Hazop

Lo studio HAZOP (HAZard and Operability) fu sviluppato dal ICI Ldt nel 1963 con il duplice fine di identificare le possibili deviazioni del processo (fase che si articola anche nella ricerca dei pericoli, prendendo il nome di HAZID ossia HAZard IDentification) e le relative conseguenze.

Si tratta di una tecnica versatile utilizzata per verificare la procedura operativa e la progettazione di un processo al fine di migliorare la sicurezza delle strutture esistenti. HAZOP viene utilizzato per identificare tutti i modi possibili in cui un processo può essere deviato dal percorso previsto e provocare conseguenze tali che possono causare lesioni all’essere umano, oppure causare danni alle apparecchiature o danni all’ambiente.

Questa analisi viene condotta da una squadra di esperti (HAZOP TEAM) guidata da un leader, esperto di questa metodologia di indagine (HAZOP CHAIRMAN). Il team è solitamente composto da specialisti nei vari settori dell’ingegneria e conoscitori del processo in esame.

I documenti necessari per la conduzione di un’analisi (o studio) HAZOP di un processo sono i seguenti:

• P&ID (Piping and Instrumentation Diagram, diagramma delle condutture e della strumentazione) dell’impianto;
• descrizione del processo;
• procedure esistenti per Operation and Maintanance;
• matrice Causa ed Effetti (C&E)
• layout di impianto.

L’analisi HAZOP di un processo è fondamentalmente uno sviluppo chimico di una lista di parametri di sistema per es. pressione, temperatura, flusso, viscosità ecc. e varie parole guida come no, più, meno, così come ecc. ed è basata sulla condizione di quali parole guida devono essere usate e in quali circostanze. Ogni componente è sottoposto a un’analisi dettagliata applicando diverse parole guida applicabili in modo che le deviazioni possano essere identificate nell’intento di progettare insieme ai possibili pericoli risultanti. Il team HAZOP decide i parametri e poi applica e controlla la fattibilità delle parole guida. Solo le parole guida applicabili devono essere considerate. In altre parole, la deviazione è il risultato dell’aggiunta di parole guida e parametri.

I parametri HAZOP

I parametri che solitamente vengono indagati nell’industria chimica sono:

• flusso;
• temperatura;
• pressione;
• livello;
• composizione chimica;
• stato;
• contaminazione;
• corrosione.

Le parole guida HAZOP

Le parole guida che solitamente vengono utilizzate sono:

• NO/NONE (no/nessun): parte del progetto non viene realizzata (es. NO flusso);
• MORE OF (più di): il parametro di interesse è oltre i limiti di progetto (TROPPO flusso);
• LESS OF (meno di): il parametro di interesse è al di sotto i valori di progetto (TROPPO POCO flusso);
• AS WELL AS (così come): il design di progetto è rispettato ma c’è anche qualcos’altro;
• PART OF (parte di): solo una parte del design di progetto è rispettato;
• REVERSE (inversione): il parametro in analisi è opposto al design di processo (flusso che scorre con moto INVERSO);
• OTHER THAN (diversamente): viene condotta un’operazione diversa a quella di progetto (aggiunto componente B al posto del componente A);
• EARLY (in anticipo): qualcosa accade in anticipo a quando progettato;
• LATE (in ritardo): qualcosa accade in ritardo rispetto a quanto progettato;
• BEFORE (prima): relativamente ad una sequenza di progetto, qualcosa accade prima;
• AFTER (dopo): relativamente ad una sequenza di progetto, qualcosa accade dopo.

Metodologia HAZOP

Il team HAZOP si concentra inizialmente sui nodi che può identificare dallo schema delle tubazioni e degli strumenti del processo. I parametri e le parole guida si applicano ai nodi solo prendendo in considerazione il materiale coinvolto o che passa attraverso quel particolare nodo. I parametri del processo sono identificati e viene presa in considerazione un’intenzione per il nodo. Si applica la prima parola guida, ad esempio “no”, e si sviluppa una deviazione completa di significato come “nessun flusso”. Il passo successivo è quello di determinare tutte le possibili cause dalle quali tale deviazione può avere luogo.

Contemporaneamente il team HAZOP ha bisogno di identificare anche tutte le conseguenze, se tale deviazione si verifica, ovvero a quale possibile risultato porta. Infine il suggerimento deve essere registrato insieme alla deviazione e alle cause in un particolare formato tabellare. Lo stesso processo deve essere ripetuto per tutte le parole guida e il risultato deve essere registrato. Dopo il completamento di un nodo, la squadra si sposta al nodo successivo e ripete nuovamente lo stesso procedimento.

Le parole-guida, ed i parametri vengono combinate affinché si possano ipotizzare le relative deviazioni. Un esempio di combinate secondo quanto indicato nella seguente tabella:

Approccio a matrice

Si definisce il DANNO in una scala di valori:

1. MOLTO ALTO (molteplici vittime; molteplici feriti gravi, gravi danni agli asset, gravi problematiche ambientali);
2. ALTO (infortunio mortale o grave, danni significativi ad asset ed ambiente);
3. MEDIO (infortunio di modesta entità, danni moderati ad asset e ambiente);
4. BASSO (inforuni lievi, danni lievi ad asset e ambiente);
5. TRASCURABILE (nessuna conseguenza).

Similmente si definisce la PROBABILITÀ (eventi/anno):

1. MOLTO ALTA: maggiore di 1*10^-2;
2. ALTA: da 1*10^-2 a 1*10^-3;
3. MEDIA: da 1*10^-3 a 1*10^-4;
4. BASSA: da 1*10^-4 a 1*10^-6;
5. TRASCURABILE: minore di 1*10^-6.

Danno/ Probabilità	Molto Alto	Alto	Medio	Basso	Trascurabile
Molto alta	1A	1B	1C	1D	1E
Alta	2A	2B	2C	2D	2E
Media	3A	3B	3C	3D	3E
Bassa	4A	4B	4C	4D	4E
Molto bassa	5A	5B	5C	5D	5E

L’organizzazione stabilirà dei criteri elencando criteri di accettabilità (colore verde), di tollerabilità (colore arancione) e di NON accettabilità (colore rosso). Attenendosi a questi principi deciderà dove ricadranno i vari RPN ottenuti (vedi esempio della tabella sopra).

Caso studio

Ad esempio, in questo processo acqua, vari additivi e acido cloridrico al 33% vengono miscelati per formare un prodotto risultante consistente in una soluzione al 10% di HCl. I reagenti vengono aggiunti nell’ordine acqua, additivi e quindi acido per evitare la disuniformità della miscela. L’acido e l’acqua sono pompati nel miscelatore batch da una pompa centrifuga, gli additivi (liquidi) sono pompati nel miscelatore batch con una pompa savage e gli additivi (solidi) si versano direttamente nel miscelatore attraverso una valvola.

Le quantità dei reagenti sono prese secondo la proporzione della quantità di prodotto risultante necessaria. Il pavimento dell’area di miscelazione dell’acido è sempre rivestito di resina epossidica che serve da contenimento secondario.

Ci sono un numero totale di sette nodi per effettuare lo studio HAZOP, come mostrato nel layout sottostante.

Il primo nodo è per l’acqua, il settimo è per l’aggiunta dell’HCl al 33% e i nodi da numero due a sei per gli additivi come l’inibitore di corrosione, il solvente comune, l’agente non emulsionante, i tensioattivi e l’acido acetico.

Se, per esempio, il danno valutato è pari ad ALTO (rottura della pompa centrifuga con conseguente sostituzione, fermo impianto con seguente perdita di produzione) e viene valutata una probabilità cumulata tra le varie cause individuate (il blocco della valvola più tutte le altre possibili cause) pari a BASSA, si otterrà un RPN pari a 4B (ricadente nella zona del tollerabile).

Al fine di migliorare questa situazione, l’organizzazione, a seguito di una analisi costi benefici, votata a mitigare i rischi al livello ALARP (As Low As Reasonably Practicable, il più basso possibile) identifica le seguenti azioni:

• riduzione dell’intervallo di test sulla valvola (es. introducendo test di verifica parziali semestrali),
• predisposizione di nuove procedure al fine di mitigare l’errore umano. 

Ricalcolando l’RPN con le azioni di miglioramento intraprese, si abbassa la probabilità di accadimento, portandola a TRASCURABILE. Il nuovo RPN calcolato adesso è pari a 5B. L’organizzazione la valuta come accettabile. A questo punto si prosegue con le altre parole-guida.

Esaminati tutti i parametri con le parole-guida applicabili, si procede al nodo successivo.

 Il flowchart seguente riassume i vari steps dell’analisi HAZOP.

Prerequisiti per lo studio HAZOP

Per lo studio HAZOP devono essere comunque disponibili le seguenti informazioni:

• Diagrammi di
  • flusso del processo
  • tubazioni e strumentazione
  • layout
• Bilanci di calore e materia
• Schede di sicurezza dei materiali
• Istruzioni operative provvisorie
• Schede tecniche delle apparecchiature
• Procedure di avviamento e di arresto di emergenza

Foglio di lavoro HAZOP

La tecnica di analisi HAZOP utilizza rigore e struttura. È sempre meglio eseguire l’analisi HAZOP di processo utilizzando un formato strutturato utilizzando un foglio di lavoro. Tipicamente, vengono utilizzati fogli di lavoro a colonne o a matrice per mantenere l’uniformità dell’analisi. I risultati dell’analisi HAZOP, applicati al processo passo dopo passo, sono riportati nei fogli di lavoro HAZOP e il team, a seguito della valutazione degli stessi, suggerisce ulteriori raccomandazioni. Qui il foglio di lavoro HAZOP per il nodo 1 (acqua), il nodo 6 (acido acetico) e il nodo 7 (33% HCL) sono riportati di seguito.

Nodo 1, Parametro di processo: Flusso

Intenzione: L’acqua è il primo reagente pompato al miscelatore batch da una pompa centrifuga a temperatura e pressione atmosferica.

Parola/ guida	Deviazione	Cause	Conseguenze	Azioni richieste
No	Nessun flusso	La pompa centrifuga perde l’adescamento o la valvola si chiude totalmente	Risultato: soluzione altamente concentrata	Controllo corretto della pompa centrifuga (pressione idraulica)
Less (meno)	Meno flusso	Valvola parzialmente chiusa	Risultato: soluzione altamente concentrata	Controllo corretto della pompa centrifuga
More (più)	Più flusso	L’acqua passa attraverso la valvola anche se è chiusa	Trabocco del miscelatore	Deve essere installato un indicatore di livello
Other than (diverso da)	Completa sostituzione	Fornitura errata da parte del fornitore o materiale sbagliato è usato durante la fornitura di acqua	Dipende dalla sostituzione, richiede di verificare la potenziale sostituzione in base alla disponibilità di altro materiale nel sito	Procedura dell’impianto per fornire il controllo del materiale scelto prima di caricare il materiale

Nodo 6, Parametro di processo: Flusso

Intenzione: L’acido viene sempre aggiunto per ultimo alla miscela. L’acido acetico è l’ultimo degli additivi. Viene pompato da una pompa savage al miscelatore.

Parola/ guida	Deviazione	Cause	Conseguenze	Azioni richieste
No	Nessun flusso	La tubatura è rotta	Lo scopo non è stato raggiunto	Corretto monitoraggio della pompa savage e della tubazione da parte dell’operatore
Less (meno)	Meno flusso	Blocco nel tubo e perdita nella conduttura e indicatore di livello difettoso	Lo scopo non è stato raggiunto	La pompa savage deve essere priva di perdite e l’unione delle tubazioni deve essere controllata per le perdite
Reverse (invertire)	Più flusso	Danneggiamento del diaframma	L’additivo non viene pompato, ma si accumula aria	Test di funzionamento corretto e monitoraggio della pompa savage
More (più)	Più flusso	Malfunzionamento della valvola	Il prodotto avrà una concentrazione più acida	Ispezione e test corretti delle valvole
Sooner than (prima che)	Troppo presto o nell’ordine sbagliato	Viene scelto il materiale sbagliato dallo stabilimento o la comunicazione è scarsa	Forma una miscela non uniforme se la ricetta non è seguita correttamente	Discutere i ruoli e le responsabilità di tutti i membri del team

Nodo 7: L’acido (HCl al 33%) viene sempre aggiunto per ultimo al miscelatore batch a temperatura e pressione atmosferica.

Parola/ guida	Deviazione	Cause	Conseguenze	Azioni richieste
No	Nessun flusso	Meno adescamento della pompa	Risultato di una soluzione con meno concentrazione di acido	Prodotti chimici aggiunti separatamente e monitorati
Less (meno)	Meno flusso	Valvola parzialmente chiusa	Risultato di una soluzione con meno concentrazione di acido	Monitoraggio adeguato
More (più)	Più flusso	L’acido passa attraverso la valvola anche se è chiusa	Trabocco del miscelatore a batch e la soluzione risultante sarà più concentrata e corrosiva	Regolare correttamente la valvola a farfalla
Part of (parte di)	Diminuzione della concentrazione di acido	Il fornitore ha consegnato materiale a concentrazione sbagliata	Il prodotto finale sarà di qualità inferiore al prodotto desiderato	Deve essere condotto un test preliminare sulla concentrazione dell’acido da utilizzare
Sooner than (prima che)	Troppo presto o nell’ordine sbagliato	Scarsa comunicazione tra il personale della squadra	Corrosione nel miscelatore	Predisposizione SOP, procedure operative standard, adeguate e devono essere discusse

Risultati e discussione

HAZOP si concentra sull’identificazione sia dei problemi di operabilità che dei pericoli. La maggior parte dello studio si traduce in raccomandazioni sui problemi di operabilità. Il risultato di questo studio HAZOP mostra le principali cause di deviazione che includono l’errore umano. Anche se l’obiettivo principale è l’identificazione dei pericoli, i problemi di operabilità dovrebbero essere identificati nella misura in cui hanno il potenziale per portare a pericoli di processo, e il risultato può influenzare negativamente il sistema, il processo e la redditività dell’impresa.

Ecco i principali risultati dello studio HAZOP:

Ispezione visiva – Deve essere fatta regolarmente per garantire la sicurezza del posto di lavoro e per controllare che tutte le precauzioni necessarie siano mantenute sul posto e trasmesse ai lavoratori esposti al lavoro. Eseguire i controlli di qualità.

Per aumentare l’efficienza dell’operazione e per ottenere un output di alta qualità, deve essere eseguito, al momento opportuno, il controllo di qualità. Questo porta alla soddisfazione del cliente e impedisce che avvengano eventi indesiderati, con il risultato finale di una buona crescita del business.

Il controllo deve essere condotto prima dell’inizio dell’attività in modo che il pericolo associato possa essere discusso e tutte le misure di sicurezza possano essere trasmesse insieme al piano di emergenza.

Le istruzioni di lavoro sicure devono essere discusse in modo che l’attività venga svolta secondo il processo definito dall’organizzazione per ridurre al minimo il livello di rischio associato all’attività.

Considerare l’uso di una persona di riserva, in modo che possa essere intrapresa un’azione adeguata al momento dell’emergenza.

Garantire un’adeguata segregazione in modo che due sostanze chimiche non compatibili non reagiscano l’una con l’altra e deve essere fatta un’adeguata etichettatura dei fusti di sostanze chimiche. Occorre poi discutere i ruoli e le responsabilità di tutto il personale.

Tutte le deviazioni dovrebbero essere elencate e solo le deviazioni che possono portare a degli eventi dovrebbero essere analizzate. Occorre considerare perché quella deviazione dovrebbe accadere e tale deviazione dovrebbe essere di natura realistica. Il team HAZOP decide sulle possibili cause per ogni particolare deviazione sulla base del suo giudizio e della sua esperienza.

Ci sono tre tipi fondamentali di cause. Esse sono:

1. L’errore umano che può essere commesso da un progettista, un operatore, un costruttore o un terzo, che crea un pericolo che potrebbe provocare un evento indesiderato. Per esempio: la mancata comunicazione tra i membri della stessa squadra o la fornitura errata di una materia prima.
2. Il guasto dell’attrezzatura può voler significare un guasto operativo, strutturale ovvero meccanico che provoca un evento indesiderato. Per es. il m alfunzionamento di una valvola, i danni ad un diaframma ecc. come menzionato nel caso di studio qui sopra.
3. Gli eventi esterni includono elementi esterni all’unità in esame che possono influenzare il funzionamento dell’unità .Per es. le calamità naturali.

L’analisi HAZOP è la tecnica migliore per stabilire come l’intento della progettazione può essere deviato dal suo percorso. I risultati dell studio HAZOP aiutano a identificare tutte le deviazioni da quanto programmato ed a identificare ciò che può avere un effetto negativo sul funzionamento efficiente e sicuro dell’impianto/sistema. In particolare, per l’industria di processo, dove vari parametri devono essere considerati, occorre effettuare uno studio di ogni parametro considerando ogni possibile deviazione.

Tutti i risultati dello studio HAZOP devono essere implementati in modo che il sistema possa essere più sicuro e gli incidenti possano essere prevenuti. Sulla base di tali risultati, infine, vengono elencate le raccomandazioni per ridurre il livello di rischio e per evitare tali conseguenze.

Scritto da Simone Bottinelli e Valter Ballantini, 31 gennaio 2021.

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