73197 - AFFIDABILITÀ E SICUREZZA NELL'INDUSTRIA DI PROCESSO M

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso si propone di fornire agli allievi le nozioni fondamentali e gli strumenti tecnici per identificare i pericoli nell'industria di processo e per valutare le conseguenze degli incidenti rilevanti (tramite i modelli dell'analisi delle conseguenze ed i modelli di danno) e stimarne la frequenza di accadimento (tramite la teoria dell'affidabilità), onde poter quantificare il rischio. La conoscenza di tali argomenti è infatti necessaria per affrontare i problemi relativi alla sicurezza nello sviluppo dei progetti e nella conduzione degli impianti, anche in riferimento agli adempimenti normativi richiesti alle industrie di processo.

Contenuti

PREREQUISITI - PROPEDEUTICITA' CONSIGLIATE

Innanzitutto lo studente dovrebbe possedere le competenze di base relative alla lingua italiana, alla matematica ed alla lingua inglese che tipicamente si acquisiscono durante la scuola superiore:

1. con riferimento alla lingua italiana, è opportuno che lo studente abbia una conoscenza della lingua italiana di livello C2, secondo il Quadro Comune Europeo di Riferimento per le Lingue (QCER), così da essere in grado:
   • di comprendere facilmente testi complessi e argomenti specialistici;
   • di esprimersi in modo spontaneo, fluente e preciso, utilizzando un linguaggio ricco e vario, con una padronanza delle sfumature di significato e della coerenza testuale, anche in un contesto formale;
   • di scrivere con coerenza, chiarezza e precisione, dimostrando una piena padronanza della grammatica e del lessico;
   • di riassumere informazioni provenienti da diverse fonti, ristrutturandole in modo coerente e conciso;
2. con riferimento alla matematica, è opportuno in particolare che lo studente sappia risolvere con facilità equazioni algebriche e trascendenti, anche tramite l’ausilio di una calcolatrice scientifica;
3. con riferimento alla lingua inglese, sarebbe auspicabile una conoscenza di livello C1 e comunque non inferiore al livello B2.

In aggiunta lo studente dovrebbe possedere le competenze che tipicamente si acquisiscono durante i corsi di laurea in ingegneria, ovvero un’adeguata padronanza delle conoscenze e degli strumenti delle scienze di base applicate all'ingegneria nonché degli aspetti metodologico-operativi dell'ingegneria, con particolare riguardo alla modellazione ingegneristica.

La collocazione dell’insegnamento - al termine degli studi magistrali – indica di per sé che il corso ha carattere “riassuntivo” rispetto al percorso degli studi, in quanto l’analisi della sicurezza degli impianti di processo e la valutazione del rischio da essi generato richiedono una “visione d‘insieme” delle problematiche di tali installazioni qual è quella che si acquisisce, per l’appunto, al termine del percorso degli studi magistrali (non dunque a metà nè tanto meno all'inizio di tale percorso).

Per seguire proficuamente le lezioni e per comprendere appieno i contenuti del corso (nonchè per evitare di sostenere l'esame svariate volte), è opportuna una buona padronanza dei fondamenti della termodinamica (con specifico riferimento ai bilanci di materia ed energia, anche in presenza di passaggi di fase e di reazione chimica, nonché agli equilibri liquido-vapore), della fluidodinamica (con specifico riferimento all’equazione di Bernoulli ed all’efflusso di gas in condizioni critiche), dei fenomeni di trasporto (con specifico riferimento ai bilanci locali di materia, energia, quantità di moto), degli impianti di processo (con specifico riferimento ai reattori chimici), dell’algebra booleana e del calcolo delle probabilità.

Tutte le lezioni saranno tenute in italiano; il materiale didattico è in parte in italiano ed in parte in inglese. È quindi necessaria la comprensione sia della lingua italiana che della lingua inglese per superare con profitto il corso (al minimo livello B2). Per coloro che, non comprendendo l'italiano, non hanno possibilità di seguire le lezioni, sono disponibili indicazioni per studiare la materia interamente su materiale didattico in inglese.

 

PROGRAMMA PREVENTIVO PER l'a.a. 2025-2026

1.Introduzione al corso

Il rischio: l’industria di processo e la Chemical Process Quantitative Risk Analysis (C.P.Q.R.A.), i concetti di rischio e sicurezza, definizioni di rischio, modalità di classificazione del rischio (rischio individuale / rischio collettivo; rischio naturale / rischio antropico, con le sotto-categorie del rischio tecnologico e del rischio industriale); il rischio industriale (rischio convenzionale, rischio specifico, rischio di incidente rilevante (R.I.R.)); cenni alla normativa italiana sul rischio occupazionale; le direttive Seveso I, II e III; il D. Lgs. 105/2015 con i suoi allegati ed i decreti attuativi di riferimento; il R.I.R. nel contesto delle discipline HSEQS; il R.I.R. nel contesto della chimica verde e della sostenibilità. Indici di rischio: richiami sui concetti di frequenza e probabilità; rischio individuale / locale; rischio sociale, con esempi di calcolo (curve f/N (frequenza semplice / n° morti), curve F/N (frequenza cumulata / n° morti), il numero atteso di morti o Potential Life Loss, istogrammi rischio locale / n° di persone presenti); matrici di rischio. La procedura per il calcolo del rischio: le tre fasi del calcolo; criteri di accettabilità del rischio, con esempi di applicazione al rischio locale, al rischio sociale, alle matrici di rischio; le misure di sicurezza (preventive e protettive; secondo il modello Swiss cheese, secondo il modello “a conchiglia”, secondo T.Kletz); il rischio residuale e gli strumenti per la sua gestione (pianificazione delle emergenze interne ed esterne, pianificazione territoriale, analisi degli incidenti, visite ispettive). L’assoggettabilità degli stabilimenti al D.Lgs. 105/2015: art. 3 e allegato 1; stabilimenti R.I.R. di soglia inferiore e di soglia superiore; la notifica; il rapporto di sicurezza; il sistema di gestione della sicurezza per la prevenzione degli incidenti rilevanti (SGS-PIR).

2.Le sostanze pericolose

Le proprietà di pericolosità delle sostanze chimiche: infiammabilità, esplosività, tossicità, corrosività, reattività. Approfondimento della proprietà “'infiammabilità”. Approfondimento della proprietà “tossicità”. Il regolamento CLP. Il sistema GHS (origine e sviluppo, classificazione delle sostanze chimiche, pittogrami, H-statements, P-statements, frasi di pericolo, il gruppo dei pericoli fisici e le sue principali classi, il gruppo dei pericoli per la salute e le sue principali classi, il gruppo dei pericoli per l’ambiente e la sua classe, esempi di suddivisione delle classi in categorie, differenze tra regolamento CLP e sistema GHS). La scheda di sicurezza e l'etichettatura delle sostanze chimiche. Il regolamento REACH (origine, struttura, registrazione e valutazione delle sostanze chimiche, autorizzazione alla produzione di sostanze SVHC (con definizione di sostanze PBT e vPvB, distruttori endocrini, sostanze PMT e vPvM), restrizioni relative alle sostanze chimiche).

3.Identificazione dei pericoli

Introduzione all’identificazione dei pericoli. Le principali tecniche di identificazione dei pericoli: analisi storiche; liste di controllo; safety review / safety audit; metodi ad indice; HazId analysis; HazOp analysis; what-if analysis; FMEA / FMECA. Criteri di scelta delle tecniche di identificazione dei pericoli.

4.Modelli per la valutazione dei danni

Introduzione ai modelli per la valutazione dei danni (dati in ingresso ed in uscita; i bersagli del R.I.R. ed i livelli di danno; l’effetto domino; gli effetti fisici degli incendi, delle nubi tossiche, delle esplosioni e la loro rappresentazione spaziale). Modelli di danno basati sulle equazioni di probit: il modello matematico; esempi di equazioni di probit per incendi, nubi tossiche ed esplosioni; la rappresentazione spaziale della probabilità di morte). Modelli di danno basati su valori soglia: esempi di valori soglia per incendi, per nubi tossiche e per esplosioni. Impiego dei valori soglia per la pianificazione dell’emergenza esterna e la pianificazione territoriale nell’intorno degli stabilimenti R.I.R. in Italia.

5.Modelli sorgente

Introduzione alla valutazione delle conseguenze (modelli sorgente, modelli per gli incendi, modelli per le dispersioni in atmosfera, modelli per le esplosioni, con relativi dati in ingresso ed in uscita). Tipologie di serbatoi di stoccaggio e condizioni di stoccaggio tipiche delle sostanze chimiche, con richiami all’eq.ne di Antoine ed alle vie di liquefazione dei gas. La schematizzazione dei rilasci accidentali, con esempi di schematizzazioni riportate nelle linee guida per la C.P.Q.R.A. e derivanti da HazOp analysis. Modelli sorgente: per liquidi rilasciati da foro su tubo e su serbatoio; per gas rilasciati da foro su tubo o su serbatoio; per gas liquefatti in pressione (flash di rilasci istantanei e di rilasci continui); per pozze evaporanti e bollenti.

6.Modelli per gli incendi

Introduzione ai modelli per gli incendi (definizione di incendio, richiami alle modalità di trasmissione della potenza termica e ruolo dell’irraggiamento, i danni prodotti dagli incendi, modelli di incendio “single point source model” e “surface emitter model”, la trasmissività atmosferica). Gli incendi tipici dell’industria di processo (poolfire; jet-fire; fireball; Vapour Cloud Fire (VCF)), con descrizione dei relativi fenomeni fisici e loro modellazione matematica.

7.Modelli di dispersione

Introduzione ai modelli di dispersione in atmosfera (che cosa sono; i danni prodotti dalle nubi tossiche e dalle nubi infiammabili; classificazione dei modelli di dispersione in base alla densità del gas, alla velocità del rilascio, alla durata del rilascio, alle dimensioni della sorgente, all’altezza della sorgente; differenze tra dispersione di emissioni inquinanti e di rilasci accidentali). I parametri meteorologici nello strato limite planetario alla base della dispersione passiva (il vento: modulo e direzione; la turbolenza atmosferica e la sua classificazione secondo Pasquill). I modelli di dispersione gaussiani: modello per rilascio continuo stazionario, con determinazione dei profili di concentrazione, delle isoplete di nubi infiammabili e/o tossiche, della massa in zona di esplosività; modello per rilascio istantaneo, con calcolo del tempo di passaggio della nube. Cenni alla dispersione dei gas pesanti.

8.Modelli per le esplosioni

Introduzione ai modelli per le esplosioni (definizione di esplosione, classificazione delle esplosioni (fisiche / chimiche); classificazione delle esplosioni chimiche (confinate / non confinate; deflagrazioni / detonazioni); le reazioni fuggitive; i danni prodotti dalle esplosioni; la modellazione matematica delle esplosioni; i modelli di equivalenza al TNT). Le esplosioni fisiche, con approfondimento del BLEVE: cause, descrizione dei fenomeni fisici, modellazione matematica. Le esplosioni chimiche all’aperto (VCE): modalità di formazione e destino delle nubi di vapori infiammabili; modellazione matematica delle VCE.

9.Alberi degli eventi

I tipici alberi degli eventi post-rilascio (alberi per rilascio continuo o istantaneo di liquidi infiammabili e di gas infiammabili liquefatti criogenicamente, per rilascio continuo di gas infiammabili e gas infiammabili liquefatti in pressione, per rilascio istantaneo di gas infiammabili liquefatti in pressione; alberi quantificati per il calcolo delle probabilità e delle frequenze degli scenari incidentali finali). Alberi degli eventi e misure di sicurezza: alcuni esempi.

Cenni ai software per l'analisi delle conseguenze.

10.Introduzione alla teoria dell'affidabilità

Introduzione alla teoria dell’affidabilità (distinzione tra componenti e sistemi in termini affidabilistici). Frequenze di guasto standard. Frequenze di rilascio standard. Richiami di algebra booleana e di calcolo delle probabilità.

11.Teoria dell’affidabilità dei componenti (argomento che quasi certamente non sarà svolto, per mancanza di tempo)

Introduzione alla teoria dell’affidabilità dei componenti. Il componente non riparabile. Il componente riparabile. Il componente soggetto a manutenzione preventiva.

12.Teoria dell’affidabilità dei sistemi

Introduzione alla teoria dell’affidabilità dei sistemi (tipologie, schemi, stati di un sistema). Sistemi semplici descrivibili con la metodologia «parts count». Sistemi complessi descrivibili con l’albero dei guasti: costruzione dell’albero dei guasti, analisi qualitativa, cenni all’analisi quantitativa. Il bow-tie diagram.

13.Ricomposizione del rischio (argomento interamente costituito da materiale di approfondimento)

Esempi di calcolo del rischio locale e sociale.

Testi/Bibliografia

Per ulteriori approfondimenti sui diversi argomenti trattati durante le lezioni (peraltro non necessari per il superamento a pieni voti dell'esame) è possibile consultare i seguenti testi:

• Lees' Loss Prevention in the Process Industries, S. Mannan editor, IV ed., Butterworth-Heineman, Oxford, UK, 2012
• R.Rota, G. Nano, Introduzione alla affidabilità e sicurezza nell'industria di processo, II ed., Bonomo Ed., Bologna, I, 2024
• D.A.Crowl, J.F.Louvar, Chemical process safety: fundamentals with applications, IV ed., Pearson Education, USA, 2020
• Centre for Chemical Process Safety of AIChE, Guidelines for chemical process quantitative risk analysis, II ed., New York, USA, 1999
• Center for Chemical Process Safety of AIChE, Guidelines for hazard evaluation procedures, III ed., AIChE, New York, USA, 2008
• TNO, Methods for the calculation of physical effects (Yellow book - Report CPR 14E), III ed., The Hague, NL, 2005
• H.Kumamoto, E.Henley, Probabilistic Risk Assessment and Management for Engineers and Scientists, II ed., IEEE Press, New York, 2000

I volumi elencati, talvolta nelle edizioni precedenti rispetto a quelle sopra indicate, sono posseduti dalla Biblioteca F.P.Foraboschi, via Terracini 28; per eventuali informazioni circa la disponibilità a scaffale dei testi è possibile contattare la bibliotecaria  (Annalisa Neri, annalisa.neri@unibo.it)

Metodi didattici

- Appunti di lezione presi personalmente

- Copia di diapositive utilizzate dal docente durante le lezioni [solitamente reperibili in forma cartacea presso la copisteria in via Terracini 28, se tale servizio è disponibile, oppure disponibili dall'inizio del corso per un anno solare sulla piattaforma e-learning Virtuale, accesso riservato ai soli studenti che hanno l'insegnamento di AfSIP M nel piano degli studi per l'a.a. 2025/2026 o per uno degli anni precedenti]

Materiale disponibile solo sulla piattaforma Virtuale:

- materiale didattico di approfondimento

- esercizi e quiz su ogni argomento

- esempio di una prova d'esame scritta

- file audio / video per l'approfondimento di alcuni argomenti

- software specifico

Il docente NON rende disponibili le registrazioni video delle lezioni. Gli studenti sono caldissimamente invitati a seguire personalmente con attenzione e continuità le lezioni in aula, frequentando dall'inizo alla fine, prendendo appunti (al meglio direttamente sulle diapositive spiegate dal docente, messe a disposizione prima delle lezioni) e rivedendo tra una lezione e l'altra gli appunti presi. E' assolutamente da evitarsi il sostenere prove parziali o interi esami di altri insegnamenti durante il periodo di lezione o subito dopo il suo termine, se questo richiede di sospendere la frequenza attiva delle lezioni del corso di AfSIP M.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame mira a verificare il raggiungimento dei seguenti obiettivi didattici:

-conoscenza degli indici di rischio utilizzati per quantificare il rischio di incidente rilevante e della metodologia per la loro quantificazione

-conoscenza delle principali tecniche di identificazione dei pericoli

-conoscenza delle diverse tipologie di scenari incidentali associati a perdite di contenimento di fluidi tossici ed infiammabili

-conoscenza dei modelli matematici per il calcolo delle conseguenze e per la stima della frequenza di accadimento degli scenari incidentali

- capacità di risolvere semplici esercizi numerici volti ad applicare i modelli matematici per il calcolo delle conseguenze, della frequenza di accadimento e del rischio degli scenari incidentali.

L'esame consta di una prova scritta e di una prova orale (che si svolgono una dopo l'altra, amche nella stessa giornata o in due o più giorni lavorativi consecutivi, fino ad esaurimento degli esaminandi; il superamento della prova scritta è necessario per l'ammissione alla prova orale; il mancato superamento della prova orale comporta la necessità di presentarsi nuovamente alla prova scritta). La prova scritta comprende domande di teoria nonchè semplici esercizi numerici ("semplici" significa che non è richiesto l'utilizzo del calcolatore ed il reperimento di dati chimico-fisici e di pericolosità; come pure che è limitata al minimo la necessità di effettuare conversioni di unità di misura; per meglio comprendere che cosa significhi "semplici", si possono prendere a riferimento gli esercizi illustrati a lezione e disponibili nel materiale didattico).

Nel malaugurato caso in cui fosse consentito agli studenti di sostenere l'esame a distanza, il docente si riserva di rivedere la modalità d'esame sia per coloro che sostengono l'esame a distanza, sia per coloro che optano per essere esaminati in presenza, al fine di non creare disparità tra gli studenti stessi.

Il superamento dell’esame è possibile per gli studenti che dimostrano di conoscere le proprietà di pericolosità delle sostanze chimiche, le misure per la quantificazione del rischio di incidente rilevante, la successione delle diverse fasi dell'analisi quantificata di rischio, i principali modelli matematici nonchè il significato e le unità di misura delle più importanti grandezze che intervengono in ogni fase, essendo anche capaci di risolvere semplici esercizi numerici. Un punteggio più elevato è attribuito agli studenti che dimostrano di aver compreso ed essere capaci di utilizzare tutti i contenuti dell’insegnamento, illustrandoli con proprietà di linguaggio, individuando le inter-connessioni tra i contenuti stessi, impostando problemi più complessi, applicando in modo appropriato nell'analisi degli aspetti di sicurezza e di rischio le conoscenze acquisite nell'intero percorso degli studi. Il mancato superamento dell’esame è in genere imputabile all'ignoranza di diverse parti del programma, all'esposizione superficiale e lacunosa degli argomenti, alla mancata capacità di distinguere l'uno dall'altro gli scenari indicidentali, all'ignoranza in merito alle grandezze affidabilistiche, all'incapacità di risolvere gli esercizi numerici. E' comunque penalizzata l'incapacità dello studente di reperire autonomamente le informazioni in merito al corso laddove queste sono messe a disposizione di tutti gli studenti nonchè l'invio al docente di email con domande la cui risposta è riportata per iscritto nelle pagine web del docente e del corso, sulla piattaforma Virtuale, nella copia delle diapositive illustrate nelle prime giornate di lezione.

L'esame può essere sostenuto in una delle 6 date di appello annue fissate dal docente e rese note su AlmaEsami, iscrivendosi all'appello su AlmaEsami. 

Per evitare di indispettire il docente, è severamente vietato "provare" l'esame. Per testare la propria preparazione, sono a disposizione tutti gli esercizi delle dispense nonchè tutti i quiz presenti su Virtuale. Gli studenti sono invitati a presentarsi all'esame solo quando la risoluzione degli esercizi delle dispense nonchè le risposte ai quiz (sia quelli numerici che quelli relativi alle domande di teoria) sono ottenibili in modo corretto e rapido.

Maggiori informazioni sull'esame sono disponibili nel regolamento per sostenere l'esame di AfSIP M nonchè nella dispensa di introduzione al corso, entrambi disponibili su Virtuale.

Per tutto quanto non esplicitamente mezionato nella pagina web del corso di AfSIP M e nel regolamento dell'esame di AfSIP M disponibile su Virtuale, vale quanto stabilito dal regolamento didattico di Ateneo.

Strumenti a supporto della didattica

- Svolgimento di lezioni frontali in aula

- Visione di materiale video

- Illustrazione di software specifici

- Svolgimento di semplici esercizi numerici

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Sarah Bonvicini