Il contributo della ricerca alla gestione sicura dell invecchiamento

Transcript

1 Roma, 23 Marzo 2018 Relatore: Maria Francesca Milazzo Il contributo della ricerca alla gestione sicura dell invecchiamento Dipartimento di Ingegneria Università degli Studi di Messina SEMINARIO La gestione sicura dell invecchiamento delle attrezzature negli stabilimenti Seveso nell ambito delle verifiche ispettive ex art. Milano, 27 del 15 D.Lgs. Novembre 105/

2 SOMMARIO Background Obiettivi Metodologie per la valutazione e la gestione dell invecchiamento Il contributo della ricerca scientifica Conclusioni

3 Background

4 BACKGROUND Che cosa si intende per invecchiamento? Il termine invecchiamento non si riferisce semplicemente al tempo trascorso dalla data di produzione, di collaudo o di messa in servizio delle apparecchiature, ma è legato alla loro condizione e a come essi cambiano nel corso del tempo. Ref. «Wintle J., Moore P., Henry N., Smalley S., Amphlett G., 2006, Plant ageing. Management of equipment containing hazardous fluids or pressure. Health and Safety Executive Report no. RR509 N guasti Inizio vita Esercizio normale Invecchiamento Tempo

5 BACKGROUND Come si manifesta l invecchiamento? L invecchiamento di un componente si manifesta come una forma di deterioramento generale, di solito associato al tempo in servizio, che ne riduce l affidabilità. L invecchiamento aumenta il rischio di perdita di contenimento e altri guasti ed ha dimostrato di essere un fattore determinante in molti incidenti nell industria di processo. Ref. «Horrocks P., Mansfield D., Thomson J., Parkerv K., Winter P., 2010, Plant Ageing Study Phase 1 Report. Health and Safety Executive Report no. RR823.

6 BACKGROUND Perchè analizzare lo stato dell invecchiamento degli impianti?

7 BACKGROUND Invecchiamento Concetti Generali Corrosione, erosione, fatica, creep sono fenomeni irreversibili Aumento entropia Ludwig Boltzmann (1875) (entropia probabilità - disordine) Claude Shannon (1948) (entropia probabilità - informazione) Rischio = f(probabilità, conseguenze, incertezza) Problema: Ridurre le incertezze

8 BACKGROUND Invecchiamento Concetti Generali Come ridurre le incertezze? Incertezze aleatorie Mancanza di dati (lack of data) -> Migliorare/Sviluppate sensori e strumenti, Intensificare le ispezioni Perdita di informazioni (loss of information) -> Più informazioni (archivi storici) Incertezze epistemiche Mancanza di conoscenza (lack of knowledge) -> Più ricerca /Disseminazione

9 BACKGROUND Contesto Normativo Comunitario

10 Obiettivi

11 OBIETTIVI Analisi della letteratura sulle metodologie per la gestione dell invecchiamento Evidenziare orientamenti della ricerca sull invecchiamento degli impianti Illustrare alcuni studi di rilievo sull argomento

12 Metodologie per la valutazione e la gestione dell invecchiamento

13 METODOLOGIE PER LA VALUTAZIONE E LA GESTIONE DELL INVECCHIAMENTO Analisi della letteratura - Approcci Life Cycle Management (CEN CWA 16633, 2013) Asset Management (ISO 55001, 2014) Risk-Based Inspection (API 580, 2009/ API 581, 2008) I metodi RBI ottimizzano i costi delle ispezioni attraverso il confronto con i livelli di sicurezza. È necessario adattare il metodo alle richieste della legislazione. Gli approcci RBI introducono alcuni fattori di compensazione soggettivi nella valutazione delle frequenze di incidente per tener conto della specificità dell impianto, della complessità, dei meccanismi di danneggiamento, del sistema di gestione, etc. C è la necessità di ridurre le incertezze insite nei modelli. API 581 fornisce una check-list estremamente dettagliata per la valutazione del Sistema di Gestione.

14 METODOLOGIE PER LA VALUTAZIONE E LA GESTIONE DELL INVECCHIAMENTO Metodi RBI - Caratteristiche Il programma di ispezione (frequenza e tecniche d ispezione) è determinato sulla base di una conoscenza dettagliata dei meccanismi di deterioramento. Il programma di manutenzione, pur separato da quello di ispezione, dovrebbe mantenere un certo grado di coerenza. I modelli di deterioramento forniscono previsioni teoriche sulle aspettative di tempo di esercizio delle attrezzature utilizzando dati misurati nelle ultime ispezioni ed, eventualmente, integrati da dati di monitoraggio continuo se disponibili. L intervallo temporale e la tecnica di misura da utilizzare per la successiva ispezione sono selezionate in modo da mantenere il livello di rischio (combinazione di probabilità di guasto e la gravità delle conseguenze) entro i limiti fissati.

15 METODOLOGIE PER LA VALUTAZIONE E LA GESTIONE DELL INVECCHIAMENTO Metodi RBI Metodologie Bayesiane Inspection effectiveness Detected damage state A posteriori damage rate A priori damage rate API RP 581 RBI Technology, Third Edition, April 2016.

16 Il contributo della ricerca scientifica

17 IL CONTRIBUTO DELLA RICERCA SCIENTIFICA Necessità Step 1 Raccogliere informazioni da percezione visiva: pulizia, ordine, deterioramento esterno, trattamenti superficiali (rivestimenti, verniciature, ecc). Step 2 Necessità di conoscere ciò che non si vede (diversi livelli di conoscenza) Livello 0 Supporto visivo Principali dati utili dell attrezzatura: categoria PED, pressione, volume, temperatura, tipo di fluido, materiale di costruzione, data di costruzione, eventuali passaggi di proprietà, storia dell esercizio, periodicità di verifica richiesta ex art. 71 D.Lgs 81/08. Certificazioni, verifica primo impianto, successive prove e scadenze delle prove future sia in base agli obblighi cogenti che ai programmi adottati. Scadenze delle verifiche obbligatorie e di quelle comunque programmate su base volontaria.

18 IL CONTRIBUTO DELLA RICERCA SCIENTIFICA Necessità Livello 1 Aumentare visione Visione attraverso codici di rappresentazione credibili, ad esempio colore che vira al ruggine, incrostazioni o fessurazioni ecc. In caso di apparecchi complessi (scambiatori di calore o generatori di vapore), l aumento della visione fornisce «effetto raggi X» cioè «vede» sotto il mantello le parti nascoste fascio e piastra tubiera o focolare: Condizioni attuali presunte in base all ultima ispezione svolta (risultati ed accuratezza dell ispezione) e ad eventuali fattori esterni (incidenti, fermi d attività, ecc.) Proiezioni future (a uno o più anni) sulla base delle condizioni realmente verificate e dei meccanismi di danno accertati Valutazione dei costi per prolungare l esercizio fino ad una certa data

19 IL CONTRIBUTO DELLA RICERCA SCIENTIFICA Necessità Livello 2 Indagine specializzata Specializzazione per i diversi fenomeni (da equazione generica ciclo di vita a vere leggi fisiche per corrosione chimica, erosione, fatica, scorrimento viscoso, etc. ). Segnalazione tempestiva di situazioni potenzialmente pericolose sulla base di monitoraggio dei parametri elementari, (e.g. temperatura, pressione, portata) reti neurali o logica fuzzy o altri algoritmi. Proposte di verifiche e prove secondo un calendario ottimizzato in base ai criteri economici e tecnici.

20 METODOLOGIE PER LA VALUTAZIONE E LA GESTIONE DELL INVECCHIAMENTO Il contributo della ricerca Sviluppo di modelli probabilistici Sviluppo di modelli real-time Sviluppo di sensori virtuali di invecchiamento

21 METODOLOGIE PER LA VALUTAZIONE E LA GESTIONE DELL INVECCHIAMENTO Il sensore virtuale Schematizzazione (hardware) Parametri di processo e Variabili esterne Planimetria Meccanismi di danno Velocità di propagazione Ispezione ed efficacia Digital twin 21

22 METODOLOGIE PER LA VALUTAZIONE E LA GESTIONE DELL INVECCHIAMENTO Il sensore virtuale Schematizzazione (software) Versione base Metodo ad indici con fattori acceleranti e rallentanti l invecchiamento Versione intermedia Modifica frequenze base di failure attraverso lo storico d impianto Versione avanzata Modifica frequenze base di failure attraverso un update dello storico Stima tempo residuo di vita

23 METODOLOGIE PER LA VALUTAZIONE E LA GESTIONE DELL INVECCHIAMENTO Indici per meccanismi di danno Meccanismo 1: Erosion-corrosion [API 4-65] RILEVABILTÀ VELOCITÀ CONSEGUENZE 1 = basso 2 = medio 3 = medio-alto 4 = alto GDL Invecchiamento Impianti Coordinamento Seveso ex art. 11 D.Lgs.105/2015 Indice Descrizione Punteggio R Visual examination, US e RX 1 V C Le perdite di materiale esibiscono un pattern direzionale e si propagano velocemente Le perdite di materiale sono localizzate (pit, valley, waves, etc.), portano a perdite modeste TOTALE Meccanismo Uniform corrosion (erosion/corrosion) Corrosion under insulation Punteggio Rilevabilità R Punteggio Velocità V Punteggio Conseguenze C Punteggio Totale (media) Meccanismo 2: Corrosion under Insulation [API 4-108] Indice Descrizione Punteggio R V C Tecniche di previsione ed analisi e necessità di tecniche invasive Si manifestano come pitting e corrosione localizzata e si propagano velocemente Le perdite di materiale e portano a perdite significative di contenimento TOTALE

24 IL CONTRIBUTO DELLA RICERCA SCIENTIFICA Il sensore virtuale Risultati visualizzati

25 Conclusioni

26 CONCLUSIONI L analisi della letteratura mostra un certo numero di approcci per la gestione dell invecchiamento degli impianti. I metodi RBI sono i più popolari ma presentano dei limiti. C è la necessità di strumenti per aumentare la visione dell auditor e del gestore, che orienta la ricerca verso la progettazione di soluzioni innovative che coniugano varie esigenze al fine di sviluppare strumenti in linea con i principi I4.0. Lo sviluppo di un sensore virtuale come quello proposto dal progetto SmartBench appare molto promettente per la gestione dell invecchiamento sia con l impiego di metodi speditivi che di approcci avanzati.

27 Roma, 23 Marzo 2018 Relatore: Maria Francesca Milazzo Il contributo della ricerca alla gestione sicura dell invecchiamento Dipartimento di Ingegneria Università degli Studi di Messina SEMINARIO La gestione sicura dell invecchiamento delle attrezzature negli stabilimenti Seveso nell ambito delle verifiche ispettive ex art. Milano, 27 del 15 D.Lgs. Novembre 105/