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PORTALE DELLA DIDATTICA

Safety of energy plants

02TYGMK

A.A. 2020/21

Course Language

Italian

Course degree

1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Ingegneria Energetica - Torino

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01TYGMK

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 39
Esercitazioni in aula 21
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Pedroni Nicola Professore Associato ING-IND/19 31,5 10,5 0 0 3
Teaching assistant
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Context
SSD CFU Activities Area context
ING-IND/19 6 D - A scelta dello studente A scelta dello studente
2020/21
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 ed al calcolo delle probabilità/frequenze e delle conseguenze di scenari incidentali che possono impattare sui sistemi, gli impianti, i lavoratori, l’ambiente e la popolazione. L'obiettivo di questo insegnamento è fornire agli studenti competenze su: (i) tecniche per l’identificazione dei pericoli; (ii) metodologie di valutazione ed analisi della sicurezza (risp., del rischio); e (iii) metodi di controllo e riduzione del rischio associato al funzionamento dei sistemi e degli impianti energetici ed industriali (azioni di prevenzione e mitigazione). 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.
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 probabilities/frequencies and consequences of the accident scenarios that can have a severe impact on the systems, the plants, the workers, the environment and the population. The objective of this course is to provide the students with competences on: (i) techniques for hazard identification; (ii) methodologies for safety (resp., risk) evaluation and analysis; (iii) methods for the control and reduction of the risks associated to the operation of energy (and industrial) systems and plants (preventive and mitigative actions). 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.
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 e semi-quantitativi) per l’identificazione dei pericoli; RAA 4 - la formulazione sistematica e sistemica dell’analisi di sicurezza e rischio; RAA 5 - le basi dell’approccio quantitativo all’analisi di sicurezza e rischio e le relative tecniche di valutazione. Al termine del corso, gli studenti devono essere in grado di: RAA 6 - applicare i metodi (qualitativi e quantitativi) per l’analisi di sicurezza e di rischio; 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, mitigative e reattive; 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). 2. Concetti di pericolo, sicurezza, rischio (e tollerabilità del rischio), prevenzione e mitigazione: definizioni qualitative e quantitative. 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)]. 4. Analisi critica dettagliata di alcuni incidenti rilevanti che hanno colpito diverse tipologie di impianti energetici nel passato. 5. Sostanze pericolose utilizzate in ambito energetico: caratteristiche, classificazione, trattamento, Normativa Italiana ed Europea. 6. Metodi qualitativi (e/o semi-quantitativi) per l’analisi di sicurezza (risp., rischio) degli impianti energetici (ed industriali, in generale): a) Sicurezza occupazionale: metodo HAZard IDentification (HAZID) (per l’identificazione dei pericoli); b) 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); c) Sicurezza delle industrie di processo: (i) metodo HAZard and OPerability analysis (HAZOP) (per l’identificazione delle anomalie in un processo produttivo); (ii) metodo Layers of Protection Analysis (LOPA) (per identificare e sottolineare la necessità di ulteriori barriere protettive e/o sistemi di sicurezza in un impianto di processo); d) Matrici di rischio, per una classificazione qualitativa della criticità dei pericoli identificati. 7. Nozioni di base sulle tecniche quantitative più utilizzate nelle analisi di sicurezza (risp., rischio) degli impianti energetici (ed industriali, in generale): a) Fondamenti di teoria della probabilità, propedeutici alla trattazione degli argomenti ai punti b) e c) successivi; b) Alberi degli eventi (Event Tree), per l’identificazione delle possibili sequenze (scenari) incidentali; c) Alberi dei guasti (Fault Tree), per la quantificazione delle probabilità/frequenze delle sequenze (scenari) incidentali. 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). 9. Casi studio: le lezioni frontali verranno supportate da esempi relativi ad analisi di sicurezza e rischio di componenti, sistemi ed impianti energetici esposti a pericoli, e da esercitazioni quantitative svolte dal docente e/o dagli stessi partecipanti al corso.
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 esposti a pericoli, e da esercitazioni quantitative svolte dal docente e/o dagli stessi partecipanti al corso.
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.
Materiale obbligatorio: - Dispense e slides forniti dai docenti. Materiale facoltativo: - 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.
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; Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;
La valutazione consiste in un esame scritto ed uno orale. La prova scritta è costituita da esercizi di calcolo e domande teoriche sui diversi macro-argomenti trattati (punti 2-9 del Programma). Gli esercizi serviranno a valutare principalmente le capacità dello studente di applicare i metodi qualitativi e quantitativi di valutazione della sicurezza e del rischio degli impianti energetici (RAA 6). Le domande teoriche consentiranno di verificare la comprensione da parte dello studente dei concetti di sicurezza, rischio, prevenzione e mitigazione, la conoscenza delle principali norme in materia di sicurezza, dei metodi qualitativi di identificazione e caratterizzazione dei pericoli, delle basi dell’approccio sistemico e quantitativo alla valutazione della sicurezza e del rischio degli impianti energetici (RAA 1-5). Questa parte permetterà di verificare conoscenze acquisite (di tipo concettuale, teorico e “fondativo”) che non possono essere verificate mediante esercizi numerici. Le domande teoriche possono essere di diversa natura: (brevi) domande aperte (es., definizioni di concetti rilevanti), vero/falso o risposta multipla. La durata massima della prova scritta è di 2h. L’uso del materiale didattico (libri, appunti, etc.) non è consentito. Questa parte dell’esame contribuirà al 65% della valutazione finale. Nell’esame orale verrà verificata principalmente la capacità dello studente di esprimere autonomamente e criticamente, in modo chiaro e convincente, giudizi sulla confidenza nei risultati di un’analisi di sicurezza e rischio (RAA 7, 8). Questa parte dell’esame contribuirà al 35% della valutazione finale. La minima valutazione che consente il superamento dell’esame è di 18/30. La valutazione massima è 30/30 e lode.
Exam: Compulsory oral exam; Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff;
The evaluation consists in a written and oral exam. The written test includes both numerical exercises and theoretical questions on all the macro-topics treated (items 2-9 of the Contents section). The exercises are mainly aimed at evaluating the student’s capability of applying the qualitative and quantitative methods for the safety and risk assessment of energy plants (ELO 6). The theoretical questions will allow verifying the student’s comprehension of the concepts of safety, risk, prevention and mitigation, his/her knowledge of the main legislation related to safety, of the qualitative methods of hazard identification and characterization, of the fundamentals of the systemic and quantitative approach to the evaluation of safety and risk of energy plants (ELO 1-5). This part will allow verifying acquired (conceptual, theoretical, and possibly “foundational”) knowledge that cannot be evaluated by numerical exercises. The theoretical questions can be of different nature: (brief) open questions (e.g., definitions of relevant concepts), or true/false or multiple-choice. The duration of the written exam is 2h (max). The use of any learning resource (books, handouts, etc.) is not allowed. This part of the exam will contribute 65% of the final score. The oral exam will mainly assess the student’s capability of autonomously and critically formulating, in a clear and convincing way, judgments about the confidence in the results of a safety and risk analysis (ELO 7, 8). This part of the exam will contribute 35% of the final score. The minimum score that allows passing the exam is 18/30. Maximum score is 30/30 cum laude.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;
La valutazione consiste in un esame scritto ed uno orale. La prova scritta è costituita da esercizi di calcolo e domande teoriche sui diversi macro-argomenti trattati (punti 2-9 del Programma). Gli esercizi serviranno a valutare principalmente le capacità dello studente di applicare i metodi qualitativi e quantitativi di valutazione della sicurezza e del rischio degli impianti energetici (RAA 6). Le domande teoriche consentiranno di verificare la comprensione da parte dello studente dei concetti di sicurezza, rischio, prevenzione e mitigazione, la conoscenza delle principali norme in materia di sicurezza, dei metodi qualitativi di identificazione e caratterizzazione dei pericoli, delle basi dell’approccio sistemico e quantitativo alla valutazione della sicurezza e del rischio degli impianti energetici (RAA 1-5). Questa parte permetterà di verificare conoscenze acquisite (di tipo concettuale, teorico e “fondativo”) che non possono essere verificate mediante esercizi numerici. Le domande teoriche possono essere di diversa natura: (brevi) domande aperte (es., definizioni di concetti rilevanti), vero/falso o risposta multipla. La durata massima della prova scritta è di 2h. L’uso del materiale didattico (libri, appunti, etc.) non è consentito. Questa parte dell’esame contribuirà al 65% della valutazione finale. Nell’esame orale verrà verificata principalmente la capacità dello studente di esprimere autonomamente e criticamente, in modo chiaro e convincente, giudizi sulla confidenza nei risultati di un’analisi di sicurezza e rischio (RAA 7, 8). Questa parte dell’esame contribuirà al 35% della valutazione finale. La minima valutazione che consente il superamento dell’esame è di 18/30. La valutazione massima è 30/30 e lode.
Exam: Written test; Compulsory oral exam; Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff;
The evaluation consists in a written and oral exam. The written test includes both numerical exercises and theoretical questions on all the macro-topics treated (items 2-9 of the Contents section). The exercises are mainly aimed at evaluating the student’s capability of applying the qualitative and quantitative methods for the safety and risk assessment of energy plants (ELO 6). The theoretical questions will allow verifying the student’s comprehension of the concepts of safety, risk, prevention and mitigation, his/her knowledge of the main legislation related to safety, of the qualitative methods of hazard identification and characterization, of the fundamentals of the systemic and quantitative approach to the evaluation of safety and risk of energy plants (ELO 1-5). This part will allow verifying acquired (conceptual, theoretical, and possibly “foundational”) knowledge that cannot be evaluated by numerical exercises. The theoretical questions can be of different nature: (brief) open questions (e.g., definitions of relevant concepts), or true/false or multiple-choice. The duration of the written exam is 2h (max). The use of any learning resource (books, handouts, etc.) is not allowed. This part of the exam will contribute 65% of the final score. The oral exam will mainly assess the student’s capability of autonomously and critically formulating, in a clear and convincing way, judgments about the confidence in the results of a safety and risk analysis (ELO 7, 8). This part of the exam will contribute 35% of the final score. The minimum score that allows passing the exam is 18/30. Maximum score is 30/30 cum laude.
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