ETD

• Effetto domino
• FTA
• Impianti antincendio
• Reliability
• Teoria dei grafi

La disponibilità di un sistema è intesa come la probabilità che esso sia in grado di svolgere la propria funzione quando viene chiamato ad intervenire. Applicato alle barriere di protezione, questo concetto assume un ruolo fondamentale nella catena evolutiva degli eventi incidentali primari. Nell’industria di processo, infatti, un incendio innescato a seguito di un rilascio accidentale di una sostanza infiammabile non costituisce quasi mai un evento isolato. Rappresenta piuttosto il potenziale vettore di inizio di una sequenza di eventi a catena nota come Effetto Domino, in grado di coinvolgere più unità operative. L’evoluzione e la gravità di tali scenari dipendono dall’effettiva disponibilità e tempestività di intervento dei sistemi antincendio, progettati per agire attivamente nel prevenire l’escalation o mitigare gli effetti di un danno già in corso. Per garantire il contenimento degli effetti domino, il seguente lavoro di tesi si appoggia al concetto di “disponibilità superiore” applicato ai sistemi antincendio, introdotto dal Codice di Prevenzione Incendi (D.M. 3/08/2015). La normativa specifica che tale caratteristica viene raggiunta attraverso una maggiore affidabilità e manutentibilità dei componenti e grazie ad un adeguato supporto logistico alla manutenzione. Disporre di un impianto antincendio a disponibilità superiore fornisce una garanzia analitica della reale capacità del sistema di protezione nel prevenire l’escalation e nel ridurre la frequenza degli scenari incidentali più gravosi, derivanti dal fallimento dell’impianto, a un livello di rischio considerato non credibile. Considerando la natura funzionale delle barriere di protezione la manutenzione assume un ruolo centrale nella valutazione della disponibilità del sistema. Operando in regime stand-by e attivandosi solo su richiesta, questi sistemi possono infatti presentare dei guasti latenti rilevabili unicamente al momento dell’attivazione o nei test previsti dalle opere di manutenzione. Diventa quindi cruciale curare la frequenza e la corretta esecuzione degli interventi manutentivi per garantire un certo livello di disponibilità. Per tradurre questo concetto normativo in termini quantitativi, nel presente lavoro di tesi, è stata sviluppata una metodologia basata sull’analisi quantitativa di rischio (QRA) a partire da uno scenario di rilascio di sostanze infiammabili. L’analisi è stata suddivisa nelle fasi di identificazione delle barriere di protezione, quantificazione della probabilità di accadimento degli eventi e valutazione delle conseguenze. In una prima fase è stato costruito un Event Tree che ha permesso di modellare le possibili evoluzioni del rilascio, distinguendo gli scenari mitigati dal corretto funzionamento delle barriere di protezione da quelli non mitigati a seguito del loro fallimento. Per quantificare la frequenza di accadimento degli scenari individuati, è stata svolta un’analisi qualitativa delle modalità di guasto delle barriere di protezione FMEA. Successivamente, attraverso il software OpenFTA è stata eseguita una Fault Tree Analysis (FTA) per calcolare la probabilità di fallimento dei sistemi quando chiamati ad intervenire (PFD). In questa fase, per i componenti soggetti a manutenzione periodica, è stato integrato l’effetto del fattore umano durante lo svolgimento di tali procedure, calcolando la probabilità di guasto dei componenti come probabilità condizionata dall’errore umano. Questo approccio ha permesso di restituire una stima della PFD più realistica possibile e di evidenziare l’impatto che la qualità della manutenzione e l’errore umano hanno sull’ottenimento della disponibilità superiore. La metodologia è stata applicata su un caso studio industriale relativo a un deposito costiero di GNL, completando l’analisi con una stima delle conseguenze attraverso una matrice di rischio. Successivamente lo studio affidabilistico è stato esteso ad un parco serbatoi per valutare come le prestazioni delle barriere influenzino la vulnerabilità complessiva dell’impianto rispetto alla propagazione di effetti domino provocati da incendi. L’impianto è stato modellato come un grafo orientato, in cui i serbatoi costituiscono i nodi e il flusso di calore emesso sa un incendio su uno di essi costituisce l’arco di collegamento tra i nodi. Tali archi vengono pesati in funzione di un valore soglia di irraggiamento e sulla base di questi valori, attraverso il software R-igraph sono state calcolate specifiche metriche di grafo per valutare la vulnerabilità complessiva del sistema e individuare i nodi più critici per la propagazione dell’escalation. L’analisi ha considerato un caso base in cui tutti i serbatoi sono dotati di una protezione attiva obbligatoria, la cui capacità di mitigazione del calore irradiato è stata ponderata in funzione della loro affidabilità. Questa tipologia di analisi è stata utilizzata per guidare l’allocazione ottimale di ulteriori misure di protezione, oltre a quelle obbligatorie, nel caso in cui non si possa garantire la protezione di tutto l’impianto. È stata condotta un’analisi di ottimizzazione multicriterio basata sul metodo del punto di riferimento, dove a partire da uno scenario base, sono stati individuati i serbatoi più critici e successivamente sono stati simulati casi discreti in cui tali nodi venivano progressivamente protetti. Per ciascuna configurazione è stata calcolata la vulnerabilità complessiva del grafo e messa in relazione ai costi di investimento delle relative misure di protezione. I vari scenari sono stati confrontati tra di loro per individuare la soluzione più vicina al punto di “Utopia” ovvero la condizione per il quale i valori di costo e rischio sono entrambi al minimo. Inizialmente l’analisi è stata applicata ad un caso studio semplificato costituito da quattro serbatoi e poi ad un layout realistico costituito da 34 serbatoi. L’analisi di allocazione è stata effettuata implementando sia barriere statiche (sistemi fissi di raffreddamento) sia dinamiche (squadre di emergenza). Per quest’ultime, l’efficacia dell’intervento è stata modellata in funzione del fattore tempo, considerando l’intervento valido solo se il tempo impiegato dalla squadra per attivare la mitigazione è inferiore rispetto al tempo di collasso strutturale del serbatoio bersaglio. Laddove le tempistiche di intervento della squadra non erano sufficienti, si è provveduto ad aggiungere misure di protezione passiva per aumentare il tempo di resistenza della struttura. In conclusione, i risultati ottenuti dimostrano dotarsi di impianti antincendio a “disponibilità superiore” rappresenti una risorsa indispensabile per la sicurezza industriale. Oltre a ridurre la frequenza degli incidenti più severi al di sotto di una soglia di accettabilità, le valutazioni di disponibilità dell’impianto antincendio possono costituire uno strumento di supporto decisionale nell’allocazione delle barriere di protezione per garantire il miglior compromesso possibile tra rischio e costo.