L. Pellizzer*
*AIPE - Associazione Italiana Pressure Equipment
Sommario
Con l'introduzione della disciplina relativa al D.Lgs 93/2000 e alla luce delle esperienze dei costruttori di attrezzature a pressione italiani, viene studiato in maniera analitica, l'utilizzo dell'analisi dei rischi come strumento di progettazione nel contesto delle attrezzature a pressione.
1. Introduzione
La Direttiva PED è sicuramente uno strumento per garantire che i prodotti legati al rischio della pressione vengano commercializzati garantendo un livello di sicurezza adeguato all’uso previsto. Questo principio, sul quale è stata fondata la disciplina europea per la progettazione e per la fabbricazione delle attrezzature a pressione, è sancito dal presupposto che, se le regole e le disposizioni della Direttiva vengono applicate, il prodotto è considerato sicuro e adeguato all’uso previsto.
Al fine di approfondire l’analisi rivolta all’uso dei requisiti essenziali di sicurezza, è necessario valutare come il Fabbricante (soggetto che ai sensi della Direttiva PED assume tutte le responsabilità legate alla progettazione, fabbricazione e commercializzazione di un prodotto) effettua il percorso legato ad una certificazione CE di un determinato prodotto.
Cercheremo in questa memoria di dimostrare come, attraverso un percorso di progettazione congiunta tra Fabbricante e Utilizzatore, sia possibile andare a determinare uno scenario di pericolo e rischio residuo, che può essere gestito a discapito di una situazione dove il Fabbricante assume delle responsabilità senza avere le opportune conoscenze dei rischi connessi all’impianto.
2. La trattativa e l’ordine
Sin dalle prime fasi della trattativa, la Direttiva PED assume, in virtù dell’applicazione che essa genera in maniera implicita nel progetto, un determinato valore dal punto di vista tecnico.
In fase di trattativa commerciale, solitamente, viene consegnata al candidato Fabbricante la seguente documentazione tecnica:
- data sheets
- specifiche tecniche di costruzione
- specifiche tecniche di saldatura (giunzioni permanenti) - specifiche tecniche con i requisiti aggiuntivi dei materiali - capitolato tecnico
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- specifiche tecniche per i CND
Sulla base di questi primi documenti tecnici, il candidato Fabbricante procede ad effettuare delle valutazioni di preventivo.
Nella maggior parte dei casi, nel data sheet contrattuale e nelle specifiche tecniche sopra elencate, vengono riportate una serie di prescrizioni mandatorie che devono essere tassativamente rispettate al fine di poter partecipare al progetto.
Vi sono alcuni margini di manovra dal punto di vista degli spessori (se ovviamente, vengono garantite le stesse performance meccaniche richieste). Difatti nell’ambito di quanto permesso e offerto dai codici di calcolo, si possono ottenere delle riduzioni delle membrature che solitamente sono gradite dal Cliente.
La situazione di cui sopra, va a delineare un percorso di progettazione preventiva, che offre poche possibilità di allontanarsi dalla documentazione di progetto al candidato Fabbricante; la maggior parte delle scelte che determinano il progetto, vengono assunte da un soggetto diverso dal Fabbricante.
Tornando al processo di acquisizione dell’ordine, possiamo quindi affermare che il contesto, fortemente normato (disposizioni normative, specifiche del cliente e disposizioni nazionali ed europee) è caratterizzato da pochissimi spazi di manovra, dal punto di vista del progetto, da parte del candidato Fabbricante.
3. Progetto Esecutivo
Nel contesto specifico di ordine acquisito e in fase di progettazione esecutiva, il Fabbricante deve immediatamente entrare in contatto con una vera e propria dinamica di responsabilità su cui evidentemente vanno a soppesare tutta una serie di valutazioni di progetto, che di fatto non sono direttamente imputabili a scelte e/o condizioni di conoscenza del funzionamento del prodotto stesso e del relativo processo ad esso ascrivibile.
Nello specifico, e nel contesto del progetto esecutivo, il Fabbricante prende in carico i fattori di progettazione comunicati dal cliente. Queste indicazioni saranno poi esaminate con i Requisiti Essenziali di Sicurezza (RES) che forniscono le indicazioni relative sia alle metodologie atte a progettare, costruire e verificare le attrezzature/insiemi a pressione sicuri, sia i requisiti che le stesse devono rispettare. Risulta evidente che per una corretta analisi dei rischi, il Fabbricante non può e non deve accontentarsi dei criteri di progetto proposti dal Cliente; difatti l’analisi dei rischi, stimola il Fabbricante a ricercare informazioni riguardanti il funzionamento dell’attrezzatura, la località di installazione e le condizioni riguardanti il processo.
Ad esempio, parlando di fluido, che nella maggior parte dei casi può essere indicato dal cliente nel data sheet di progetto come gas, liquido, gas+liquido, vapore, etc, può indicare generalmente idrocarburi, letale, tossico o esplosivo. Le considerazioni, anche alla luce della nuova direttiva PED, impongono al Fabbricante di effettuare delle considerazioni ben diverse e ben più approfondite per quanto riguarda il fluido, inserendo lo stesso in un sistema di classificazione preciso e determinato. Alla luce di quanto sopra, le scelte che si possono fare a livello di progetto sono quelle di considerare una condizione di fluido più gravosa oppure chiedere informazioni suppletive al Cliente.
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Ma lo spirito della Direttiva PED e dell’Analisi dei Rischi di cui all’Allegato I è ben diverso e, seppur legittima la considerazione di esempio di cui sopra sulla classificazione più gravosa per mancanza di informazioni di progetto, l’utilità dell’Analisi dei Rischi è un'altra.
4. Requisiti Essenziali di Sicurezza
La sicurezza che i RES garantiscono è stata trattata in numerosi testi normativi, in diverse forme e soprattutto è stata riversata sia alle tecnologie sia alla maggior parte dei prodotti che vengono commercializzati nella Comunità Europea. Certamente la maggior tecnologia di progettazione e di fabbricazione ha portato questi prodotti ad avere un livello di sicurezza sempre più elevato per chi, come il Fabbricante, deve assumersi le responsabilità legate alla progettazione, alla fabbricazione e al controllo delle attrezzature commercializzate. Partendo dal concetto che non esiste una sicurezza assoluta, è cosa nota che un determinato rischio per un determinato lasso di tempo sia assolutamente non evitabile, quindi risulta evidente che la consapevolezza che vi sia questa condizione porta il Fabbricante ad assumere la cognizione che il proprio prodotto possa essere sicuro relativamente.
Nella gestione dell’analisi dei rischi, il Fabbricante possiede gli strumenti per gestire tale rischio residuo ed ha la possibilità di effettuare tutte le scelte di progettazione per poterlo gestire e segnalare all’utilizzatore finale del prodotto.
Il Fabbricante è investito di un compito molto delicato e importante poichè è a suo carico la ricerca di una soluzione di progetto e di fabbricazione dell’Attrezzatura che sia il più possibile sicura con un rischio residuo gestibile e tollerabile. Questo importante lavoro deve essere eseguito con l’assoluta presenza del soggetto che andrà successivamente ad esercire il prodotto.
Per questo motivo l’Analisi dei Rischi deve essere effettuata sin dalle prime fasi di progetto ponendosi come obbiettivo primario la definizione dell’uso normale di un attrezzatura e delle anomalie di funzionamento ragionevolmente prevedibili. Attraverso questa analisi i pericoli possono essere identificati e valutati da un punto di vista della stima del rischio legato al pericolo.
Ne consegue una attribuzione di progetto che porta il Fabbricante a trovare attraverso dei percorsi di analisi del progetto, soluzioni atte a diminuire il rischio legato al pericolo;
fondamentale è in questo processo, la conoscenza approfondita del rischio, ovvero, la probabilità che questo possa accadere, con quali modalità si può arrivare ad un malfunzionamento e infine quale può essere l’effetto di quel determinato rischio.
Risulta evidente che la conoscenza del rischio è fondamentale per l’analisi che il Fabbricante deve attuare nel corso delle prime fasi di progettazione e certamente la conoscenza del progetto e del processo attraverso un confronto con il cliente, sono determinanti al fine di produrre una corretta ed efficace analisi.
Lo studio del pericolo è anche ricercabile nella letteratura tecnica e normativa, nonché nelle esperienze storiche che possono portare a riflessioni del Fabbricante per soluzioni innovative e tecnologicamente avanzate per l’eliminazione del pericolo.
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5. Identificazione dei pericoli
Di seguito si analizza come e dove possono essere identificati i pericoli legati ad una determinata attrezzatura a pressione. Nel caso specifico vengono considerate una serie di situazioni legate non solo alla progettazione e fabbricazione ma anche al funzionamento e al processo. Ciò per evidenziare quanto una corretta e funzionante analisi dei rischi porti il Fabbricante a considerazioni legate anche al funzionamento e soprattutto a dimostrare l’importanza della fase di Analisi dei Rischi sin dalle prime fasi di progettazione.
Il processo che avviene all’interno del recipiente e, in un’ottica più ampia, nell’impianto dove il recipiente è collocato, può determinare dei pericoli che attraverso l’analisi congiunta Fabbricante-Utilizzatore, devono essere valutati partendo dalle sostanze contenute nel recipiente e alle condizioni (pressione e temperatura) alla quale queste sostanze vengono esercite. In relazione alle condizioni di progetto e delle relative sostanze contenute, devono essere considerati e valutati eventuali cambi di stato delle sostanze che anche incidentalmente possono essere contenute, in un determinato tempo, all’interno del recipiente.
L’analisi che ne consegue è ovviamente frutto della conoscenza e dell’esperienza di entrambi i soggetti e sarà sostanzialmente di tre tipi:
- non ci sono pericoli
- ci sono pericoli ma gestibili attraverso un approccio ingegneristico
- ci sono pericoli ma non possono essere gestiti dall’Ingegneria, pertanto vanno effettuati studi adeguati.
Un'altra fase molto importante è quella della valutazione, ovvero quando possono manifestarsi determinati pericoli e quali sono le cause. Nel caso specifico, ed essendo partecipe all’analisi anche l’utilizzatore, deve essere preso in carico anche l’effetto che questi pericoli possono avere nel momento in cui diventano incidenti. Quindi si andranno a determinare le situazioni di potenziale pericolo di incidente e si andranno a definire percorsi di sicurezza adeguati e/o soluzioni atte a contenere il pericolo.
Anche in questo caso si avranno tre tipi di considerazioni:
- pericoli accertati e situazioni derivanti non determinano rischi significativi e rilevanti
- pericoli significativi che possono portare a incidenti non rilevanti. Occorre produrre una attenta valutazione dei percorsi d’ingegneria atti alla risoluzione dei problemi - pericoli significativi che possono portare a incidenti rilevanti che non possono
essere risolti con pratiche d’ingegneria. Servono studi adeguati e attente riflessioni sulla sicurezza.
Un altro step legato a questo studio congiunto Fabbricante - Utilizzatore consiste nella valutazione degli scenari incidentali, della frequenza con la quale questi incidenti possono accadere e le relative conseguenze. Ovviamente occorre determinare quali possano essere gli effetti e le conseguenze degli incidenti, soprattutto dal punto di vista del rischio, ed identificare gli elementi che contribuiscono a incrementare la pericolosità per le cose e per le persone.
Dovranno essere analizzati i risultati e si dovrà definire una valutazione di pericolosità, ovvero una scala d’identificazione dei pericoli e del rischio ad essi connesso.
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Il percorso di lavoro congiunto tra Fabbricate e Utilizzatore finale porta in definitiva alla determinazione di un livello di rischio tollerabile, che a seconda della criticità dell’attrezzatura e/o dell’impianto, propone delle considerazione di progetto e di fabbricazione che prenderà in carico il Fabbricante e d’informazioni che serviranno all’Utilizzatore per elaborare piani di sicurezza e di manutenzione dell’impianto.
6. Check List dei RES
Di seguito si analizza come in un normale sistema aziendale con un’organizzazione d’ingegneria, vanno gestite le informazioni e i dati legati ai pericoli generati dall’analisi di cui sopra.
Nella prima fase di progettazione di concetto vengono valutati tutti gli aspetti legati alle soluzioni di fattibilità che considerano sia l’aspetto tecnico che economico, questo evidentemente attraverso una ricerca di strategie che tengano in considerazione anche i fattori di fabbricazione e di controllo.
La lista dei requisiti essenziali di sicurezza presente nell’Allegato I della Direttiva PED propone una serie di osservazioni che il progettista da subito deve prendere in considerazione anche con l’analisi di cui ai punti precedenti.
- Norme di carattere generale: principio di integrazione della sicurezza, eliminazione/riduzione dei rischi, uso scorretto.
Risulta evidente che già in questa primissima fase la gestione e la concertazione di cui all’approccio di gestione del rischio e del pericolo con l’utilizzatore finale, assuma un’importanza rilevante, in quanto il legislatore ha chiaramente indicato che il Fabbricante deve contemplare nelle fasi di progettazione, costruzione e controllo del manufatto, i principi della sicurezza che sono legati anche all’impianto. In maniera del tutto automatica l’analisi di cui si è parlato nei punti sopra, diventa uno strumento fondamentale per la determinazione e la risoluzione delle problematiche legate a questo punto.
- Progettazione: norme di carattere generale, forze adeguate, carichi adatti, sollecitazioni adeguate, metodo di calcolo, contenimento della pressione, stabilità nel trasporto, metodo di calcolo sperimentale, disposizioni per garantire la movimentazione ed il funzionamento, mezzi di ispezione, mazzi di carico e sfiato, corrosioni e altre aggressioni chimiche, usura, insiemi, indicazioni per il riempimento e lo scarico, protezione contro il superamento dei limiti ammissibili, accessori di sicurezza, dispositivi di limitazione della pressione, tempo di risposta, incendio esterno.
Nella fase di progettazione, i RES si addentrano non solo nella determinazione dello spessore minimo di calcolo, ma anche nella problematica dei carichi, dove unitamente a quelli noti (specifiche tecniche, data sheets, ecc) viene richiesto al Fabbricante di determinare una serie di valori di carico che, se non forniti nella documentazione contrattuale, dovrebbero essere indicati sulla documentazione di corredo dell’attrezzatura a pressione (da manuale uso e manutenzione), al fine di avvertire l’ utilizzatore dell’attrezzatura dei i limiti di utilizzo anche, per esempio, per una connessione flangiata. Resta inteso che la valutazione effettuata con l’utilizzatore assume anche in questa fase un peso notevole, soprattutto per quanto riguarda la movimentazione, i mezzi di carico e di sfiato e la protezione dai limiti ammissibili. Evidenziare sulla check list dei RES eventuali considerazioni
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sugli effetti che possono portare a pericoli legati al singolo punto è un validissimo strumento per andare a creare sulla documentazione di uso e manutenzione tutte le avvertenze che l’Utilizzatore deve prendere in carico prima di esercire l’attrezzatura. In questa parte troviamo un riferimento agli insiemi di cui all’Art.10.2 della Direttiva PED, che con riferimento alla certificazione di una singola attrezzatura evidentemente non ha senso. Alla luce delle esperienze dei Fabbricanti di attrezzature a pressione, emerge che l’integrazione in un determinato insieme dell’attrezzatura stessa, fa parte di quello che è il punto di valutazione; ovvero se l’attrezzatura può o meno essere integrata in un sistema e se risulta idonea per poter essere eventualmente certificata.
Un importante punto di valutazione è quello riguardante l’idoneità per l’uso previsto dal progetto e le valutazioni effettuate dal Fabbricante su determinate problematiche di corrosione e di vita residua. I limiti di utilizzo dell’attrezzatura a pressione, devono essere chiaramente riportati sulla targa dati e, eventuali limitazioni e/o prescrizioni aggiuntive, devono essere riportare sul manuale d’uso e manutenzione. Risulta evidente che nel caso di presenza di corrosione, il Fabbricante, oltre ad aver progettato l’attrezzatura con materiali idonei, deve provvedere ad analizzare sulla check list dei RES eventuali problematiche legate a visite di ispezione particolari e/o inferiori rispetto a quelli previsti dalla disciplina che si occupa di esercizio e manutenzione. Tale considerazione è valida anche per la vita del recipiente, in quanto il Fabbricante può, in caso di carichi ciclici o di scorrimento viscoso, andare a determinare eventuali prescrizioni sulla limitazione della vita del recipiente.
- Costruzione: procedure di fabbricazione, preparazione delle parti dei componenti, giunzioni permanenti, controlli non distruttivi, trattamento termico, procedure di rintracciabilità, valutazione finale, ispezione finale
La parte relativa alla costruzione è evidentemente soggetta a valutazioni da parte del solo Fabbricante che ha il dovere di ottemperare a tutte le prescrizioni contrattuali e alle disposizioni della normativa di progetto usata.
In conclusione possiamo affermare che i criteri che possono essere seguiti in fase di progettazione dei sistemi, allo scopo di ottenere un’elevata affidabilità complessiva, consistono in generale nel prevedere che i componenti siano utilizzati in esercizio ad un livello di sollecitazione (meccanica, elettrica, termica, etc.) inferiore a quello per cui essi sono stati progettati e nell’uso di tecniche di ridondanza o tolleranza ai guasti (fault tolerance). Per quanto riguarda il primo criterio dobbiamo osservare che, in generale, l’affidabilità dipende dal livello di sollecitazione in condizioni di esercizio e, come abbiamo ampliamente dimostrato, ad una efficace conoscenza dei pericoli connessi all’attrezzatura e alle condizioni di esercizio; in particolare, per i componenti in pressione, l’affidabilità diminuisce all’aumentare della temperatura e delle sollecitazioni meccaniche ripetute.
Relativamente al criterio della ridondanza, essa consiste nel far sì che il funzionamento di un sistema non dipenda criticamente dal funzionamento di tutti i suoi componenti; si dice che in tal caso i componenti non sono disposti “in serie“ (il guasto di uno di essi produce il guasto dell’intero sistema) dal punto di vista affidabilistico, ma “in parallelo“ (il sistema è soggetto a guasto solo quando si sono guastati tutti i suoi componenti).
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