Key Words: RBI, Ispezione, Rischio Parole Chiave: RBI, Inspection, Risk

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1 Applicazione RBI ad un impianto industriale: considerazioni tecniche e risvolti legislativi A. Faragnoli*, C. Delle Site**, S. Dominici*** *C-ENGINEERING, **I.S.P.E.S.L., *** CREDOSOFT SOMMARIO In questo lavoro viene sinteticamente illustrata la procedura per la pianificazione delle verifiche d integrità secondo periodicità diverse da quelle previste dal DM 329/04 del 1 dicembre 2004, ma tali da garantire un livello di sicurezza equivalente, nel rispetto delle prescrizioni indicate al comma 5 dell art. 10 del Decreto stesso. Facendo riferimento alla metodologia API 581 sul Risk Based Inspection viene analizzato un caso pratico relativo ad attrezzature a pressione tipiche di un impianto petrolchimico. Dopo aver analizzato la storia di esercizio dell attrezzatura, i dati progettuali e quelli operativi sono stati individuati i fattori di danno prevedibili e la conseguente definizione delle categorie relative alla probabilità e alla conseguenza. Principalmente è stata posta l attenzione su tematiche come quella della corrosione (responsabile di molti tipi di danneggiamenti presenti in un impianto), della velocità con cui essa si manifesta nel tempo (corrosion rate) e del conseguente calcolo della vita residua dell apparecchiatura (residual life). I risultati ottenuti, attraverso l applicazione di una metodologia semi-quantitativa, vengono analizzati all interno della matrice di rischio confrontando, relativamente al medesimo apparecchio, i casi corrispondenti alle situazioni rispettivamente di legge e di proroga. Si è utilizzato il software CREDO 5 ai fini di una corretta e semplificata gestione, informazione ed analisi dei dati di esercizio e di progetto di un apparecchiatura con eventuali anomalie, storia ispettiva e calcolo della vita residua applicato ad un caso reale. Key Words: RBI, Ispezione, Rischio Parole Chiave: RBI, Inspection, Risk Angelo Faragnoli C-ENGINEERING Dipartimento. Operation & Maintenance Largo Carlo Salinari, 18/ Roma, IT Fax: a.faragnoli-ceng@dappolonia.it Corrado Delle Site I.S.P.E.S.L.- DCC Dipartimento Certificazione e Conformità di Prodotti ed Impiant Via Alessandria, Roma, IT Fax: corrado.dellesite@ispesl.it Sergio Dominici CREDOSOFT Credosoft Consultant Unit 6 Blairtummock Place Panorama Business Village Glasgow G33 4EN, UK Fax: +44 (0) sergio.dominici@credosoft.com

2 Introduzione Nell ultimo decennio, nell ambito della pianificazione dei controlli di integrità strutturale delle apparecchiature/insiemi, si è sviluppata la metodologia Risk Based Inspection, formalizzata prima dall ASME e successivamente, in maniera più sistematica, dall API con le Recommended Practices 580 e 581. Lo sviluppo iniziale della metodologia si è avuto nel settore Oil&Gas fino ad arrivare agli anni 2000 in cui sono state fatte valide estensioni all industria di processo chimica e siderurgica ed alla produzione di energia, grazie anche al progetto RIMAP (Risk Based Inspection and Maintenance Procedures for European Industry). In sintesi l approccio RBI può essere ottimamente utilizzato per programmare i controlli di integrità strutturale, assegnando le priorità in base alla valutazione dei rischi connessi al singolo componente d impianto, a differenza dei sistemi tradizionali (ai quali si rifanno anche le normative vigenti) in cui i controlli vengono programmati su base periodica regolare, in funzione delle caratteristiche progettuali dell apparecchio ed alle sue condizioni di esercizio. Per la valutazione del rischio si tiene conto dei possibili guasti, della severità delle conseguenze, della probabilità di accadimento. Considerazioni generali Una delle possibili applicazioni della metodica RBI consiste nell ottimizzazione degli intervalli di ispezione, attraverso delle valutazioni del rischio, facendo in modo che il livello di sicurezza rimanga inalterato o addirittura aumentato. Partendo dall identificazione di potenziali problemi, la metodica RBI aumenta di gran lunga le possibilità di intervenire con azioni di mitigazione del rischio e quindi di ridurre la frequenza dei guasti. Quindi gli scopi fondamentali di una ispezione sono: Prevenzione del danno Analisi del danno Si riporta (figura 1) uno schema sintetico di pianificazione della metodologia RBI: Valutazione del Rischio Raccolta di dati ed informazioni Probabilità del guasto (PoF) Conseguenza del guasto (CoF) Classificazione del Rischio Piano Ispezioni Mitigazione (Se possibile) Nuova valutazione Figura 1 Processo di pianificazione della metodologia RBI La procedura per la pianificazione delle verifiche d integrità può essere sviluppata anche per definire periodicità diverse da quelle previste dal DM 329/04 del 1 dicembre 2004, ma tali da garantire un livello di sicurezza equivalente, nel rispetto delle prescrizioni indicate al comma 5 dell art. 10 del Decreto stesso.

3 Obiettivi Dato il crescente interesse verso l applicazione di questa metodologia e la necessità di una corretta applicazione della stessa, il Comitato Termotecnica Italiano CTI-UNI ha creato un Gruppo di Lavoro ad hoc per questa metodologia. E più precisamente, nell ambito del Gruppo Consultivo GC04 Integrità strutturale delle attrezzature a pressione, che ha il compito di effettuare proposte di Norme nazionali, Raccomandazioni o Specifiche Tecniche relative a criteri tecnici di valutazione della integrità strutturale degli apparecchi a pressione e di proporre commenti e votazioni durante le inchieste pubbliche su normative nazionali ed internazionali di argomenti similari, è stato inserito il Gruppo di Lavoro GL03 Risk Based Inspection. Il Gruppo in questione si pone come obiettivo l elaborazione di una nuova Raccomandazione CTI / Specifica Tecnica sul Risk Based Inspection,: DEFINIZIONE DELLE PERIODICITA DI ISPEZIONE DI ATTREZZATURE/INSIEMI A PRESSIONE MEDIANTE L IMPIEGO DI METODOLOGIE DI TIPO RBI. Programma Nel programma del nuovo Gruppo di Lavoro GL03 Risk Based Inspection, al fine di elaborare una Specifica Tecnica che affronti le suddette tematiche tenendo in forte considerazioni quelle che sono le reali problematiche esterne, si sono voluti sintetizzare i criteri generali che devono essere rispettati ai fini della definizione delle periodicità differenti di ispezione di attrezzature/insiemi. In primo luogo la Linea Guida dovrà: descrivere le peculiarità dell approccio RBI ed analizzare le ultime revisioni della più importante normativa di riferimento, come: API 580, Risk Based Inspection API 581, Risk Based Inspection Base Resource Document CWA Risk Based Inspection and Maintenance Procedures for European Industry (RIMAP) HSE CONTRACT RESEARCH REPORT 363/2001, Best Practice for Risk Based Inspection as a part of Plant Integrity Management (HSE Book) raccogliere le esperienze nazionali ed internazionali significative; definire i principi generali dell analisi e formulare considerazioni sui differenti tipi di metodi come Qualitativo, Quantitativo e Semi-Quantitativo in relazione soprattutto ai dati reperibili e disponibili dall utilizzatore; motivare l accettabilità di una richiesta di proroga in funzione del livello di rischio dell attrezzatura ai vari orizzonti temporali: attuale, alla scadenza della verifica di legge e alla proiezione temporale ipotizzata per l ispezione; verificare, in qualunque caso, l assenza di riscontri negativi di precedenti verifiche ispettive, indagini varie o prove non distruttive che evidenzino una qualche criticità per l integrità delle membrature;

4 garantire che, alla proiezione temporale ipotizzata per l ispezione, l effettivo spessore residuo delle membrature, correlato ad eventuali meccanismi di corrosione, sia ancora sufficiente per garantire la stabilità del componente; determinare eventuali azioni correttive da intraprendere come sostituzione e/o modifica del componente, interventi di manutenzione, indicazioni per la mitigazioni delle conseguenze e ispezioni; determinare l intervallo di proroga quale il minimo tra un valore derivante dalla predetta analisi RBI e quello derivante da considerazioni legate a particolari esigenze di processo e quindi soprattutto all esperienza su componenti simili. Proposta di Linea Guida L indice di riferimento della proposta Linea Guida è articolato secondo il formato standard della tradizionale normativa: INTRODUZIONE CAMPO DI APPLICAZIONE RIFERIMENTI DEFINIZIONI METODOLOGIA RBI PROCEDURA CONTROLLI NON DISTRUTTIVI ESEMPI APPLICATIVI Si elencano di seguito i principali sottoparagrafi che rappresentano gli step necessari da soddisfare per l esecuzione di una corretta applicazione della metodologia RBI e della procedura stessa: 1. Analisi dei dati d impianto 2. Analisi dei pericoli 3. Individuazione dell approccio globale 4. Determinazione della probabilità di rottura 5. Determinazione delle conseguenze di rottura 6. Determinazione del rischio 7. Criteri di accettabilità del rischio Analisi dei dati di impianto La prima fase dell analisi consiste nella raccolta di tutta la documentazione necessaria come: dati di progetto parametri operativi risultati di ispezioni precedenti riparazioni e modifiche registri e procedure di servizio registri e procedure di manutenzione installazione condizioni di servizio

5 Analisi dei pericoli Le modalità con cui l analisi dei pericoli può essere condotta variano in funzione delle circostanze rimanendo comunque inalterati quelli che sono i punti cardine come l individuazione di possibili incidenti, compresi i guasti, dell apparecchiatura e dei possibili meccanismi di degrado e modi di guasto. Per ciò che concerne l individuazione dei possibili pericoli è necessario considerare molti fattori (ad esempio: la suscettibilità del materiale alla corrosione, la fatica causata da carichi di natura ciclica, danni al sistema di controllo dell acqua chimica, qualsiasi danno derivante da urti o cattiva manutenzione) e si può disporre di molte tecniche utili ai fini dell individuazione dei possibili scenari incidentali come: Hazard and Operability Study (HAZOP) Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) Fault Tree Analysis (FTA) Event Tree Analysis (ETA) Human Reliability Analysis (HRA) Per quanto riguarda, invece, l individuazione di possibili deterioramenti e modi di guasto, è di primaria importanza il coinvolgimento di uno staff con esperienza e composto di figure appartenenti a diverse discipline. Esperienza che è alla base per un corretto sviluppo di strumenti indispensabili come le check list. Sebbene siano molti i possibili meccanismi di guasto per i sistemi a pressione, è possibile etichettare come prioritari tutti quelli caratterizzati da un periodo di incubazione o semplicemente dipendenti dal tempo, come fatica o corrosione, e raggrupparli nelle seguenti classi: Danni a strumenti di protezione Corrosione/Erosione (generale, locale, pitting) Creep e danni per alta temperatura Fatica Stress Corrosion Cracking (SCC) Infragilimento Blistering da idrogeno Rottura fragile Buckling Individuazione dell approccio globale Una volta completata la fase dell analisi dei pericoli si passa allo sviluppo della metodologia RBI scegliendo tra differenti applicazioni e raggiungendo così diversi livelli di dettaglio. La scelta della tipologia di approccio dipende da diverse variabili: a) Obiettivo dello studio b) Numero di attività e di apparecchiature da studiare c) Disponibilità delle risorse d) Tempo a disposizione per lo studio e) Complessità delle attività e dei processi f) Qualità e natura dei dati disponibili

6 Il metodo da applicare può essere di tipo quantitativo, qualitativo oppure semi-quantitativo qualora venissero utilizzati aspetti dei due approcci precedenti. Questi approcci, però, non sono assolutamente in competizione tra loro, il che vuol dire che nessuno di questi esclude gli altri anzi possono considerarsi a tutti gli effetti approcci complementari. Possono essere considerati un continuum dove il qualitativo ed il quantitativo rappresentano gli estremi ed ogni fase intermedia rappresenterà un approccio di tipo semiquantitativo (figura 2): Alto Livello di dettaglio Analisi Basso RBI Qualitativo RBI Semi-Quantitativo RBI Quantitativo Figura 2 Continuum dell approccio RBI Determinazione della probabilità di rottura (PoF) Ai fini della valutazione degli effetti di specifici meccanismi di danno sulla probabilità di guasto, l API 581 riporta appendici in cui sono presenti metodi sistematici denominati Moduli Tecnici (Technical Modules) che si prefiggono i seguenti obiettivi: I. Monitorare i meccanismi di danno per normali e anormali condizioni operative II. Stabilire la velocità del danno nell ambiente III. IV. Quantificare l efficienza del programma di ispezioni Calcolare il fattore di modifica che deve essere applicato ad una generica frequenza di danno I Moduli Tecnici, specifici per ogni tipo di meccanismo di danno, valutano due diverse categorie di informazioni: A. Velocità di deterioramento del materiale di costruzione dell oggetto dell apparecchiatura, dovuta al suo specifico ambiente operativo B. Efficacia del programma del piano di ispezioni al fine di identificare e monitorare i meccanismi di danno operativi prioritari. Inoltre, questi Moduli prendono in considerazione, andando a modificare la probabilità di danno, tutte quelle condizioni operative straordinarie che possono comportare una velocità del danno di gran lunga superiore a quella standard, come ad esempio le fasi di start-up e/o di fermata dell impianto. Determinazione della conseguenze di rottura (CoF) L analisi delle conseguenze del danno all attrezzatura deve essere focalizzata sulla capacità del danno e conseguenti eventi che possono inficiare su importanti temi come: Salute e Sicurezza, Ambiente ed Economia.

7 Al fine di valutare correttamente gli effetti causati da un eventuale rilascio di fluido da sistemi a pressione, o che contengono prodotti pericolosi, è necessario conoscere: la composizione del fluido contenuto e le sue caratteristiche fisico chimiche, la potenziale area di rilascio considerato il modo di guasto ed il tipo di apparecchiatura, la pressione, la temperatura ed il rate con cui potrebbe avvenire il rilascio, la quantità totale di fluido coinvolto nell eventuale rilascio, le misure per il rilevamento della rottura o perdita, la fase finale del fluido una volta che viene a contatto con l atmosfera, i sistemi di mitigazione delle conseguenze del rilascio. Determinazione del rischio Il rischio può quindi essere, a valle del calcolo dei due fattori precedentemente descritti, determinato e rappresentato mediante l utilizzo di una matrice di rischio, come riportata nella figura 3: LOF Likelihood Category CATEGORIA DI RISCHIO ALTA MEDIO-ALTA MEDIA BASSA A B C D E COF Consequence Category Figura 3 Matrice di rischio L utilizzo della metodologia RBI ai fini di una nuova definizione degli intervalli di ispezione, così come riporta il comma 5 dell art. 10 del D.M. 329/04, può essere molto utile per dimostrare che possono esistere stessi livelli di rischio equivalenti in funzione di differenti intervalli ispettivi. Si possono effettuare quindi studi per ottenere proroghe agli intervalli di ispezioni imposti per legge. Una soluzione proposta è quella di calcolare tanto il valore del rischio al tempo previsto dalla legislazione vigente, ad esempio R Legge (R L ), quanto quello al tempo richiesto di proroga R Proroga (R P ) e confrontare i due valori numerici (per un approccio di tipo quantitativo) o le due categorie di rischio (per un approccio di tipo semi-quantitativo). Criteri di accettabilità del rischio Al fine di valutare l opportunità di concedere tale proroga si rende necessario analizzare le conseguenze della mancata esecuzione del controllo d integrità sul livello di rischio dell apparecchio.

8 Per questo è fondamentale confrontare i valori di rischio R L e R P ed in particolare come questi valori si collocano all interno della matrice di rischio. In primo luogo, focalizzando l attenzione sul valore di rischio R P si evince che la richiesta di proroga può essere sempre accettata quando tale valore ricade nella categoria di rischi Bassa, come schematicamente riportato in fgura 4: R Proroga Categoria di rischio BASSA SI PROROGA Figura 4 - R Proroga in Categoria di rischio Bassa Al contrario, per valori di R P che ricadono nella categoria di rischio Alta la richiesta di proroga, per evidenti motivazioni di sicurezza, non può mai essere accettata (figura 5): R Proroga Categoria di rischio ALTA NO PROROGA Figura 5 - R Proroga in Categoria di rischio Alta Nella figura 6, si considera il caso in cui non si ricade in una delle due situazioni precedenti. Si confronta, così, la categoria di rischio calcolata al tempo di legge (di seguito indicata con R Legge ) con la categoria di rischio calcolata al tempo richiesto di proroga (di seguito indicata con R Proroga ): R Proroga NON SUPERIORE A R Legge SI Nessun Intervento NO Interventi correttivi per mitigare il Rischio SI PROROGA Figura 6 Confronto categorie di rischio Condizione necessaria per l approvazione della proroga è il non superamento da parte del livello di rischio alla proiezione temporale ipotizzata per la proroga R Proroga del livello di rischio alla proiezione temporale prevista per legge R Legge. Infatti, in questa condizione si ritiene che il livello di rischio, considerata la proroga, garantisce un livello di protezione equivalente.

9 È necessario verificare, in ogni caso, l assenza di riscontri negativi di precedenti verifiche ispettive, indagini varie o prove non distruttive che evidenzino una qualche criticità per la stabilità delle membrature. Nel presente lavoro è stato comunque conservativamente definito l intervallo di proroga quale minimo tra un periodo di 3 anni ed il risultato dell analisi: INTERVALLO DI PROROGA = min 3 anni ; Tempo consentito dalla valutazione RBI Risultati Di seguito si riporta un case study, sviluppato con l ausilio del software CREDO, applicato ad una colonna di un impianto di alchilazione da cui si evince un applicazione della procedura che permette la possibilità di estendere l intervallo di ispezione per verifica di integrità rispetto a quanto previsto dalla legge. Si sono inizialmente analizzate le caratteristiche della colonna (figura 7) quali ad esempio i dati di progetto, la classificazione PED e la messa in servizio dell apparecchiatura. Figura 7 Caratteristiche dell apparecchiatura Si è proceduto poi all analisi della storia della colonna (figura 8) andando a studiare e ricapitolare quelli che in Credo sono definiti come Eventi, completati e pianificati, che sono attribuibili all oggetto in esame.

10 Figura 8 Storia dell apparecchiatura Il passaggio successivo è stato quello di schematizzare l andamento della corrosione ad oggi e quindi della conseguente diminuzione dello spessore (figura 9) per poi, utilizzando il tool presente nel software ed in conformità alla procedura di calcolo Half Life Analysis presente nell API 510, estrapolare un trend di tipo lineare del rateo di corrosione (figura 10). 27/03/ /03/2014 Figura 9 Andamento della corrosione dell apparecchiatura Figura 10 Trend del rateo di corrosione dell apparecchiatura Si è ricavata così anche l informazione sull accettabilità dello spessore residuo all intervallo di riferimento. Attraverso l analisi RBI (figura 11), unitamente ai criteri di accettabilità prima descritti, è possibile stabilire l eventuale intervallo di proroga. Figura 11 Matrice di Rischio e Confidenza

11 Conclusioni Dall analisi effettuata si è riscontrata l utilità di un approccio di tipo RBI per definire delle periodicità di ispezione diverse da quelle previste dal D.M. 329/04. La procedura utilizzata, attualmente, in fase di studio in ambito CTI-UNI, nell apposito Gruppo di Lavoro, necessita di ulteriori verifiche ed implementazioni ma costituisce un valido punto di partenza tecnico-normativo. Bibliografia 1. A. Faragnoli, A. Fiorilla Applicazione del comma 5 dell art. 10 del D.M. 329/04. Definizione delle periodicità d ispezione di attrezzature a pressione. Case Studies. Atti del convegno SAFAP 2008, Cagliari Giugno C. Delle Site, A. Faragnoli Programmazione delle ispezioni in funzione del rischio. Esempi applicativi relativi ad attrezzature a pressione., Atti del 12 Congresso dell AIPnD, Conferenza Nazionale sulle Prove non Distruttive Monitoraggio e Diagnostica, Ottobre G. Augugliaro, C. Delle Site, C. Mennuti, A. Faragnoli Valutazione dei meccanismi di danno in un reattore di un impianto petrolchimico, Atti della Giornata Nazionale sulla Corrosione e Protezione, Giugno 2007, Messina. 4. C. Delle Site Moderne tecniche di analisi per la valutazione dello stato di integrità delle attrezzature a pressione Atti del Convegno ISPESL, Vibo Valentia, Risk Based Inspection - Base resource Document, API Pubblication 581, may A. Lauro, S. Pinca Ispezione Basata sul Rischio Convegno SAFAP 2004, Roma giugno Ricerca ISPESL: Incidenti ed avarie. Linee guida per la valutazione attraverso criteri di meccanica della frattura 5 aprile 2001, Firenze