Normativa tecnica ed indicatori per la gestione nel tempo di impianti ed attrezzature a pressione

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1 (pag. 1/4) Seminario "La gestione sicura dell invecchiamento delle attrezzature negli stabilimenti Seveso nell ambito delle verifiche ispettive ex art. 27 del d. Lgs. 105/2015" Roma Normativa tecnica ed indicatori per la gestione nel tempo di impianti ed attrezzature a pressione Corrado Delle Site INAIL DIT 1 1

2 Introduzione L invecchiamento è un problema emergente per gli impianti di processo in Europa La costruzione di impianti nuovi è ostacolata da problemi economici Molti recipienti a pressione e reattori stanno diventando vecchi Per valutare l idoneità al servizio di impianti vecchi occorre valutare la vita residua 2 2

3 Impianti a pressione in Stabilimenti RIR Depositi gas liquefatti Stabilimenti chimici e petrolchimici Centrali termoelettriche Raffinazione petrolio ecc. IMPIANTI A PRESSIONE 60% STABILIMENTI RIR 40% Acciaierie Depositi olii minerali Depositi esplosivi Impianti trattamento/recupero Deposito tossici/ fitofarmaci Galvanotecnica, ecc. NB: Tali stabilimenti non sono impianti a pressione ma contengono attrezzature a pressione per uso tecnologico (es. criogenici, aria compressa, ecc.) 3 3

4 Uno dei più grandi disastri marittimi nella storia degli Stati Uniti, sul fiume Missisipi: esplosione a bordo nave SS Sultana tre delle quattro caldaie esplosero 1,800 dei 2,400 passeggeri furono uccisi le caldaie del Sultana erano esplose a causa di basso livello di acqua e una riparazione inadeguata

5 1905 Incidente Brokton USA disastrosa esplosione caldaia di una fabbrica di scarpe uccidendo 58 persone ferendone altre 117 danno patrimoniale di ¼ milione di dollari. necessità di avere regole nella costruzione delle caldaie a vapore 5 5 5

6 Dopo 3 anni di innumerevoli incontri e udienze pubbliche fu adottata nella primavera del 1915 una stesura finale del primo ASME rules for construction of stationary boilers and for allowable working pressures

7 Se diamo uno sguardo più attento alle differenti cause di esplosioni possiamo constatare che una grande percentuale poteva essere evitata con ispezioni appropriate e periodiche. [Rif. Cause di esplosione di caldaie in Francia (Vincotte)] ANNO TOTALE ESPLOSIONI ESPLOSIONE DOVUTA A CATTIVA CONDIZIONE DELLE CALDAIE VALVOLE DI SICUREZZA SOVRACCARICHE O IN CATTIVE CONDIZIONI, SCARSITÀ DI ACQUA, INCROSTAZIONI CAUSE SCONOSCIUTE O ESTERNE TOTALE

8 Le verifiche durante il ciclo di vita di un attrezzatura Progettazione e Costruzione /68/UE (PED) Messa in servizio DM 329/04 UNI TS Norme Nazionali VSR, VSG, M, S Norme armonizzate no La riparazione ha avuto esito positivo? si Verifiche Periodiche (DM 329/04, DM UNI TS ) Risk-Based (UNI TS ) ispezione Difetti? si no no Decommissioning Riparazioni Riparazioni temporanee UNI TS si Riparazione? Fitness for Service UNI TS

9 Indicatori di degrado Indicatori di degrado meccanismi tempo dipendenti Meccanismi di danno No Creep no Temp>T 0 No Fatica no n>500 No corrosion no s t 0 No Ageing no time>t 0 (*) si si si si Creep Fatica Corrosione Degrado metallurgico UNI TS UNI TS UNI TS UNI TS xxx (*) t 0 =40 anni, analisi preliminare t=10 anni 9 9

10 1. Vita consumata per scorrimento viscoso PLM ASTM A182 F 11 ASTM DATA CALCOLI CONTROLLI NON distruttivi REPLICHE Metallografiche Curva di Interpolazione log ( ) (MPa) Metodi convenzionali Master Curve Metodi alternativi Ω method Definire la vita consumata a creep z c n i 1 hi H i Effetti dei giunti saldati Cr=0.9 I ( I rif )*( f ci ) i Sommare il contributo della vita consumata per fatica zsf=zs +zf intervallo di ulteriore esercizio dell attrezzatura in sicurezza Effetti della corrosione Danno creep Estensione Controlli Monitoraggio Danno creep UNI TS Max Min Max Min Max Min 7602 Max Min 2340 Riparazione 10 10

11 2. Frazione di Vita Consumata per Fatica Curva FAD crescita di un difetto Stabile Instabile da dn C K m 11

12 3. Calcolo di vita consumata per creep-fatica Frazione di vita per danno creep-fatica con la regola lineare di Roberson zsf=zs +zf Danno limite STABILE (Danno limite ricavabile da figure per ogni classe di materiale) Vita consumata: zsf=oc/ov 12 12

13 4. Vita consumata per corrosione RC: rateo di corrosione VR S attuale S RC min imo 13 13

14 Vita consumata e ore di esercizio [HSE RR509] Stage 1 Stage 2 Stage 3 Stage 4 Initial Maturity Ageing Terminal Post Commissioning Risk- Based Deterministic Monitoring 14 14

15 Fasi di vita e estensione controlli [HSE RR509] Estensione dei controlli Mediobassa bassa Media Alta Stage 1 Stage 2 Stage 3 Stage

16 RISCHIO Risk Based Inspection Metodologia che offre un valido strumento ai fini di una ottimizzazione della pianificazione delle ispezioni in funzione di una valutazione basata sul rischio. RISCHIO Con programmi di ispezione tipici RISCHIO utilizzando un analisi RBI ed ottimizzando il programma di ispezione Rischio Residuo non eliminabile dall uso di un analisi RBI LIVELLO DI ISPEZIONE 16 16

17 LOF Likelihood Category Matrice di Rischio PROBABILITA EVENTO PoF CONSEGUENZA FINALE X = CoF RISCHIO CATEGORIA DI RISCHIO ALTA MEDIO-ALTA MEDIA BASSA A B C D E COF Consequence Category 17 17

18 LOF Likelihood Category Esempio RBI Livelli di rischio R P 1 Caso 1 reattore di impianto petrolchimico (livello di rischio dopo 22 anni con 2 ispezioni generiche) R P 2 A B C D E COF Consequence Category 2 Caso 2 reattore di impianto petrolchimico (livello di rischio dopo 22 anni con 4 ispezioni specifiche HTHA) 18 18

19 normativa di riferimento API 580, Risk Based Inspection API 581, Risk Based Inspection Base Resource Document HSE CONTRACT RESEARCH REPORT 363/2001, Best Practice for Risk Based Inspection as a part of Plant Integrity Management (HSE Book) CWA Risk Based Inspection and Maintenance Procedures for European Industry (RIMAP) CEN TC 319 pren Risk Based Inspection 19 19

20 CINETICA DEI MECCANISMI DI DANNO I meccanismi di danno possono essere suddivisi in due macro-categorie: Brevi intervalli di esercizio T<10 years (orientativo) Fatica ad alto n. di cicli Surriscaldamento Carichi imprevisti Shock Termici Veloci Lenti Lunghi intervalli di esercizio T>40 years (orientativo) Degrado Metallurgico dei materiali 20 20

21 Degrado dei materiali da prolungato esercizio Softening/Addolcimento Embrittlement/Infragilimento Decarburization/Decarburazione Carburization/Carburazione Graphitization/ Grafitizzazione ecc Dopo t=40 anni sono suggerite ispezioni addizionali per verificare l assenza di meccanismi «lenti» 21 21

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23 Esempio: Sensibilizzazione in reattore in acciaio inox AISI 304 Anni di esercizio 35 T=490 C, p=4,5 bar, per un anno T=440 C, p=5 bar, per 34 anni T>450 C Rischio sensibilizzazione Piano di controllo : Repliche metallografiche UT PT Esito finale: lieve sensibilizzazione Monitorare evoluzione danno Definire un piano controllo futuro Non superare 450 C 23 23

24 Invecchiamento in valvole di sicurezza Verifica dell apertura della valvola alla pressione stabilita ESERCIZIO Valvola esposta a fluidi di processo, alte/basse temperature, ecc. La manutenzione prevede: Pulizia interna ed esterna della valvola; Eventuale sostituzione di parti danneggiate (molla od otturatore ad esempio); TARATURA MANUTENZIONE INVECCHIAMENTO Incollaggio dell otturatore nella sede. Causa: Valvole esposte per lunghi periodi a fonti di calore (ad esempio la luce solare estiva), risultano spesso affette da questa problematica Effetti: apertura della valvola a pressioni superiori rispetto a quella prevista di 17,65 bar (GPL)

25 Struttura della UNI TS (e collegate) INTEGRITA GEN VAPORE ESERCIZIO 1 TUBAZIONI 1 TUBAZIONI 2 CREEP 2 CREEP 3 Sorveglianza GV 3 Sorveglianza 4 CREEP 4 CREEP Riparazioni temporanee Messa in servizio Esclusioni - note tecniche condivise 5 6 Riparazioni temporanee Messa in servizio 8 RBI 8 RBI 9 FFS 9 FFS 10 Sorveglianza GV 11 Fatica 10 Sorveglianza Fatica Verifiche Periodiche x x Degrado Prova di pressione X Locali (bozza) 12 Verifiche Periodiche (inchiesta) QUADRO D INSIEME E AGGIORNAMENTO DELLE SPECIFICHE TECNICHE SERIE UNI TS

26 Il ruolo delle PnD nella valutazione dell invecchiamento 26 26

27 Conclusioni Per i meccanismi tempo-dipendenti (creep, fatica, corrosione), al fine di valutare lo stato di degrado/invecchiamento di un attrezzatura a pressione è utile valutare la frazione di vita consumata. La conoscenza della vita consumata può dare infatti indicazioni sull estensione delle PnD da effettuare sul componente (più elevata la vita consumata più elevati i controlli). Le Specifiche Tecniche della serie UNI TS costituiscono un set di norme per la valutazione dei meccanismi tempo-dipendenti e il degrado metallurgico dei materiali dovuto al prolungato esercizio I controlli obbligatori per legge esame visivo e controllo spessimetrico, sono spesso insufficienti a valutare l invecchiamento di un attrezzatura. E utile programmare le ispezioni da effettuare sul componente utilizzando una metodologia RBI, al fine di individuare i controlli più idonei in funzione del rischio del componente. 27