigerare per ridurre lo spruzzo iniziale in caso di rottura
Refrigerare per eliminare la formazione di aerosol in caso di rottura
(ridotta spinta, ridotto surriscaldamento, ridotto getto bifasico)
Dimensioni Particelle
Usare particelle di grandi dimensioni per ridurre l’esposizione
Usare sospensioni o paste (per additivi di polimeri usare mescole).
Attilio Citterio
Moderare (2).
‘Moderare significa usare materiali in condizioni meno pericolose.’
Condizioni Operative
Usare condizioni che riducono la temperatura
Usare condizioni che riducono la pressione
Isolamento per Compartimentazione/Localizzazione
Progettare per ridurre la potenzialità che un incidente ad un
sito operativo inizi un incidente in un altro sito
Considerare l’opportunità di eliminare il trasporto di materiali
pericolosi all’interno dell’impianto.
Attilio Citterio
Moderare (3).
‘Moderare significa usare materiali in condizioni meno pericolose.’
Deviazioni di Processo
Limitare la velocità d’aggiunta di materiali dimensionando pompe e linee
Usare serbatoi di carico/alimentazione per prevenire il sovraccarico di reagenti
Progettare tubazioni/valvolame per prevenire il carico diretto dai serbatoi di stoccaggio al reattore
Selezionare mezzi di trasferimento del calore per limitare la temperatura massima o minima raggiungibile nel reattore.
Serbatoi di Stoccaggio
Predisporre adatte vasche di contenimento per ridurre le conseguenze di fuoriuscite.
Costruzioni di Contenimento
Limitano l’impatto della perdita di contenimento dei materiali tossici.
Attilio Citterio
Moderare – Esempio.
La costruzione di contenimento e la dimensione delle tubazioni
moderano le conseguenze di una perdita, incidente o rottura.
24 m
36
m
Attilio Citterio
Moderare – Esempio: Diluizione.
• Ammoniaca acquosa
al posto di quella
anidra.
• HCl acquoso anziché
HCl anidro.
• Acido solforico
anziché oleum.
• Benzoil perossido
umido anziché anidro.
• Dinamite anziché
nitroglicerina liquida.
0 1.50
10,000
20,000
NH
3C
on
ce
ntr
azio
ne
, m
ole
pp
m
Ammoniaca
Acquosa 28%
Ammoniaca
anidra
(B) - Scenario di rilascio :
Rottura di tubazione di
alimentazione da 2 pollici
Distanze, km
Attilio Citterio
Lista di Controllo per la Moderazione.
Si può limitare la pressione di alimentazione delle materie prime a meno della
pressione di lavoro del recipiente da cui sono prelevati?
Si possono rendere meno severe le condizioni di reazione (temperatura,
pressione) mediante l’uso di catalizzatori o di un miglior catalizzatore?
Si può condurre il processo in condizioni meno severe? Se ciò provoca minori
rese o conversioni, il riciclo delle materie prime può compensare tali perdite?
E’ possibile diluire la materia prima pericolosa per ridurre il pericolo
potenziale?
Si può localizzare l’unità di processo per ridurre o eliminare gli impatti negativi
su altre installazioni adiacenti pericolose?
Si può scegliere il sito dell’impianto per minimizzare il trasporto di materiali
pericolosi e per usare metodi e vie di trasporto più sicure?
Si può ripartire diversamente un processo multi-stadio, in cui gli stadi sono
effettuati in siti separati, per eliminare la necessità di trasportare materiali
pericolosi?
Attilio Citterio
Semplificare.
‘Semplificare significa progettare per eliminare complessità non necessarie, riducendo le opportunità di errori e misoperazioni.’
Apparecchiature
Progettare apparecchiature per contenerne le fuoriuscite all’interno (min/max)
Considerare un recipiente separato per il contenimento e il trattamento dell’effluente fuoriuscito
Progettare S&T (Shell and Tube) per contenere la massima pressione.
Sistemi di Tubazioni
Minimizzare l’uso di vetri a vista, connessioni flessibili, soffietti, ecc.
Usare tubazioni saldate
Usare guarnizioni meno prone a rotture catastrofiche
Fornire adatto supporto
Usare la gravità vs. sistemi a pressione e vuoto per trasferire
Usare pompe senza guarnizioni.
Attilio Citterio
Semplificare (2).
‘Semplificare significa progettare per eliminare complessità non necessarie,
riducendo le opportunità di errori e misoperazioni.’
Stadi di Processo
Evitare le reazioni multi-stadio in un singolo recipiente.
Valvole di Sicurezza
Segnalare le valvole di processo che devono rimanere chiuse
Segnalare le valvole di raffreddamento che devono rimanere apert.e
Si noti che in certi casi, si devono specificare le valvole nell’ultima posizione.
Controllo
Evitare rotture catastrofiche dovute a rotture di un modulo che ha ingressi/uscite multiple.
Informazione
Evitare eccessi di informazione nei confronti degli operatori
Controllare il numero di allarmi
Fornire adeguata comunicazione.
Attilio Citterio
Semplificare – Eliminare Apparecchiature.
• Processo di distillazione reattiva dell’acetato di metile (Eastman
Chemical) - Dov’è la semplicità?
Minori recipienti, pompe, flange,
valvole, tubazioni, strumentazioni ….
Ma: la stessa colonna di distillazione
reattiva è più complessa
Si hanno operazioni unitarie multiple
nello stesso recipiente.
Più complessa da progettare
Più difficile da controllare e gestire.
Reattore
Separatore
Estrattiva
Distillazione
SolventeRecupero
Metanolo
Recupero
Estrattore
Azero
Colonna
Decantatore
Flash
Colonna
ColorColonna
Flash
Colonna
Acqua
Acqua
Pesanti
Metila
Acetato
Acqua
Catalizzatore
Metanolo
Acido Acetico
Reattore
Colonna
Impurezze
RimozioneColonne
Acqua
Pesanti
Acido Acetico
Metanolo
Solforico
Acido
Metil
Acetato
Attilio Citterio
Singolo Reattore Batch Complesso.
Condensatore
Raccolta
distillato
Salamoia
Refrigerata
Ampio disco
di rottura
A
B
C
D
E
Condensato
Alimentazione
acqua
Vapore
Acqua di ritorno
Attilio Citterio
Sequenza di Reattori Batch più Semplici per
lo Stesso Processo.
A
B
C
D
E
Raccolta
distillato
Condensatore
Alimentazione acqua
Ritorno acqua
Salamoia
refrigerata
Vapore
Condensato
Largo disco di rottura
• Nell’esempio• Ogni recipiente è più semplice
• Ma• Ora ci sono tre recipienti,
l’impianto complessivo è in
certa misura + più complesso
• Bisogna capire i pericoli
specifici per ogni situazione per
decidere quale è il migliore.
Il sistema più semplice riduce
l’opportunità di interazioni chimiche
e errori nell’uso dei servizi.
Ma ci sono conflitti di sicurezza
intrinseca.
Attilio Citterio
Lista di Controllo per la Semplificazione.
L’apparecchiatura è progettata con specifiche sufficientemente
elevate da contenere totalmente la pressione massima generata,
anche se si verifica l’evento più incredibile?
L’apparecchiatura è progettata per contenere totalmente i materiali
che si possono trovare all’interno a temperatura ambiente o alla
massima temperatura di processo raggiungibile?
Vari stadi di processo si possono condurre in recipienti separati
piuttosto che in un singolo recipiente multifunzionale? Ciò riduce la
complessità e il numero di materie prime, servizi e apparecchiature
ausiliarie connesse ad uno specifico recipiente, riducendo così le
potenzialità di interazioni pericolose.
L’apparecchiatura è progettata in modo tale che sia difficile o
impossibile creare un situazione di potenziale pericolo a seguito di un
errore operativo?
Attilio Citterio
Migliore Tecnologia Disponibile -
Best Available Techniques (BAT)
Contemperare problematiche ambientali/di salute e economia.
Più specificamente ….
Best = “(….) più efficace nel raggiungere un alto livello generale di
protezione della salute e dell'ambiente nel suo insieme.
Available = “tecniche' (…) sviluppate su una scala che consente
miglioramenti in un rilevante settore industriale, in condizioni
praticabili da un punto di vista economico e tecnico, prendendo in
considerazione costi e vantaggi, (….)*
Tecniche = “(….) sia la tecnologia usata che il modo in cui l'installazione
è progettata, costruita, mantenuta, condotta e smantellata.
IPPC direttiva, articolo 2
*Le considerazioni da tener presente quando si stabiliscono le "Best Available
Techniques" sono raccolte nell'Allegato IV della direttiva IPPC.
Attilio Citterio
CT e EOPA sono incluse nelle BAT.
• Le tecniche BAT includono sia le Tecnologie Pulite (Clean
Technologies) che gli Approcci fine linea (End of Pipe Approaches)
Tecnologie Pulite
Approccio del guardare
avanti, anticipare e
prevenire
Approcci di fine linea
Approccio del dopo
evento, portata e
trattamento
Best Available Techniques
Poiché le BAT includono anche gli Approcci a fine linea, non sono sempre le soluzioni
ottimali da un punto di vista ecologico, economico e sociale.
Attilio Citterio
UNITA’ di PROCESSO BAT è:
R
I
V
I
E
R
A
Stagionatura
e
ammollo
● Lavorare pelli fresche non appena disponibili
Eccezioni:
● Quando sono necessari lunghi tempi di trasporto (max
8 - 12 h per pelli fresche, non refrigerate; 5 – 8 giorni
se si mantiene una catena del freddo a 2°C)
● Per certi tipi di prodotti finali
● Pelli di pecora, pelli di vitello
● Ridurre la quantità di sale usato per quanto possibile.
Depilazione
e
calcinazione
● Usare una tecnologia salva peli, ma l’economia può essere
un problema per gli impianti esistenti se non possibile il riuso
● Ridurre il consumo di solfuro usando enzimi; non per pecore
● Riciclare le acque di processo nel trattamento delle pelli di
pecora, cui è stata tolta la lana per pittura
Frazionamento ● Usare la calce nella fase di separazione
Eccezioni:
- Quando il materiale di partenza è bagnato blu
- Quando si deve produrre una pelle rigida (e.g. scarpe)
- Quando è richiesto uno spessore più uniforme e
accurato nel prodotto finale
● Massimizzare l’uso del frazionamento
Misure BAT per le Principali Unità di
Processo in Concerie.
Attilio Citterio
UNITA’ di
PROCESSO
BAT è:
O
P
E
R
A
Z
I
O
N
I
di
C
O
N
C
I
A
Decalcificazione
e battitura
● Avviare una parziale sostituzione dei Sali di ammonio con CO2 e/o
acidi organici deboli
Sgrassatura
pelli
● Ottimizzare lo sgrassaggio umido con detergenti, con o senza solventi
organici
● Macchine chiuse con abbattimento di aria e acque rilasciate nell’uso di
solventi organici per sgrassare le pelli a secco
Decapaggio ● Usare un riciclo parziale o ri-usare le acque acidificate
● Usare un volume di flottazione di 50 – 60 % (basato su peso secco)
per pelli ovine e bovine al fine di ridurre I consumi di Sali.
Concia ● Aumentare l’efficienza del processo di concia al cromo via attento
controllo del pH, immersione, temperatura, tempo e velocità del
recipiente, tutto in combinazione col recupero del cromo per
precipitazione dai reflui contenenti Crtotal > 1 g/l
● Usare metodi di concia ad elevato esaurimento ove non possibile il
recupero del cromo
● Massimizzare l’esaurimento delle acque di vegetazione per
contro-corrente (sistema pit) o riciclo (concia a tino)
Misure BAT per le Principali Unità di
Processo in Concerie (2).
Attilio Citterio
UNITA’ DI
PROCESSO
BAT è:
POST-
CONCIA
OPERAZIONI
DI
Riconcia,
Fissazione
cromo e
neutralizzazione
● Aumentare l’esaurimento degli agenti di trattamento post-
concia e la fissazione degli agenti di concia nella pelle
● Ridurre il contenuto di sale delle acque esauste
Colorazione ● Aumentare l’esaurimento dei coloranti
Liquefazione
grassi
● Aumentare l’esaurimento degli scarti grassi
Essicazione ● Ottimizzare la separazione dell’acqua per via meccanica
prima dell’essicazione ove possibile
Applicazione di
rivestimenti a
superfici
● Usare un rivestimento a rullo
● To Usare rivestimenti a cortina.
● Usare pistole per spray HVLP
● Usare pistole a spruzzo senz’aria
Eccezioni per tutte le 4 tecniche sopra menzionate:
● Quando si devono applicare strati molto sottili, come
per es in pelli all’anilina o tipo anilina.
Misure BAT per le Principali Unità di
Processo in Concerie (3).
Attilio Citterio
Terminologia Basata sulle Prestazioni.
• SIF – Safety Instrumented Function
• SIL – Safety Integrity Level
• SIS – Safety Instrumented System
• Modi di Rottura
Rottura in Sicurezza vs. Rottura in Pericolo
Rottura Rivelabile vs. Rottura Non rivelabile
• Metodi Quantitativi per l’Analisi del Rischio
LOPA – Layer of Protection Analysis (analisi degli strati di
protezione)
Albero dei guasti
Modelli Markoviani
• PFD – Probabilità di rottura su Richiesta.
Attilio Citterio
SIF è una singola funzione
Dispositivo Iniziante Risolutore Logico Dispositivo out
SIL è la forza del SIF, quanto deve esser affidabile.
SIS è il sistema di sicurezza dell’intero processo, ma si
focalizza soprattutto sul risolutore logico.
Spiegazione della Terminologia.
SDVSDV
PST SDVRisolutore Logico
(PLC)
Attilio Citterio
Analisi del Pericolo / Mitigazione del Rischio
• L’Analisi del Pericolo / Mitigazione del Rischio richiede la
conoscenza della probabilità che qualcosa si rompa, sia
creando un pericolo o perdere la protezione da un
pericolo.
• Una probabilità di rottura su richiesta (PFD) è richiesta
per ogni tipo di analisi quantitativa del rischio.
• PFD è la probabilità che un dispositivo si rompa in un
modo non-sicuro che pone l’infrastruttura a rischio e si
basa sui valori di rottura e sull’intervallo di test.
Attilio Citterio
93
Affidabilità contro Disponibilità.
• Disponibilità è la percentuale di tempo in cui è disponibile
ad operare il dispositivo. Percentuale di tempo in cui il
sistema funziona soddisfacentemente.
• Affidabilità La probabilità che il sistema funzionerà
soddisfacentemente in un certo periodo di tempo e in
appropriate circostanze. (Un basso PFD) si ottiene
normalmente a costo della affidabilità.
• Per avere alta affidabilità e alta disponibilità è necessario
selezionare la logica di sensori multipli, la logica dei
risolutori e i dispositivi in uscita.
• Il costo dei dispositivi in campo può rapidamente far
crescere il costo del sistema di sicurezza.
Attilio Citterio
Safety Instrumented System (SIS)
“Sistemi costituiti da sensori, risolutori logici, e elementi
finali di controllo con lo scopo di portare un processo
in uno stato sicuro quando predeterminate condizioni
vengono violate.” (definizione in ANSI/ISA 84.00.01)
Per es. Trasmettitori, Computer , & Valvole
Sensori Valvole
Computer
Attilio Citterio
Calcoli SIL.
Le cose da modellizzare includono:
Sensori: trasmettitori, interruttori, barriere intrinsecamente sicure,
relais interposti, ecc.
Risolutori Logici: relais, dispositivi a stato solido, PLC, PLC di
sicurezza, relais interposti, ecc.
Elementi Finali: valvole, solenoidi, motori d’avviamento, relais
interposti, barriere intrinsecamente sicure, ecc..
+ + =PFDavg
Sensori
PFDavg
Risolutore
Logico
PFDavg
Elemento
Finale
PFDavg
SIF
Attilio Citterio
Ciclo di Vita della Sicurezza.
Ingegneria Preliminare
Progettazione Ingegneria
Gestione commesse
Gestione del Cambiamento
Ciclo di vita della Sicurezza
Pianificazione
Operazioni & Manutenzione
Attilio Citterio
Ciclo di Vita della Sicurezza –
ISA S84.00.01-2004.
Modificare?
Selezionare la Tecnologia SIS
Selezionare l’Architettura SISDeter. la Frequenza di Test
Progettazione SIS Dettagliata
Istallazione SIS
Emissione Commisse SIS
Validazione SIS Iniziale
Proget. Processo Concettuale
Identificare Potenziali Rischi
Analisi delle Conseguenze
Analisi Strati di Protezione
Sviluppo Strati Non-SISDeterminare SIF SIL obiettivo
Requisiti di Documentazione
Si
Avvio
Operatività
Manutenzione
Prove Periodiche
Modifiche
Smantellamento
No
Analisi Realizzazione Operazione
Modificare?Si No
Di quanta
sicurezza
ho bisogno?
Quanta sicurezza
comporta
il mio progetto?Come posso
mantenerlo
sicuro?
Fonte: Hal Thomas
Attilio Citterio
Ciclo di Vita della Sicurezza.
Avvio
Progettazione
Concettuale di Processo
Attuazione Processo
Analisi del Pericolo &
Valutazione del Rischio
Applicare strati di protezioni
non-SIF per prevenire
i pericoli identificati o ridurre
il rischio
SIF Richiesto?
Definire il target SIL
Sviluppare le specifiche
dei requisiti
di sicurezza
Fare la progettazione
concettuale SIF, e
verifica rispetto del SRS
Eseguire i progetto
dettagliato dei SIF
installazione SIF,
Ordinazione e test
accettazione Pre-avvio
Eseguire l’Analisi di
Tolleranza di Sicurezza
Hardware
Rispetta
Tolleranza danni
Hardware
Definire Procedure
Operative e
Manutenzione
Revisione Sicurezza
Pre-avvio (valutazione)
Smantellamento SIF
Avvio SIF, operativo,
Manutenzione, test
funzionale periodico
Modificare o
Smantellare SIS?
No
Modificare
Smantellamento
No
Si
Si
Attilio Citterio
Probabilità Media di Guasto su Richiesta (PFDavg).
SIL 1
SIL 2
SIL 3
SIL 4
>0.01 to < 0.1
>0.001 to < 0.01
>0.0001 to < 0.001
>0.00001 to < 0.0001
Attilio Citterio
100
Esempio Basato su Prestazione.
Recipiente
Ingresso Uscita Gas
Uscita Liquido
Guasto PIC/PCV –
1x10-1 (eventi/anno)
Risultato – Il rischio intrinseco di sovra pressurizzare il
recipiente è la somma delle cause che è 1.0 × 10-1
eventi/anno o 10% probabilità o un evento ogni 10 anni.
Attilio Citterio
101
Prestazione – Analisi Basata sul Rischio.
Esistono vari modi di condurre l'analisi (Grafico del Rischio, Matrice del Rischio,
Strati di Protezione, Analisi Quantitativa del Rischio).
Rischio Intrinseco all'interno del Processo
Basso AltoProbabilità dell'Evento
Soglia di rischio accettabile
Progettazione dell'impiantoPSVPSH
Rischio Finale
Attilio Citterio
102
Esempio Basato sulla Prestazione.
PSV
Recipiente
Ingresso Uscita Gas
Uscita Liquido
PSH
Rischio Base di 1.0×10-1 /anno o 10%
Fissare una Soglia di Rischio di 1×10-5 /anno o probabilità 0.001%
L'aggiunta di PSV (PFD 1×10-3) porta a un rischio residuo di 1.0×10-4
/anno o probabilità 0.01%.
Il PFD richiesto del PSH è uguale alla soglia di rischio divisa per il
rischio residuo = (1×10-5/1.0×10-4) = 1.0×10-1
Questo è un SIL 1 PSH
Attilio Citterio
Standard di Sistemi Strumentati Sicuri.
IEC 61508 - “Functional Safety: Safety Related Systems”
Versione attuale emessa nel 1999
Revisione emessa nel 2005
ISA 84.01-2003 - “Functional Safety: Safety Instrumented Systems for the Process Industry Sector”Identica alla IEC 61511 con l’inclusione dell’articolo originarioPubblicata nell’Ottobre del 2003
IEC 61511 - “Functional Safety: Safety Instrumented Systems for the Process Industry Sector”Pubblicata nel 2003
Attilio Citterio
Norma IEC 61511 –
Obiettivi del Ciclo di Vita della Sicurezza.
Analisi
Analisi del
Pericolo / Rischio -
Definire Progetto e
Obiettivi
Documentazione
Esecuz. HW &
SW Progetto
Valutare il Progetto:
Analisi di affidabilità
dell’Integrità di
Sicurezza
Operare e
Mantenere
Ok
Documentazione
Documentazione
Documentazione
Progetto
Verifica
Modifica
Attilio Citterio
Fase di Realizzazione – Processo di Progettazione
«Safety Instrumented Function» (SIF).
Dati di Rottura
del Produttore
7b. Scelta della
Architettura
10. Istallazione SIS,
Emis. commesse
E test di accettaz.
Pre-avvio
Specifiche dei requisiti di Sicurezza -
Descrizione Funzionale di ogni Sicurezza,
Funzione strumentalizzata, SIL Obiettivo,
Pericoli Mitigati, Parametri di Processo,
Logica, requisiti Bypass/Manutenzione,
Logica, requisiti Bypass/Manutenzione.
7. Progettazione
SIS Concettuale
7a. Scelta della
Tecnologia
Ridondanza: 1oo1,1oo2, 2oo3,
1oo2D
7c. Determin.
Filosofia Test
7d. Affidabilità,
Valut. Sicurezza SIL Raggiunti
SIL
Raggiunto?
No
Yes
8. Progettazione
SIS di Dettaglio
Banca dati
delle rotture
Istallazione e
Istruzioni del
produttore
9. Pianificazione
Istallazione e
commesse
Documentazione Dettagliata Progetto
Diagrammi a Loop, a Wiring, e Logici
Stesura progetto, PLC Programmazione,
Istallazione Requisiti, Emissione
Commesse Requisiti, ecc.
-
Manuale di
Sicurezza
del Produttore
Scelta sensori, computer e
tecnologia elementi finali
Fonte: IEC 61511,
Attilio Citterio
Riferimenti e Siti sulle Reazioni Chimiche
Inerentemente più Sicure
• A Checklist for Inherently Safer Chemical Reaction Process Design and
Operation http://home.att.net/~d.c.hendershot/papers/ccps10-02.htm.
• Inherently Safer Processes
http://www.ems.org/chemical_plants/inherent_safety.html.
• US EPA Strategic Plan for Homeland Security
http://www.epa.gov/epahome/downloads/epa_homeland_security_strate
gic_plan.pdf.
• Responsible Care Toolkit: Security Assessment
http://www.responsiblecaretoolkit.com/security_guidance_siteSec.asp
• CCPS "Risk Based Process Safety" (2007) ISBN: 978-0-470-16569-0.
• ICAO Safety Management manual (2010).
• EN ISO 9001:2015.
• Process Safety Progress, Wiley, Vol. 34, Issue 3, pages 212–213, 2015.
