DOCUMENT NUMBER: CIRA-CF RISTRETTO IMP-LP 15-COM

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1 DOCUMENT NUMBER: CIRA-CF REV.: DISTRIBUTION STATEMENT PROJECT JOB NATURA DOCUMENTO PROGETTO COMMESSA RISTRETTO IMP-LP 15-COM TASK ARCHIVIO PROGRESSIVO DI ARCHIVIO NO. OF PAGES /CIRA/HPRB DELIVERABLE TITLE I2PS-Progetto preliminare- Rapporto HazOp PREPARED REVISED APPROVED AUTHORIZED PREPARATO VERIFICATO APPROVATO AUTORIZZATO Smoraldi Antonio (HPRB) Cangiano Pasquale (GRIM) DATE/DATA DATE/DATA DATE/DATA DATE/DATA 06/04/ /04/2016 BY THE TERMS OF THE LAW IN FORCE ON COPYRIGHT, THE REPRODUCTION, DISTRIBUTION OR USE OF THIS DOCUMENT WITHOUT SPECIFIC WRITTEN AUTHORIZATION IS STRICTLY FORBIDDEN A NORMA DELLE VIGENTI LEGGI SUI DIRITTI DI AUTORE QUESTO DOCUMENTO E' DI PROPRIETA' CIRA E NON POTRA' ESSERE UTILIZZATO, RIPRODOTTO O COMUNICATO A TERZI SENZA AUTORIZZAZIONE I

2 DOCUMENT NUMBER: CIRA-CF REV.: TITLE: I2PS-Progetto preliminare- Rapporto HazOp ABSTRACT: Nell ambito del Progetto Preliminare I2PS è stata prevista l esecuzione di una Analisi di Operabilità e Rischio (HazOp) preliminare con l obiettivo di evidenziare possibili malfunzionamenti e/o problemi operativi che possano produrre situazioni di rischio per l uomo e per l ambiente oltre che danneggiare l Impianto stesso. AUTHORS: Smoraldi Antonio;GST SRL APPROVAL REVIEWERS: APPROVER AUTHORIZATION REVIEWERS: Cangiano Pasquale AUTHORIZER Cangiano Pasquale II

3 DOCUMENT NUMBER: CIRA-CF REV.: DISTRIBUTION RECORD: DEPT NAME * DEPT NAME * PRPU MINF Gruppo Impianti per la Propulsione (IMPR) Gruppo Impianti e Infrastrutture (IMIN) Gruppo Metodologie e Tecnologie per la Propulsione Pascarella Ciro Goduto Giustino Gruppo Acqu * PT = PARTIAL A = ALL III

4 Impianto Integrato per la Propulsione Spaziale I 2 PS Rapporto Hazop

5 REVISION HISTORY N. DATE EDITOR CHANGES CIRA-CF Rev. 0 P. 2/22

6 RT /20 RAPPORTO HAZOP Nome file Codice Commessa Data 1.doc Marzo 2016 PROGETTO PRELIMINARE IMPIANTO INTEGRATO DI PROPULSIONE SPAZIALE (I 2 PS) 0 02/03/16 Emesso per Progetto Preliminare Num. Data Descrizione Real. Contr App The present document is property of GST Gestioni Servizi Tecnologie Srl and shall not, under any circumstances, be totally or partially, directly or indirectly, transferred, reproduced, copied, disclosed or used, without its prior written consent. CIRA-CF Rev. 0 P. 3/22

7 INDICE RT /20 1. INTRODUZIONE Generalità e scopo del lavoro IMPOSTAZIONE DELLO STUDIO HAZOP Articolazione del Rapporto Responsabilità e compiti Riferimenti e documentazione utilizzata METODOLOGIA HAZOP RISULTATI DELLO STUDIO CONCLUSIONI...13 ALLEGATI Allegato 1 - Elenco dei sistemi analizzati Allegato 2 - Elenco degli schemi di marcia utilizzati. Allegato 3 - Fogli di lavoro (Worksheet) CIRA-CF Rev. 0 P. 4/22

8 RT /20 1. INTRODUZIONE 1.1. Generalità e scopo del lavoro C.I.R.A. S.C.p.A CENTRO ITALIANO RICERCHE AEROSPAZIALI ha in programma la realizzazione di un Impianto di Prova Impianto Integrato di Propulsione Spaziale abbreviato in I 2 PS che comprenderà gli Impianti HYPROB- PLUS ed HYPROB-IMP da realizzare nel suo Stabilimento di Capua (CS) c/o l area individuata con il n. 19. La progettazione preliminare dell Impianto HYPROB-PLUS è stata sviluppata dalla Società G.S.T. S.r.l. GESTIONI SERVIZI TECNOLOGIE di Roma. L Impianto di Prova HYPROB-PLUS sarà concettualmente costituito da una cella di prova, contenente un banco di spinta per motori ossigeno liquido/metano, servita da un Run Tank ad alta pressione di ossigeno liquido (LOX) ed un Run Tank ad alta pressione di metano (LCH4/GCH4). Il Run Tank ad alta pressione di ossigeno liquido potrà essere pure utilizzato per contenere protossido d azoto liquido (LN 2 O) per test di Motori Ibridi. A completamento vi è un Run Tank di acqua pressurizzata per il raffreddamento del motore ed il sistema di azoto gassoso, proveniente da sfere ad alta pressione, per la polmonazione dei tank e per la movimentazione dei fluidi criogenici al Test Article. I Run Tank opereranno ad alta pressione (fino a 200 barg). Il sistema di controllo e sicurezza saranno gestiti rispettivamente da un DCS e da un PLC, sarà inoltre previsto un DAS per l acquisizione delle misure di spinta, pressioni e temperature provenienti dal Test Article. L Impianto sarà inoltre dotato di un sistema di stoccaggio e distribuzione per la liquefazione del metano gassoso ed il chill-down di apparecchiature e linee. L Impianto garantirà un ampia flessibilità operativa, consentendo l esecuzione di prove con valori di pressione in camera variabili in accordo alle specifiche dei dimostratori riportate al capitolo 3. La pressurizzazione dei propellenti verrà effettuata in modalità diverse in funzione di: tipo di propellente (combustibile o comburente) e sue caratteristiche fisiche (es. stato liquido, gassoso, peso molecolare, etc.). L ossigeno ed il metano liquidi verranno sempre pressurizzati nei Run Tank mediante invio di azoto gassoso ad alta pressione, mentre per il metano gassoso si sfrutterà direttamente l elevata pressione di stoccaggio raggiungibile nel Run Tank dopo caricamento da trailer GCH 4 ad alta pressione da cui verrà prelevato. Per le prove con metano gassoso potrà essere usato direttamente metano da pacco bombole. L'utenza finale dell'impianto sarà la Test Cell; obiettivo dell'impianto a monte della Test Cell sarà quello di garantire l'alimentazione dei fluidi di processo (LOX e LCH 4 /GCH 4 ) alle portate e condizioni di pressione e temperature richieste. Tra i fluidi di processo verrà considerato pure l N 2 O. CIRA-CF Rev. 0 P. 5/22

9 RT /20 L Impianto di Prova HYPROB-IMP sarà concettualmente costituito da una cella di prova (Test Fire Area), contenente un banco di spinta per motori ossigeno e metano sia in fase liquida che gassosa, servita da un Run Tank ad alta pressione di ossigeno liquido (LOX) ed un Run Tank ad alta pressione di metano liquido (LCH 4 ). I Run Tank saranno in comune con l Impianto HYPROB-PLUS. L Ossigeno gassoso (GOX) sarà fornito da un pacco bombole, così come il Metano gassoso (GCH 4 ). Per il raffreddamento del motore si utilizzerà il Run Tank di acqua pressurizzata comune con l impianto HYPROB-PLUS ed ugualmente si utilizzerà il sistema di azoto gassoso comune con l impianto HYPROB-PLUS per polmonazione e trasferimenti dei fluidi liquidi. I sistemi di controllo e sicurezza saranno gestiti rispettivamente dal DCS e dal PLC condivisi con l Impianto HYPROB-PLUS. Sarà inoltre previsto un DAS (a cura CIRA) per l acquisizione delle misure di spinta, pressioni e temperature provenienti dal Test Article. L'utenza finale dell'impianto sarà la Test Cell; obiettivo dell'impianto a monte della Test Cell sarà quello di garantire l'alimentazione dei fluidi di processo (LOX/GOX e LCH 4 /GCH 4 ) alle portate e condizioni di pressione e temperature richieste. Pure per l Impianto di Prova HYPROB-IMP saranno disponibili le facilities per l N 2 O in comune con l Impianto HYPROB-PLUS. Sarà quindi possibile utilizzare dimostratori ad N 2 O. Nell ambito del Progetto Preliminare I 2 PS è stata prevista l esecuzione di una Analisi di Operabilità e Rischio (HazOp) preliminare con l obiettivo di evidenziare possibili malfunzionamenti e/o problemi operativi che possano produrre situazioni di rischio per l uomo e per l ambiente oltre che danneggiare l Impianto stesso. Lo Studio HazOp prevede l effettuazione condotta da personale esperto nella sicurezza e nella conduzione di analisi di rischio ( HazOp Leader e HazOp Scribe ) e la partecipazione di un HazOp Team costituito da esperti nelle diverse discipline connesse alla realizzazione e conduzione d Impianto (processo, impiantistica, conduzione, sicurezza, ecc.) che possano fornire, in base alla propria conoscenza ed esperienza, commenti ed osservazioni sulle tematiche affrontate. La metodologia utilizzata per sviluppare l HazOp è quella classica dell analisi delle deviazioni dalle intenzioni progettuali, attraverso l utilizzo di parole guida applicate ai parametri operativi. Tale metodologia si basa sulle linee guida pubblicate dal Chemical Industries Association (CIA) con il titolo A Guide to Hazard And Operability Study Dal momento che la documentazione che viene prodotta nella fase di Progettazione Preliminare non consente di effettuare un Analisi HazOp, come sopra riassunta, a causa del livello limitato di definizione della documentazione stessa (P&ID, Specifiche apparecchiature, ecc.) si è deciso di procedere come di seguito descritto. GST, sulla base della sua esperienza di Analsi HazOp effettuata su Impianti simili, ha effettuato nei propri Uffici, con i suoi specialisti, un analisi HazOp preliminare CIRA-CF Rev. 0 P. 6/22

10 RT /20 con la emissione di Fogli di Lavoro (Worksheet) nei quali verranno date le Raccomandazioni sulla base della Progettazione Preliminare preparata a questo stadi di avanzamento dello Studio. Tali Raccomandazioni, dopo essere state condivise dal personale CIRA insieme allo Studio stesso, verranno applicate alla documentazione prodotta. Tale Studio HazOp preliminare costituirà la base dello Studio che dovrà essere effettuato sulla documentazione di ingegneria prodotta nelle successive fasi di Ingegneria Definitiva ed Esecutiva. Naturalmente lo Studio HazOp descritto in precedenza dovrà essere effettuato durante le fasi successive di Ingegneria. CIRA-CF Rev. 0 P. 7/22

11 RT /20 2. IMPOSTAZIONE DELLO STUDIO HAZOP 2.1. Articolazione del Rapporto Il presente rapporto è il risultato dell analisi effettuata da GST e riporta sia quanto prodotto nel corso delle sessioni di lavoro interne, sia le conclusioni a cui si è giunti a seguito dell analisi stessa. Il Rapporto è stato così organizzato: Nel paragrafo 1 è introdotto l argomento oggetto dell analisi. Nel presente paragrafo 2, oltre essere delineata l articolazione del presente documento, sono indicati anche i compiti e le responsabilità dei componenti del gruppo di lavoro nonché la documentazione tecnica di riferimento per lo studio. Nel paragrafo 3 è descritta in dettaglio la metodologia seguita per lo sviluppo dello studio Hazop Nel paragrafo 4 sono sintetizzati i risultati dello studio e sono messi in evidenza eventuali aspetti che sono stati oggetto di particolari approfondimenti o comunque ritenuti rilevanti da parte del gruppo di lavoro. Nel paragrafo 5 sono riportati i commenti generali ed il giudizio del gruppo di lavoro in relazione al grado di sicurezza ed operabilità risultato al termine dell analisi. Negli allegati sono riportati i seguenti dati : L elenco dei sistemi (nodi) analizzati (Allegato 1). L elenco degli schemi di marcia utilizzati (Allegato 2). I fogli di lavoro sviluppati durante le sessioni di lavoro (Allegato 3). Nei fogli di lavoro sono registrate le deviazioni credibili dalle normali condizioni operative, le cause che possono produrle, le possibili conseguenze, le salvaguardie presenti ed infine le azioni correttive suggerite dal gruppo di lavoro. CIRA-CF Rev. 0 P. 8/22

12 RT / Responsabilità e compiti Il gruppo di lavoro (interno GST) è stato costituito da esperti nelle diverse discipline connesse con la realizzazione e conduzione di un impianto (processo, impiantistica, conduzione, sicurezza, ecc.) ed ogni componente ha fornito, in base alla propria conoscenza ed esperienza, commenti ed osservazioni sulle tematiche affrontate. CIRA-CF Rev. 0 P. 9/22

13 RT / Riferimenti e documentazione utilizzata Lo studio Hazop è stato condotto esaminando la documentazione di base prodotta dalla GST di Roma comprendente: Schemi di marcia (P&ID); Fogli dati apparecchiature; Fogli dati strumentazione; Planimetria. CIRA-CF Rev. 0 P. 10/22

14 RT /20 3. METODOLOGIA HAZOP La metodologia utilizzata per sviluppare l Hazop è quella classica dell analisi delle deviazioni dalle intenzioni progettuali, attraverso l utilizzo di parole guida applicate ai parametri operativi. Tale metodologia si basa sulle linee guida pubblicate dal Chemical Industries Association (CIA) con il titolo A Guide to Hazard And Operability Study Nello svolgimento dell Analisi, si parte da una descrizione dei diversi aspetti del processo e il gruppo di lavoro analizza in modo sistematico le possibili deviazioni dal funzionamento normale previsto utilizzando le parole guida (più, meno, inverso, ecc.) applicate ai parametri operativi (flusso, temperatura, pressione, ecc.). Per ciascuna deviazione, se applicabile, vengono individuate: eventuali problematiche operative e/o possibilità incidentali; le possibili conseguenze e loro credibilità; le eventuali salvaguardie presenti; ed infine le eventuali azioni correttive ritenute necessarie per ridurre il rischio individuato ad un livello giudicato accettabile dal gruppo di lavoro. Nell arco dell analisi vengono dunque sviluppate delle raccomandazioni che possono essere: soluzioni idonee, atte cioè, a ridurre o evitare la possibilità che si verifichino le deviazioni; soluzioni tese a mitigare, o evitare, le conseguenze derivanti da un loro accadimento; o infine la richiesta di una successiva verifica ed approfondimento da parte di organi tecnici adeguati nel caso in cui la soluzione al problema analizzato non fosse di immediata definizione. L analisi viene eseguita facendo riferimento ai singoli elementi dell impianto nel caso di processi continui o ai singoli passi procedurali nei processi discontinui. Nel caso dei processi continui gli elementi sono individuati con il generico nome di sistemi o nodi, mentre nei processi discontinui si fa riferimento agli step procedurali. La Tabella 1, riportata di seguito, riassume le parole guida generalmente applicate e le conseguenti deviazioni dei parametri operativi per un processo continuo. CIRA-CF Rev. 0 P. 11/22

15 RT /20 Tabella1 - Parole guida/parametri tipici dell hazop e relative deviazioni per processi continui PARAMETRI PAROLE GUIDA DEVIAZIONI PORTATA PRESSIONE TEMPERATURA LIVELLO STATO/COMPOSIZIONE OPERAZIONI NON STAZIONARIE: (Startup, Emergenza Shutdown, Manutenzione, Campionamento, Drenaggio) DOCUMENTAZIONE Più Meno Mancanza Inversa Diversa da/uguale a Più Meno Mancanza Più Meno Uguale a Più Meno Mancanza Più Meno Inverso Parte di Uguale a Diverso da Uguale a Diverso da Parte di Uguale a Diverso da Alta portata Bassa portata Nessuna portata Portata inversa Perdita di contenimento Alta pressione Bassa pressione Vuoto Alta temperatura Bassa temperatura Criogenico Alto livello Basso livello Mancanza di livello Formazione di fase aggiuntiva Perdita di fase Passaggio di stato Composizione Off-spec Contaminanti Concentrazione corrosiva Difficile... Pericoloso... azione incompleta azione non chiara azione non corretta CIRA-CF Rev. 0 P. 12/22

16 RT /20 Per riassumere, il Gruppo di Lavoro dopo aver ipotizzato le possibili sequenze incidentali, identificato i problemi, i malfunzionamenti e i rischi credibili e dopo averne valutato le possibili conseguenze, ha esaminato le misure di salvaguardia che sono già state previste nell ambito del progetto e prescrive infine gli interventi correttivi ritenuti necessari o raccomanda ulteriori approfondimenti da effettuare. Tutti gli elementi sopra indicati sono formalizzati su fogli di lavoro (Worksheet) che si sviluppano durante sessioni. Si precisa inoltre che non tutte le deviazioni analizzate sono riportate sui fogli di lavoro, per motivi di semplicità la formalizzazione interessa solo quelle deviazioni che hanno prodotto azioni correttive o che siano state approfondite dal gruppo di lavoro e di cui si voglia lasciare traccia scritta. Infine le azioni o interventi correttivi (raccomandazioni) sono riportati sui fogli di lavoro solo nel caso in cui si ha il completo accordo del gruppo di lavoro sull adeguatezza delle proposte discusse, in caso contrario anche il non accordo viene registrato. Nella Tabella 2, di seguito riportata, è evidenziato il significato della terminologia utilizzata nei fogli di lavoro. Tabella - Terminologia utilizzata nei fogli di lavoro Termine Nodo (Sistema) Parametro Deviazione Cause Conseguenze Protezioni esistenti Raccomandazioni Descrizione Parte elementare dell impianto alla quale è applicata l analisi Hazop (tubazione, apparecchiatura, ecc.). Descrizione fisica di un particolare aspetto del processo (p.e. portata, temperatura, pressione, ecc.). Deviazione specifica del parametro sotto analisi dalle condizioni operative normali previste dal progettista. La deviazione è ottenuta dall'applicazione delle parole guida al parametro in analisi. Possibili cause delle deviazioni individuate. Conseguenze ipotizzate come possibili a fronte di una data deviazione. Misure di prevenzione e/o protezione incluse nella progettazione o nelle procedure operative per limitare i rischi connessi con una data deviazione. Azioni da effettuare, previste dal gruppo di lavoro come necessarie per minimizzare il rischio connesso con particolari deviazioni dalle normali condizioni operative. CIRA-CF Rev. 0 P. 13/22

17 RT /20 4. RISULTATI DELLO STUDIO Al termine del presente studio HazOp sono state registrate 65 raccomandazioni. Di seguito sono sintetizzate, per tipologia di intervento, le raccomandazioni considerate più significative per il miglioramento della sicurezza e dell operabilità dell installazione, rimandando all Allegato 3 per una lettura di dettaglio delle stesse raccomandazioni. Gli interventi destinati al miglioramento sia dell operabilità, sia della sicurezza, sono prevalentemente legati alla strumentazione. In particolare è stata spesso registrata la necessità di: Implementare gli allarmi sulla strumentazione già prevista; Rendere indipendente o raddoppiare la strumentazione che permette di intervenire su sistemi ritenuti importanti per la sicurezza suggerendone, in alcuni casi, il collegamento al PLC di sicurezza.. Ancora nell ambito della sicurezza si colloca una serie di richieste di verifica per gli esistenti sistemi di protezione per alta pressione/temperatura criogenica sempre tenendo presente che la progettazione in oggetto è relativa ad un impianto prova, di per se punto di riferimento per tentativi che permettano di affinare il processo e passare quindi a valutare il comportamento di componenti che dovranno essere utilizzati in un contesto diverso anche se comparabile. Naturalmente, dato il livello preliminare della documentazione prodotta, solo alcune delle raccomandazioni registrate potranno essere riportate nella documentazione stessa. La maggior parte delle raccomandazioni dovrà essere infatti riportata nella documentazione di ingegneria definitiva che farà seguito a quella preliminare. CIRA-CF Rev. 0 P. 14/22

18 RT /20 5. CONCLUSIONI Alla luce dei risultati del presente studio, il gruppo di lavoro ha ritenuto che la progettazione sviluppata, anche in relazione alla natura particolare dell impianto (impianto di prova), sia in linea con gli standard attuali di buona ingegneria, garantendo un buon grado di sicurezza e di operabilità. Una considerazione particolare deve essere fatta in relazione alle dimensioni dell impianto ed alla quantità delle sostanze in giuoco, veramente non molto elevate. Infine si ritiene che una volta implementate le raccomandazioni, risultato del presente HazOp, il livello di sicurezza e di operabilità risulterà ulteriormente migliorato. CIRA-CF Rev. 0 P. 15/22

19 RE B 14/20 Allegati CIRA-CF Rev. 0 P. 16/22

20 RE B 15/20 Allegato 1 Elenco dei sistemi (nodi) analizzati CIRA-CF Rev. 0 P. 17/22

21 RE B 16/20 Elenco dei sistemi (nodi) analizzati I 15 sistemi (nodi) individuati sono riportati di seguito. Sistema Descrizione 1 10-D-01 Serbatoio Stoccaggio LN2 & Distribuzione Azoto Liquido 2 Distribuzione Azoto Gassoso 3 10-D-05 Storage Tank LCH D-04 Catch Tank LCH D-06 Run Tank LOX Raffreddamento e riempimento LOX da 10-D D-06 Run Tank LOX Raffreddamento e riempimento N2O da Loading System 13 Chill down linea alimentazione comburente a motore 14 Inertizzazione e raffreddamento 10-D-07 e chill down linea ingresso metano liquido D-06 - Pressurizzazione con N2 e alimentazione Ossigeno liquido al motore 16 Riscaldamento e pressurizzazione 10-D-06 ed alimentazione N2O liquido al motore con azoto in pressione 17 Riempimento 10-D-07 con metano liquido e alimentazione al motore 18 Riempimento 10-D-07 con metano gassoso e alimentazione al motore 19 Water make-up tank 10-D-08, linea pressurizzazione azoto e alimentazione acqua motore 20 Nuovo dimostratore MTP 21 Sistema drain metano CIRA-CF Rev. 0 P. 18/22

22 RE B 17/20 Allegato 2 Elenco degli schemi di marcia utilizzati CIRA-CF Rev. 0 P. 19/22

23 RE B 18/20 Elenco degli schemi di marcia utilizzati Schema PID PID PID PID PID PID PID PID Descrizione Impianto Hyprob-Plus - Sezione Ossigeno Run Tank Impianto Hyprob-Plus - Sezione Metano Run Tank Impianto Hyprob-Plus - Sezione Azoto/Ossigeno Stoccaggi Impianto Hyprob-Plus - Sezione Metano K.O. Drum e Vent Impianto Hyprob-Plus - Sezione Comune Liquefattore Metano Impianto Hyprob-Plus - Sezione Metano Stoccaggio e Catch Tank Impianto Hyprob-Plus - Sezione Comune Torcia Calda e fredda Impianto Hyprob-IMP Test Cell CIRA-CF Rev. 0 P. 20/22

24 RE B 19/20 Allegato 3 Fogli di lavoro (Worksheet) CIRA-CF Rev. 0 P. 21/22

25 RE B 20/20 Fogli di lavoro (Worksheet) Nel presente allegato sono riportati i fogli di lavoro (worksheet) elaborati CIRA-CF Rev. 0 P. 22/22