Normativa tecnica ed indicatori per la gestione nel tempo ...
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1Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropiciDipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici1
Normativa tecnica ed indicatori per la gestione nel tempo di
impianti ed attrezzature a pressione
Corrado Delle Site
INAIL DIT
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 23.0302018
(pag. 1/4)
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2Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici2
Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
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
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3Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici3
Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
Impianti a pressione in Stabilimenti RIR
IMPIANTI A PRESSIONE
STABILIMENTI RIR
Depositi gas liquefatti Stabilimenti chimici e
petrolchimici Centrali termoelettriche Raffinazione petrolio ecc.
60%
40%
AcciaierieDepositi olii mineraliDepositi esplosiviImpianti trattamento/recuperoDeposito tossici/ fitofarmaciGalvanotecnica, ecc.
NB: Tali stabilimenti non sono impianti a pressione ma contengono attrezzature a pressione per uso tecnologico (es. criogenici, aria compressa, ecc.)
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4Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici4
Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici4
• 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.
1865 - Uno dei più grandi disastri marittimi nella storia degliStati Uniti, sul fiume Missisipi:
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Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
1905 – Incidente Brokton USA
disastrosa esplosionecaldaia di una fabbrica di scarpe uccidendo 58personeferendone altre 117danno patrimoniale di ¼ milione di dollari.
necessità di avere regole nella costruzione dellecaldaie a vapore
5
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Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici 6
1915 - Dopo 3 anni di innumerevoli incontri e udienze pubbliche fu adottata nellaprimavera del 1915 una stesura finale del primo “ASME rules” for construction ofstationary boilers and for allowable working pressures.
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7Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici7
Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
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
1864 16 8 7 1
1865 12 10 2 0
1866 18 7 8 3
1867 19 9 8 2
1868 24 11 10 3
1869 18 9 8 1
TOTALE 107 54 43 10
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)]
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8Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropiciDipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici8
Verifiche Periodiche
(DM 329/04, DM 11.4.11UNI TS 11325-12)
Risk-Based(UNI TS 11325-8)
Fitness for ServiceUNI TS 11325-9
Difetti?
si
no
ispezione
Riparazione?
si
no
Riparazioni Riparazioni temporaneeUNI TS 11325-5
La riparazione ha avuto esito positivo? sino
Decommissioning
Messa in servizioDM 329/04
UNI TS 11325-6
Progettazione e Costruzione- 2014/68/UE (PED)
Norme NazionaliVSR, VSG, M, S
Norme armonizzate
Le verifiche durante il ciclo di vita di un’attrezzatura
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9Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropiciDipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici9
(*) t0=40 anni,
analisi preliminare t=10 anni
Temp>T0
no
Meccanismi di danno
Creep
UNI TS 11325-2
No Creep
n>500
no
Fatica
UNI TS 11325-11
No Fatica
si si
no
Corrosione
UNI TS 11325-9
No corrosion
si
0
t
s time>t0(*)
no
UNI TS xxx
No Ageing
si
Degrado metallurgico
Indicatori di degrado – meccanismi tempo dipendenti
Indicatori di degrado
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10Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici10
Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
Definire la vita consumata a creep
CALCOLI REPLICHE
MetallograficheCONTROLLI
NON distruttivi
intervallo di ulteriore esercizio dell’attrezzatura in
sicurezza
Effetti dei
giunti saldatiEffetti della
corrosione
Sommare il contributo della vita consumata
per fatica zsf=zs +zf
n
i i
ic
H
hz
1
Cr=0.9
i
cirif fII )(*)(
•Danno creep
•Estensione
Controlli
•Monitoraggio
Metodi convenzionali“Master Curve”
Metodi alternativi “Ωmethod”
ASTM A182 F 11
10000
15000
20000
25000
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
log () (MPa)
PLM ASTM DATA
Curva di Interpolazione
Danno creep 1 2 3 4 5
UNI TS 11325-4 Max 87120Min 29241
Max 69696Min 14620
Max 43560Min 7602
Max 17424Min 2340
Riparazione
1. Vita consumata per scorrimento viscoso
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11Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
2. Frazione di Vita Consumata per Fatica
mKCdN
da
Stabile Instabile
Curva FAD crescita di un difetto
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12Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici12
Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
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
(Danno limite ricavabile da figure per ogni classe di materiale)
Vita consumata:
zsf=OC/OV
STABILE
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13Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici13
Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
4. Vita consumata per corrosione
RC
SSVR imoattuale min
RC: rateo di corrosione
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14Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici14
Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
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
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15Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici15
Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
Medio-bassa
bassa
Media
Alta
Stage 1 Stage 2 Stage 3 Stage 4
Estensione dei controlli
Fasi di vita e estensione controlli [HSE RR509]
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16Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici16
Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
RIS
CH
IO
LIVELLO DI ISPEZIONE
RISCHIOutilizzando un’analisi RBI ed ottimizzando il
programma di ispezione
RISCHIOCon programmi di ispezione
tipici
Rischio Residuo non eliminabile dall’uso di un’analisi RBI
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.
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17Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici17
Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
PROBABILITA’ EVENTO PoFCONSEGUENZA FINALE
CoFRISCHIOX =
A B C D E
COF – Consequence Category
LO
F –
Lik
eli
ho
od
Cate
go
ry
5
4
3
2
1
ALTA
MEDIO-ALTA
MEDIA
BASSA
CATEGORIA DI RISCHIO
Matrice di Rischio
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18Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici18
Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
A B C D E
COF – Consequence Category
LO
F –
Lik
elih
oo
d C
ate
go
ry
5
4
3
2
1
RP
Esempio RBI – Livelli di rischio
RP
1
2
1 Caso 1 – reattore di impianto petrolchimico (livello di rischio dopo 22 anni con 2 ispezioni generiche)
2 Caso 2 – reattore di impianto petrolchimico (livello di rischio dopo 22 anni con 4 ispezioni specifiche HTHA)
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19Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici19
Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
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 15740 Risk Based Inspection and Maintenance Procedures for European Industry
(RIMAP)
CEN TC 319 – prEN 16991 Risk Based Inspection
normativa di riferimento
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20Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici20
Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
CINETICA DEI MECCANISMI DI DANNO
I meccanismi di danno possono essere suddivisi in due macro-categorie:
Veloci Lenti
• Brevi intervalli di esercizio• T<10 years (orientativo)• Fatica ad alto n. di cicli• Surriscaldamento• Carichi imprevisti• Shock Termici
• Lunghi intervalli di esercizio• T>40 years (orientativo)• Degrado Metallurgico dei
materiali
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Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
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»
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22Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici22
Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
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23Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici23
Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
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 dannoDefinire un piano controllo futuroNon superare 450° C
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24Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropiciDipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici24
Invecchiamento in valvole di sicurezza
TARATURA
ESERCIZIO
INVECCHIAMENTO
MANUTENZIONE
Verifica dell’apertura dellavalvola alla pressionestabilita
Valvola esposta a fluidi di processo, alte/basse temperature, ecc.
Incollaggio dell’otturatore nellasede.Causa:Valvole esposte per lunghiperiodi a fonti di calore (adesempio la luce solare estiva),risultano spesso affette daquesta problematicaEffetti:apertura della valvola apressioni superiori rispetto aquella prevista di 17,65 bar(GPL).
La manutenzione prevede:• Pulizia interna ed esterna
della valvola;• Eventuale sostituzione di parti
danneggiate (molla odotturatore ad esempio);
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25Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
• TUBAZIONI1
• CREEP2
• Sorveglianza GV3
• CREEP4
• Riparazioni temporanee5
•Messa in servizio6•Esclusioni - note tecniche condivise7
• RBI8
• FFS9
• CREEP2
• CREEP4
• RBI8
• FFS9Sorveglianza 10
• TUBAZIONI1
• Degradox
Struttura della UNI TS 11325 (e collegate)
• Prova di pressionex
• Fatica11
•Sorveglianza3
• Sorveglianza GV10
INTEGRITA’ GEN VAPORE ESERCIZIO
Riparazioni
temporanee5Messa in
servizio6
Locali (bozza) X
Verifiche Periodiche (inchiesta)
12
• Verifiche Periodiche 12
• Fatica11
QUADRO D’INSIEME E AGGIORNAMENTO DELLE SPECIFICHE TECNICHE SERIE UNI TS 11325
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26Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
Il ruolo delle PnD nella valutazione dell’invecchiamento
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27Dipartimento innovazioni tecnologiche e sicurezza degli impianti prodotti e insediamenti antropici
ConclusioniPer i meccanismi tempo-dipendenti (creep, fatica, corrosione), al fine di valutare lo stato didegrado/invecchiamento di un’attrezzatura a pressione è utile valutare la frazione di vitaconsumata.
La conoscenza della vita consumata può dare infatti indicazioni sull’estensione delle PnD daeffettuare sul componente (più elevata la vita consumata più elevati i controlli).
Le Specifiche Tecniche della serie UNI TS 11325 costituiscono un set di norme per la valutazione deimeccanismi 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 avalutare l’invecchiamento di un’attrezzatura.
E’ utile programmare le ispezioni da effettuare sul componente utilizzando una metodologia RBI, alfine di individuare i controlli più idonei in funzione del rischio del componente.