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PORTALE DELLA DIDATTICA

Sicurezza degli impianti energetici

01TYGMK

A.A. 2022/23

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Energetica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 30
Esercitazioni in aula 10
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Pedroni Nicola Professore Associato ING-IND/19 22,5 10 0 0 4
Collaboratori
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/19 4 D - A scelta dello studente A scelta dello studente
2022/23
I sistemi e gli impianti energetici (ed in generale, industriali) sono potenzialmente soggetti ad incidenti, dovuti a rotture e guasti di componenti, ma anche ad eventi catastrofici esterni legati al territorio ed all’ambiente che li ospita. La valutazione e la gestione del rischio associato al loro funzionamento richiedono un approccio sistematico e sistemico all’identificazione dei pericoli e alla valutazione delle conseguenze di scenari incidentali che possono impattare sui sistemi, gli impianti, i lavoratori, l’ambiente e la popolazione. Questo insegnamento intende fornire agli studenti una panoramica sulle problematiche di sicurezza associate alla progettazione e alla gestione dei sistemi tecnologici e presentare il quadro concettuale, teorico e metodologico per la valutazione, il controllo e la riduzione (prevenzione e mitigazione) dei rischi connessi alla realizzazione e all’esercizio degli impianti energetici (ed in generale, industriali). Queste competenze, tipiche degli analisti di sicurezza ed affidabilità, sono necessarie in tutte le aree dell’ingegneria moderna per la progettazione e la gestione di sistemi sicuri ed affidabili. L’approccio didattico è rigoroso dal punto di vista teorico, ma intende soffermarsi particolarmente sull’applicazione pratica dei metodi su casi studio realistici che aiutino lo studente ad integrare, con uno scopo unitario (ovvero l’analisi di rischio/sicurezza dei sistemi energetici), le diverse conoscenze multidisciplinari acquisite in tutto il percorso di studi, ottenendo così una competenza direttamente spendibile nel mondo del lavoro.
Energy (and in general, industrial) systems and plants are potentially subject to accidents, due to malfunctioning and failures of components, but also to catastrophic external events related to the surrounding environment. The evaluation and management of the associated risk require a systematic and systemic approach to the identification of the hazards and to the assessment of the consequences of the accident scenarios that can have a severe impact on the systems, the plants, the workers, the environment and the population. This course aims at providing the students with an overview of the safety issues associated to the design and management of technological systems and at offering knowledge on concepts, theory and methods for the evaluation, control and reduction (prevention and mitigation) of the risks related to the realization and operation of energy (and industrial) systems and plants. These competences, typical of safety and reliability analysts, are necessary in every field of modern engineering for the design and operation of safe and reliable systems. The training is based on a sound theoretical approach, but it pays particular attention to (realistic) practical applications, offering the students the possibility to combine, within a common framework (i.e., the safety/risk analysis of energy systems), several multidisciplinary subjects learned during the previous courses, up to gaining a professional skill.
Al termine del corso, gli studenti devono conoscere: RAA 1 - i concetti e le definizioni (qualitative e quantitative) di pericolo, sicurezza, rischio, prevenzione e mitigazione. RAA 2 - le principali Norme Italiane ed Europee sulla sicurezza degli impianti energetici. RAA 3 – i metodi qualitativi per l’identificazione dei pericoli e dei potenziali eventi iniziatori di incidenti. RAA 4 – i metodi qualitativi per la descrizione e rappresentazione degli scenari incidentali, in termini di cause, conseguenze e relative barriere di protezione. RAA 5 - le basi dell’analisi, modellazione e quantificazione delle conseguenze di uno scenario incidentale. Al termine del corso, gli studenti devono essere in grado di: RAA 6 - applicare (a casi studio realistici) i metodi per: i) l’identificazione dei pericoli e dei potenziali eventi iniziatori di incidenti; ii) la descrizione e rappresentazione qualitativa degli scenari incidentali (in termini di cause, conseguenze e relative barriere di protezione); iii) la quantificazione delle conseguenze associate. RAA 7 - valutare criticamente i risultati ottenuti dall’applicazione dei metodi appresi, anche in relazione alla confidenza con la quale possono essere utilizzati per prendere decisioni robuste in merito a misure (preventive, protettive e mitigative) di controllo e riduzione del rischio. RAA 8 - comunicare i risultati della propria attività in modo tecnicamente corretto.
At the end of the course the students should know: ELO 1 – the (qualitative and quantitative) concepts and definitions of hazard, safety, risk, prevention and mitigation; ELO 2 – the main contents of the Italian and European legislation about safety of energy plants; ELO 3 – the (qualitative and semi-quantitative) methods for hazard identification; ELO 4 – the systemic and systematic formulation of the safety and risk analysis process; ELO 5 – fundamentals of the quantitative approach to safety and risk analysis, and the related evaluation techniques. At the end of the course the students should be able to: ELO 6 – apply the (qualitative and quantitative) methods for safety and risk analysis; ELO 7 – critically evaluate the results obtained by the application of the methods learned, also in relation to the confidence, with which they can be used to take robust decisions about preventive, protective, mitigative and reactive measures; ELO 8 – communicate the results of their own activity in a technically sound way.
Conoscenze di base di: Matematica, Termodinamica applicata e Fisica.
Fundamentals of mathematics, applied thermodynamics and physics.
1. Introduzione e descrizione dei contenuti del corso: visione globale dell’offerta formativa sulla sicurezza e l’analisi di rischio nei Corsi di Laurea Triennale e Magistrale in Ingegneria Energetica (e Nucleare). (1.5h) 2. Concetti di pericolo, sicurezza, rischio (e tollerabilità del rischio), prevenzione e mitigazione: definizioni qualitative e quantitative. (3h) 3. Introduzione (cenni) alla Normativa Italiana ed Europea sulla sicurezza ed il rischio nella progettazione e gestione degli impianti energetici [sicurezza occupazionale, sicurezza dei componenti, delle macchine e dei sistemi, sicurezza degli impianti soggetti ad incidenti severi (es., raffinerie, impianti chimici, installazioni Oil&Gas, impianti nucleari)]. (3h) 4. Analisi critica dettagliata di alcuni incidenti rilevanti che hanno colpito diverse tipologie di impianti energetici nel passato. (1.5h) 5. Sostanze pericolose utilizzate in ambito energetico: caratteristiche, classificazione, trattamento, Normativa Italiana ed Europea. (1.5h) 6. Metodi qualitativi per l’identificazione dei pericoli e dei potenziali eventi iniziatori di incidenti in impianti energetici (ed industriali, in generale): (6h) a) Sicurezza dei componenti, delle macchine e dei sistemi: metodo Failure Mode Effect and Criticality Analysis (FMECA) (per l’identificazione delle modalità di guasto di un sistema e le corrispondenti analisi di criticità e manutenibilità); b) Sicurezza delle industrie di processo: metodo HAZard and OPerability analysis (HAZOP) (per l’identificazione delle anomalie in un processo produttivo); c) Matrici di rischio, per una classificazione qualitativa della criticità dei pericoli e dei potenziali eventi iniziatori di incidenti identificati. 7. Metodo “Bow Tie” per la descrizione e rappresentazione qualitativa di scenari incidentali, in termini di cause, conseguenze e relative barriere di sicurezza (misure preventive, protettive, mitigative). (3h) 8. Analisi delle conseguenze di uno scenario incidentale (modellazione e quantificazione): il Metodo Speditivo per la determinazione dell’estensione delle aree di danno (elevata letalità, lesioni irreversibili per le persone). (3h) 9. Casi studio. Le lezioni frontali verranno supportate da esempi relativi ad analisi di sicurezza e rischio di componenti, sistemi ed impianti energetici (realistici) esposti a pericoli, al fine di fornire allo studente una sensibilità ed una competenza per l’applicazione pratica degli strumenti presentati nel corso (in particolare, FMECA, HAZOP, Bow-Tie e Metodo Speditivo). In quest’ottica, i docenti proporranno delle esercitazioni che verranno svolte (preferibilmente in classe) dai partecipanti al corso sotto la guida e supervisione dei docenti stessi. (17.5h)
1. Introduction and description of the contents of the course: general overview of the safety and risk analysis topics offered within the Bachelor and Master Degrees in Energy (and Nuclear) Engineering. 2. Concepts of hazard, safety, risk (and risk tolerability), prevention and mitigation: qualitative and quantitative definitions. 3. Introduction (basics) on the Italian and European legislation on safety and risk in the design and operation of energy plants [safety of workers, safety of components, machines and systems, safety of plants subject to major accidents (e.g., refineries, chemical plants, nuclear plants, oil&gas installations)] 4. Detailed critical analysis of some relevant accidents that happened to different types of energy plants in the past. 5. Dangerous substances used in energy production systems: characteristics, classification, treatment, Italian and European legislation. 6. Qualitative (and/or semi-quantitative) methods for the safety (resp., risk) analysis of energy (and in general, industrial) plants: a) Occupational safety: HAZard IDentification (HAZID) method (for the identification of hazards); b) Safety of components, machines and systems: Failure Mode Effect and Criticality Analysis (FMECA) method (for the identification of system failure modes and the corresponding criticality and maintainability analyses); c) Safety of process industries: (i) HAZard and OPerability analysis (HAZOP) method (for the identification of process anomalies); (ii) Layers of Protection Analysis (LOPA) method (to identify and highlight the need for further protective barriers and/or safety systems in a process plant); d) Risk matrices, for a qualitative ranking of the criticality of the hazards identified. 7. Basic notions on the quantitative techniques that are usually adopted in the safety (resp., risk) analyses of energy (and in general, industrial) plants: a) Fundamentals of probability theory, serving as introduction to the topics of items b) and c) below; b) Event Trees, for the identification of the possible accidental sequences (scenarios); c) Fault Trees, for the quantification of the probabilities/frequencies of the accidental sequences (scenarios). 8. Analysis of the consequences of an accident scenario (modeling and quantification): the “Quick Method” (Metodo Speditivo) for the determination of the size of areas characterized by high lethality and irreversible injuries for people. 9. Case studies: lectures will be complemented by examples concerning the safety and risk analyses of energy components, systems and plants exposed to hazards, as well as by quantitative exercise sessions developed by the teachers and/or by the students themselves.
Le lezioni frontali verranno supportate da esempi relativi ad analisi di sicurezza e rischio di componenti, sistemi ed impianti energetici (realistici) esposti a pericoli, al fine di fornire allo studente una sensibilità ed una competenza per l’applicazione pratica degli strumenti presentati nel corso (in particolare, FMECA, HAZOP, Bow-Tie e Metodo Speditivo). In quest’ottica, i docenti proporranno delle esercitazioni che verranno svolte (preferibilmente in classe) dai partecipanti al corso sotto la guida e supervisione dei docenti stessi: * identificazione dei modi di guasto di due/tre componenti di un sistema energetico tramite FMECA; * identificazione dei possibili eventi iniziatori di incidente (intesi come anomalie e deviazioni nei parametri fisici di un processo produttivo) tramite HAZOP su un singolo nodo funzionale di un sistema energetico; * descrizione e rappresentazione grafica degli scenari incidentali associati ad un singolo evento critico per un sistema energetico tramite Bow-Tie; * quantificazione delle conseguenze di un singolo scenario incidentale tramite il Metodo Speditivo. I risultati di tali esercitazioni verranno portati all’esame orale come elemento di discussione e quindi di valutazione.
Lectures by the teachers will be complemented by examples concerning the safety and risk analyses of energy components, systems and plants exposed to hazards, as well as by quantitative exercise sessions carried out by the teachers and/or by the students themselves.
Dispense e slides fornite dai docenti.
Mandatory material: - Booklets and slides provided by the teachers. Optional material: - E. Zio, “Introduction to the basics of reliability and risk analysis”, Editore: World scientific, Anno edizione: 2007. - E. Zio, “Computational methods for reliability and risk analysis”, Editore: World scientific, Anno edizione: 2009. - P. Baraldi, F. Cadini, E. Zio, “Introduction to reliability and risk analysis: worked out problems”, Editore: World Scientific, Anno edizione: 2011. - W. Kroger, E. Zio, “Vulnerable Systems”, Editore: World Scientific, Anno edizione: 2011.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
Exam: Compulsory oral exam;
La valutazione consiste in un esame orale obbligatorio che verterà su due classi di domande. In primo luogo, il colloquio ha l’obiettivo di verificare la comprensione da parte dello studente dei concetti di sicurezza, rischio, prevenzione e mitigazione (RAA 1), la conoscenza (di tipo concettuale, teorico e “fondativo”) delle principali norme in materia di sicurezza (RAA 2), dei metodi di identificazione (RAA 3), caratterizzazione e valutazione di pericoli, scenari incidentali (RAA 4) e relative conseguenze (RAA 5). In secondo luogo, durante il colloquio verranno discussi gli esempi e le esercitazioni svolte (preferibilmente in classe) dagli studenti sotto la supervisione dei docenti, relative ad analisi di sicurezza e rischio di componenti, sistemi ed impianti energetici (realistici) esposti a pericoli (con particolare riferimento ai metodi FMECA, HAZOP, Bow-Tie e Metodo Speditivo, come spiegato in dettaglio nell’ORGANIZZAZIONE DELL’INSEGNAMENTO). In questo modo, verranno verificata le seguenti capacità dello studente: (i) applicare i metodi di analisi della sicurezza e del rischio degli impianti energetici (RAA 6); (ii) esprimere autonomamente e criticamente, in modo chiaro e convincente, giudizi sulla confidenza nei risultati di un’analisi di sicurezza e rischio (RAA 7, 8). A valle dell’orale, le esercitazioni svolte (su FMECA, HAZOP, Bow-Tie e Metodo Speditivo) dovranno essere caricate dagli studenti nella sezione “Elaborati” del Portale della Didattica. Le due classi di domande contribuiscono un egual misura (cioè con ugual peso) alla definizione del voto finale. L’uso del materiale didattico (libri, appunti, etc.) non è consentito. La minima valutazione che consente il superamento dell’esame è di 18/30. La valutazione massima è 30/30 e lode.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Compulsory oral exam;
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
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