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Caratteristiche delle tecniche di analisi più comuni (2)

Lezione 5

Docente: V.Torretta

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4. Failure Mode & Effect Analysis (FMEA)

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4. FMEA

Individua i modi o i tipi di guasto di componenti o parti di impianto e il corrispondente effetto sugli impianti o sui sistemi

Analisi dei modi di guasto

Riferimenti:

AIChE - CCPS “HAZARD EVALUATION PROCEDURES”

DIN 25448 - Ausfalleffektanalyse (FMEA)

CEI 56.1 - Metodi di analisi per l'affidabilità di sistemi. Procedura di analisi dei modi e degli effetti di guasto (FMEA)

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4. FMEA: Esempio

Avaria: guasto al ripartitore di frenata di una automobile

Protezioni: sistema ridondante di frenata su circuiti indipendenti

Conseguenze: se non funziona la protezione, alla prima frenata decisa allungamento dello spazio di frenata e possibile sbandamento del mezzo

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4. FMEA: Risorse umane necessarie

Per svolgere una FMEA è necessario costituire un team di lavoro costituito da:

analista di rischio

processista (se presente)

progettista/tecnologo

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4. FMEA e altre analisi

analisi esaustiva

applicata ai processi può diventare laboriosa e rende ardua l’identificazione di concatenazioni incidentali complesse

eventi incidentali di origine “meccanica”

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4. FMEA: Analisi delle modalità di guasto e dei relativi effetti

procedimento per indagare le modalità del guasto dei componenti di un sistema e le loro conseguenze (effetti) sul sistema stesso

procedura induttiva

guasti di singoli componenti e non combinazioni di essi

condotta mediante moduli

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4. FMEA: Scopo dell’analisi

Classificazione qualitativa di sistemi esistenti o in progetto per ciò che riguarda il guasto di un singolo componente

Permette il miglioramento del progetto dal punto di vista sia della sicurezza che dell'affidabilità

Raccolta preliminare sviluppo Albero dei Guasti (Fault Tree, FT)

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4. Informazioni sul sistema

informazioni sulla costituzione e sulle funzioni del sistema:

specifiche del sistema

diagrammi a blocchi, disegni del sistema

condizioni di impiego

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4. Descrizione del modulo

La costituzione fondamentale del modulo può essere variato o completato a seconda delle caratteristiche del sistema in esame e degli scopi dell'analisi

Le informazioni essenziali, pertanto in ogni caso necessariamente presenti, sono:

l'univoca identificazione del componente

le caratteristiche del guasto

la sua manifestazione

le sue conseguenze

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I

Non vengono previste azioni correttive perché la frequenza è molto bassa.

Caduta rapida della pressione: danni alle attrezzature vicine al serbatoio.

Nessuna. Indicazione nella pressione.

10-5/a

Rottura (P.ES: difetto nel materiale).

Accumulo aria compressa.

13

III

Blocco del sistema.

Nessuna. Abbassamento di pressione anche a compressore in esercizio continuo.

10-3/a

Grossa perdita (P.ES: rottura di una saldatura).

Accumulo aria compressa.

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IV

L’abbassamento di pressione viene compensato dal compressore; per riparare il guasto è necessario fermare il sistema.

Invio di aria al compressore.

Aumenta la frequenza di marcia del compressore. Maggior rumorosità.

10-1/a

Piccola perdita (P.ES: ai bocchelli).

Accumulo aria compressa.

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K VALUTAZIONE

NOTE

EFFETTO SUL SISTEMA E SUI COMPONENTI

ATTIGUI

AZIONE CORRETTIVA

MANIFESTAZIONE DEL GUASTO

FREQUENZA MODALITA’ DI GUASTO

FUNZIONE DELL’ELEMENTO

NUM

9 8 7 6 5 4 3 2 1

CONDIZIONI INIZIALI:

PRESSIONE DI ESERCIZIO= 20 bar

CONDIZIONI INIZIALI: FUNZIONAMENTO REGOLARE CON PRELIEVO DI ARIA

ALLEGATI

DISEGNI

SPECIFICHE

CONDIZIONI ESTERNE:

TEMP.AMB.: 10÷30°c

UMIDITA' ARIA: 80%

ATMOSF.PRIVA DI POLVERE

COMPONENTE:

RECIPIENTE A PRESSIONE

SISTEMA:

ARIA COMPRESSA

ANALISI DEI GUASTI IMPIANTO A

Allegato: Modulo di indagine FMEA 11

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CLASSE DENOMINAZIONE CARATTERISTICHE

IV Molto modesta Il guasto del componente non provoca il blocco del sistema ne' coinvolge il personale

III Modesta Il guasto del componente provoca il blocco del sistema ma non coinvolge il personale

II Severa Il guasto del componente non porta a danni importanti nel sistema, ma coinvolge personale

I Molto severa Il guasto del componente porta a importanti danni al sistema o gravi lesioni al personale

Esempio di classificazione di effetti per criticità (K, colonna 9)

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4. FMEA

vengono considerati solo quei componenti del sistema ai quali è attribuibile un potenziale di danno, ad esempio:

sostanze esplosive o combustibili

sostanze ad alta reattività chimica o biologica

sorgenti di radiazione

sorgenti di calore

sorgenti di energia cinetica

sorgenti di energia potenziale (serbatoi a pressione)

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4. FMEA vs FMECA (2)

FMEA (FAILURE MODE and EFFECT ANALYSIS)

Individua:

i modi di guasto

gli effetti

FMECA (FAILURE MODE, EFFECT and CONSEQUENCES ANALYSIS)

Associa le conseguenze e la probabilità ai modi di guasto e agli effetti

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4. FMEA vs FMECA (2): procedura

Individuazione della documentazione necessaria (P&I, specifiche strumenti e macchine)

Definizione del sistema in esame e dei requisiti funzionali ed operativi minimi

Elaborazione di diagrammi a blocchi funzionali

Identificazione dei modi ed effetti di guasto, della modalità di sviluppo o propagazione

Individuazione dei metodi per la prevenzione dei guasti

Individuazione dei provvedimenti e metodi per la rivelazione dei singoli guasti

Individuazione delle conseguenze e determinazione della criticità dell’evento

Determinazione del rateo di guasto (frequenza o probabilità) 15

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Valutazione della credibilità in base a in base alla determinazione della frequenza di accadimento di un evento incidentale

Esempio 1: TRACIMAZIONE DA SERBATOIO

f = 5,53E-5 occasioni/anno

frequenza = rateo di guasto * ore/anno

Il rateo di guasto può essere scelto da banche dati o letteratura o da prove

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LSH

LIC01 LV01

XV

Esempio 1: Sovrariempimento del serbatoio per malfunzionamento LIC

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COMPONENTE RATEO

[o/h]

OP. TIME

[h]

MTBT

[h]

FREQUENZA

[occ/anno] f d t

LIC (sensore+trasmett+valv) 7,94E6 3200 3200 2,54E-2

LSH (interruttore+valvola) 1,57E-6 3200 2,51E-3

Esempio 1: Dati di affidabilità per stima della frequenza attesa

Mean Time Between Test (MTBT)

failure dead time (fdt):

Mancato Funzionamento su richiesta

Espresso come probabilità di non intervento, ricavabile da:

fdt = λ · MTBT/2

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FMEA

Documentazione:

P&I

Specifiche loop LIC01 (a dislocamento)

LSH (interruttore)

valvole (LV01 a globo, XV a sfera)

Requisiti del sistema:

LIC01 mantiene livello colonna al set 20% modulando LV01 in regolazione

Diagramma a blocchi funzionali

sensore

sensore

interruttore

LIC01

LSH

regolatore valvola

set

valvola

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Livello a dislocamento

Guasti tipici:

meccanici (grippaggio, difetti del materiale, usura, errori di montaggio)

strumentali (staratura, mancanza fluido o segnale spurio, sporcamento, errori di montaggio)

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IMPIANTO: SISTEMA: LIC01 REDATTORE:

COMPONENTE: sensore di livello SIGLA: LT01 FUNZIONE: rilievo livello della colonna C01 con invio a serbatoio D01 mediante LV01

NOTE: montaggio esterno

MODO DI GUASTO CAUSA EFFETTO RILIEVO NOTE

locale finale suggerimenti

Uscita errata (+/-) Blocco del galleggiante per usura Segnale errato a

controllore (+/-) a LIC01 Non modula valvola LV01

Portare segnale a DCS con

allarme minima e max

“ Rottura braccio o snodo per difetto

del materiale “ “ Idem c.s.

“ Blocco galleggiante montaggio errato “ “ Collaudo Avviene in avviamento

Uscita inferiore (segna

ivello inferiore – chiude

valvola)

-Temperatura esterna e dT elevata

tra interno ed esterno per mancanza

coibentazione esterna

Segnale inferiore a LIC01 Chiude LV01 Coibentazione

“ Rottura verso l’esterno per difetto del

materiale o corrosione Segnale inferiore a LIC01 Chiude LV01

Uscita eccessiva (livello

superiore – apre valvola)

+temperatura esterna e dT elevata

per mancanza coinbentazione

Segnale eccessivo a

LIC01 Apre LV01 Coibentazione

Mancanza segnale uscita Rottura braccio/snodo Segnale zero a LIC01 Chiude LV01 (Fail Closed)

Mancanza segnale

ingresso N.Applicabile

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M.F. non chiude rateo (λ): 5,4E-6 occ/h

probabilità di M.F.

fdt = λ · MTBT/2

se MTBT = 3200h

fdt = 8,64E-3

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5. Analisi «WHAT IF»

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5. Analisi «What If»

Il metodo indaga il comportamento di un sistema nel caso dovesse verificarsi una anomalia rispondendo alla domanda:

“cosa succede se”

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5. Analisi «What If»: obiettivi

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risposta del processo alle deviazioni più probabili dell’assetto di un impianto, dovute ad anomalie di funzionamento o di comportamento

individuare le potenziali situazioni critiche che potrebbero dar luogo ad un incidente

suggerire modalità di miglioramento della sicurezza

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5. Analisi «What If»: Campo di applicazione

Impianti, depositi, fabbricati, operazioni varie, procedure, ecc

Fasi operative da considerare:

Avviamento

Marcia normale

Fermata programmata

Fermata non programmata

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5. Analisi “What If”: descrizione

procedura non strutturata come HAZOP, FMEA

considerare i risultati di eventi inaspettati che potrebbero produrre conseguenze sfavorevoli

esame delle possibili deviazioni dal progetto, costruzione e modalità operative

conoscenza base di quanto si esamina e l'abilità di combinare e sintetizzare le possibili deviazioni dal progetto

procedura efficace se il gruppo di lavoro è esperto, in caso contrario i risultati sono spesso incompleti

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5. Analisi “What If”

Le domande sono collocate in specifiche aree di indagine legate alle conseguenze che interessano, ad esempio: sicurezza elettrica, protezione al fuoco, sicurezza personale.

Ogni area è studiata da un gruppo di 2-3 esperti

Non esiste un modello specifico

Le domande possono riguardare ogni variazione legata all'impianto non soltanto la rottura di componenti o variazioni di processo

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“What If”: esempio. Descrizione dell’impianto

Descrizione: Ragia Splitter

L’impianto è costituito da:

una colonna di distillazione “C”: altezza = 21 m

diametro = 0,92 m

n.piatti = 34

un forno “F” funzionante a metano con la funzione di preriscaldo carica e ribollitore di fondo colonna in celle separate

scambiatori di calore

refrigeranti ad acqua e ad aria (aircooler)

accumulatori

pompe di trasferimento e relative tubazioni

strumentazione di controllo e accessori

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«What If»: esempio. Descrizione del processo

1. L’impianto è alimentato da una carica di kerosene dearomatizzato

2. La materia prima viene scaricata alle pensiline di carico e quindi inviata al serbatoio di carica impianto

3. La carica, previo riscaldamento, viene inviata alla colonna di distillazione “C” dentro la quale viene frazionata in due prodotti chiamati, taglio di testa e taglio di fondo

4. I prodotti così ottenuti sono poi rispettivamente classificati a secondo della carica di provenienza come di seguito specificato

5. Dal frazionamento del kerosene si ottengono i seguenti prodotti:

acqua ragia minerale dearomatizzata

solvente

gasolio pesante

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«What If»: esempio. Descrizione del processo (1)

La lavorazione si svolge in 2 fasi successive alternate nella stessa colonna di distillazione.

FASE 1

Carica: 4,8 t/h dal serbatoio “S”

Pressione colonna: ~ 1,4 Atm

Temperatura uscita forno: 270°C

Prodotti ottenuti:

Taglio di testa: Ragia minerale dearomatizzata (150/200°C) 1,9 t/h

Taglio di fondo: Gasolio pesante + solvente

Destinazione prodotti:

Ragia Minerale dearomatizzata: vendita

Gasolio pesante + solvente: rilavorazione a impianto (fase 2)

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«What If»: esempio. Descrizione del processo (2)

FASE 2 (rilavorazione taglio di fondo della prima fase)

Carica: 4,8 t/h (carica gasolio pesante+solvente)

Pressione colonna: ~ 1,4 Atm

Temperatura uscita forno: 300°C

Prodotti ottenuti:

Taglio di testa: Solvente 4,2 t/h

Taglio di fondo: Gasolio (230-290°C) 0,6 t/h

Destinazione prodotti:

Solvente: Vendita

Gasolio: Vendita

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Analisi «What If»: Struttura

1. Ipotesi

2. Effetto

3. Conseguenze

4. Sicurezze

5. Suggerimenti

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CHE COSA SUCCEDE SE

CONSEGUENZE

RIMEDI

NOTE

Si verifica lo spegnimento del forno per mancanza di gas combustibile o guasto al sistema di controllo temperatura.

La colonna C non distilla il prodotto in carica per mancanza di vaporizzazione.

Riaccensione del forno o fermata impianto.

Il prodotto non distillato viene riciclato dal fondo colonna e inviato a stoccaggio tramite le pompe di fondo colonna. Il sistema di controllo pressione in colonna apre l’integrazione di gas (metano per evitare il depressionamento delle apparecchiature).

Aumenta la temperatura di testa colonna per guasto del controllore di temperatura TRC.

Aumentano i vapori in uscita dalla testa colonna. Il punto finale di ebollizione della frazione di testa sarà più alto di quanto richiesto dalle specifiche.

Riportare a valore prefissato la temperatura di testa.

Per la condensazione dei vapori di testa in eccesso si ha un aumento dei consumi di acqua di condensazione in CS e di energia elettrica per il motoventilatore.

Esempio di analisi «What If» riferita al processo

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«What If»: Risorse umane necessarie

Per svolgere l’analisi «What If» è necessario costituire un team di lavoro costituito da:

analista di rischio

processista

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5. «What If»: caratteristiche

semplice, pratica e generalmente basata sull’esperienza accumulata dal processista

non esaustiva

difficile una valutazione corretta dei loop di controllo e delle apparecchiature critiche