4. FMEA - My LIUC

LIUC – Università Cattaneo
Caratteristiche delle tecniche di
analisi più comuni (2)
Lezione 5
Docente: V.Torretta
LIUC – Università Cattaneo
4. Failure Mode & Effect Analysis
(FMEA)
4. FMEA
 Individua i modi o i tipi di guasto di componenti o
parti di impianto e il corrispondente effetto sugli
impianti o sui sistemi
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Analisi dei modi di guasto
 Riferimenti:
 AIChE - CCPS “HAZARD EVALUATION
PROCEDURES”
 DIN 25448 - Ausfalleffektanalyse (FMEA)
 CEI 56.1 - Metodi di analisi per l'affidabilità di
sistemi. Procedura di analisi dei modi e degli
effetti di guasto (FMEA)
3
4. FMEA: Esempio
 Avaria: guasto al ripartitore di frenata di una
automobile
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 Protezioni: sistema ridondante di frenata su circuiti
indipendenti
 Conseguenze: se non funziona la protezione, alla
prima frenata decisa allungamento dello spazio di
frenata e possibile sbandamento del mezzo
4
4. FMEA: Risorse umane necessarie
 Per svolgere una FMEA è necessario costituire un
team di lavoro costituito da:
 analista di rischio
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 processista (se presente)
 progettista/tecnologo
5
4. FMEA e altre analisi
 analisi esaustiva
 applicata ai processi può diventare laboriosa e
rende ardua l’identificazione di concatenazioni
incidentali complesse
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 eventi incidentali di origine “meccanica”
6
4. FMEA: Analisi delle modalità di guasto e dei
relativi effetti
 procedimento per indagare le modalità del guasto
dei componenti di un sistema e le loro conseguenze
(effetti) sul sistema stesso
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 procedura induttiva
 guasti di singoli componenti e non combinazioni di
essi
 condotta mediante moduli
7
4. FMEA: Scopo dell’analisi
 Classificazione qualitativa di sistemi esistenti o in
progetto per ciò che riguarda il guasto di un singolo
componente
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 Permette il miglioramento del progetto dal punto di
vista sia della sicurezza che dell'affidabilità
 Raccolta preliminare sviluppo Albero dei Guasti
(Fault Tree, FT)
8
4. Informazioni sul sistema
 informazioni sulla costituzione e sulle funzioni del
sistema:
 specifiche del sistema
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 diagrammi a blocchi, disegni del sistema
 condizioni di impiego
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4. Descrizione del modulo
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 La costituzione fondamentale del modulo può
essere variato o completato a seconda delle
caratteristiche del sistema in esame e degli scopi
dell'analisi
 Le informazioni essenziali, pertanto in ogni caso
necessariamente presenti, sono:
 l'univoca identificazione del componente
 le caratteristiche del guasto
 la sua manifestazione
 le sue conseguenze
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ANALISI DEI GUASTI
SISTEMA:
ARIA COMPRESSA
IMPIANTO A
COMPONENTE:
RECIPIENTE A
PRESSIONE
CONDIZIONI ESTERNE:
TEMP.AMB.: 10÷30°c
UMIDITA' ARIA: 80%
ATMOSF.PRIVA DI POLVERE
ALLEGATI
DISEGNI
SPECIFICHE
CONDIZIONI
INIZIALI:
FUNZIONAMENTO
REGOLARE CON
PRELIEVO DI ARIA
1
2
NUM
FUNZIONE
DELL’ELEMENTO
Accumulo aria
compressa.
11
LIUC – Università Cattaneo
CONDIZIONI INIZIALI:
PRESSIONE DI
ESERCIZIO= 20 bar
Accumulo aria
compressa.
12
Accumulo aria
compressa.
13
3
MODALITA’
DI GUASTO
Piccola
perdita
(P.ES: ai
bocchelli).
Grossa
perdita
(P.ES:
rottura di
una
saldatura).
Rottura
(P.ES:
difetto nel
materiale).
4
5
FREQUENZA
MANIFESTAZIONE
DEL GUASTO
10-1/a
10-3/a
10-5/a
6
AZIONE
CORRETTIVA
Aumenta la
frequenza di
marcia del
compressore.
Maggior
rumorosità.
Invio di aria al
compressore.
Abbassamento di
pressione anche a
compressore in
esercizio continuo.
Nessuna.
Indicazione nella
pressione.
Nessuna.
7
EFFETTO SUL
SISTEMA E SUI
COMPONENTI
ATTIGUI
8
9
VALUTAZIONE
NOTE
L’abbassamento
di pressione viene
compensato dal
compressore; per
riparare il guasto
è necessario
fermare il
sistema.
Blocco del
K
IV
sistema.
III
Caduta rapida
della pressione:
danni alle
attrezzature
vicine al
serbatoio.
Allegato: Modulo di indagine FMEA
Non vengono
previste azioni
correttive
perché la
frequenza è
molto bassa.
11
I
Esempio di classificazione di effetti per criticità
(K, colonna 9)
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CLASSE
DENOMINAZIONE
CARATTERISTICHE
IV
Molto modesta
Il guasto del componente non provoca il
blocco del sistema ne' coinvolge il personale
III
Modesta
Il guasto del componente provoca il blocco del
sistema ma non coinvolge il personale
II
Severa
Il guasto del componente non porta a danni
importanti nel sistema, ma coinvolge personale
I
Molto severa
Il guasto del componente porta a importanti
danni al sistema o gravi lesioni al personale
12
4. FMEA
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 vengono considerati solo quei componenti del
sistema ai quali è attribuibile un potenziale di
danno, ad esempio:






sostanze esplosive o combustibili
sostanze ad alta reattività chimica o biologica
sorgenti di radiazione
sorgenti di calore
sorgenti di energia cinetica
sorgenti di energia potenziale (serbatoi a pressione)
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4. FMEA vs FMECA (2)

FMEA (FAILURE MODE and EFFECT ANALYSIS)
 Individua:
 i modi di guasto
 gli effetti

FMECA (FAILURE MODE, EFFECT and CONSEQUENCES ANALYSIS)
 Associa le conseguenze e la probabilità ai modi di guasto e agli
effetti
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4. FMEA vs FMECA (2): procedura

Individuazione della documentazione necessaria (P&I, specifiche
strumenti e macchine)

Definizione del sistema in esame e dei requisiti funzionali ed operativi
minimi

Elaborazione di diagrammi a blocchi funzionali

Identificazione dei modi ed effetti di guasto, della modalità di
sviluppo o propagazione

Individuazione dei metodi per la prevenzione dei guasti

Individuazione dei provvedimenti e metodi per la rivelazione dei
singoli guasti

Individuazione delle conseguenze e determinazione della criticità
dell’evento

Determinazione del rateo di guasto (frequenza o probabilità)
15
Valutazione della credibilità in base a in base
alla determinazione della frequenza
di accadimento di un evento incidentale
 Esempio 1: TRACIMAZIONE DA SERBATOIO
f = 5,53E-5 occasioni/anno
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frequenza = rateo di guasto * ore/anno
Il rateo di guasto può essere scelto da banche dati o letteratura o
da prove
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Esempio 1: Sovrariempimento del serbatoio per
malfunzionamento LIC
LV01
LIC01
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XV
LSH
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Esempio 1: Dati di affidabilità per stima della
frequenza attesa
RATEO 
OP. TIME
MTBT
FREQUENZA
[o/h]
[h]
[h]
[occ/anno]
LIC (sensore+trasmett+valv)
7,94E6
3200
3200
2,54E-2
LSH (interruttore+valvola)
1,57E-6
COMPONENTE
3200
fdt
2,51E-3
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Mean Time Between Test (MTBT)
failure dead time (fdt):
 Mancato Funzionamento su richiesta
 Espresso come probabilità di non intervento, ricavabile da:
fdt = λ · MTBT/2
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FMEA

Documentazione:
 P&I
 Specifiche loop LIC01 (a dislocamento)
 LSH (interruttore)
 valvole (LV01 a globo, XV a sfera)

Requisiti del sistema:
 LIC01 mantiene livello colonna al set 20% modulando LV01 in regolazione

Diagramma a blocchi funzionali
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set
LIC01
LSH
sensore
sensore
interruttore
regolatore
valvola
valvola
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Livello a dislocamento
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
Guasti tipici:
 meccanici (grippaggio, difetti
del materiale, usura, errori di
montaggio)
 strumentali (staratura,
mancanza fluido o segnale
spurio, sporcamento, errori di
montaggio)
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IMPIANTO:
SISTEMA: LIC01
REDATTORE:
COMPONENTE: sensore di livello
SIGLA: LT01
FUNZIONE: rilievo livello della colonna C01 con invio a serbatoio D01 mediante LV01
NOTE: montaggio esterno
MODO DI GUASTO
CAUSA
EFFETTO
locale
Uscita errata (+/-)
Blocco del galleggiante per usura
del materiale
“
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inferiore
Blocco galleggiante montaggio errato
(segna
-Temperatura esterna e dT elevata
ivello inferiore – chiude
tra interno ed esterno per mancanza
valvola)
coibentazione esterna
Rottura verso l’esterno per difetto del
“
materiale o corrosione
errato
“
“
Segnale inferiore a LIC01
Chiude LV01
Segnale inferiore a LIC01
Chiude LV01
Segnale
superiore – apre valvola)
per mancanza coinbentazione
LIC01
Mancanza segnale uscita
Rottura braccio/snodo
Segnale zero a LIC01
ingresso
segnale
eccessivo
a
suggerimenti
Portare segnale a DCS con
Non modula valvola LV01
“
+temperatura esterna e dT elevata
Mancanza
a
“
Uscita eccessiva (livello
NOTE
finale
controllore (+/-) a LIC01
Rottura braccio o snodo per difetto
“
Uscita
Segnale
RILIEVO
Apre LV01
allarme minima e max
Idem c.s.
Collaudo
Avviene in avviamento
Coibentazione
Coibentazione
Chiude LV01 (Fail Closed)
N.Applicabile
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M.F. non chiude rateo
(λ): 5,4E-6 occ/h
probabilità di M.F.
fdt = λ · MTBT/2
se MTBT = 3200h
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fdt = 8,64E-3
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5. Analisi «WHAT IF»
5. Analisi «What If»
 Il metodo indaga il comportamento di un sistema
nel caso dovesse verificarsi una anomalia
rispondendo alla domanda:
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“cosa succede se”
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5. Analisi «What If»: obiettivi
 risposta del processo alle deviazioni più probabili
dell’assetto di un impianto, dovute ad anomalie di
funzionamento o di comportamento
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

individuare le potenziali situazioni critiche che
potrebbero dar luogo ad un incidente
suggerire modalità di miglioramento della sicurezza
25
5. Analisi «What If»: Campo di applicazione
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
Impianti, depositi, fabbricati, operazioni varie,
procedure, ecc
 Fasi operative da considerare:
 Avviamento
 Marcia normale
 Fermata programmata
 Fermata non programmata
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5. Analisi “What If”: descrizione
 procedura non strutturata come HAZOP, FMEA
 considerare i risultati di eventi inaspettati che
potrebbero produrre conseguenze sfavorevoli
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 esame delle possibili deviazioni dal progetto,
costruzione e modalità operative
 conoscenza base di quanto si esamina e l'abilità di
combinare e sintetizzare le possibili deviazioni dal
progetto
 procedura efficace se il gruppo di lavoro è esperto,
in caso contrario i risultati sono spesso incompleti
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5. Analisi “What If”
 Le domande sono collocate in specifiche aree di indagine
legate alle conseguenze che interessano, ad esempio:
sicurezza elettrica, protezione al fuoco, sicurezza personale.
 Ogni area è studiata da un gruppo di 2-3 esperti
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 Non esiste un modello specifico
 Le domande possono riguardare ogni variazione legata
all'impianto non soltanto la rottura di componenti o variazioni
di processo
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“What If”: esempio. Descrizione dell’impianto
 Descrizione: Ragia Splitter
 L’impianto è costituito da:
 una colonna di distillazione “C”:
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 altezza = 21 m
 diametro = 0,92 m
 n.piatti = 34
 un forno “F” funzionante a metano con la funzione di
preriscaldo carica e ribollitore di fondo colonna in celle
separate
 scambiatori di calore
 refrigeranti ad acqua e ad aria (aircooler)
 accumulatori
 pompe di trasferimento e relative tubazioni
 strumentazione di controllo e accessori
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«What If»: esempio. Descrizione del processo
1. L’impianto è alimentato da una carica di kerosene
dearomatizzato
2. La materia prima viene scaricata alle pensiline di carico e
quindi inviata al serbatoio di carica impianto
3. La carica, previo riscaldamento, viene inviata alla colonna di
distillazione “C” dentro la quale viene frazionata in due
prodotti chiamati, taglio di testa e taglio di fondo
4. I prodotti così ottenuti sono poi rispettivamente classificati a
secondo della carica di provenienza come di seguito
specificato
5. Dal frazionamento del kerosene si ottengono i seguenti
prodotti:
 acqua ragia minerale dearomatizzata
 solvente
 gasolio pesante
30
«What If»: esempio. Descrizione del processo
(1)

La lavorazione si svolge in 2 fasi successive alternate nella stessa
colonna di distillazione.
FASE 1
 Carica:
 Pressione colonna:
 Temperatura uscita forno:
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
Prodotti ottenuti:
 Taglio di testa:
 Taglio di fondo:

4,8 t/h dal serbatoio “S”
~ 1,4 Atm
270°C
Ragia minerale dearomatizzata
(150/200°C) 1,9 t/h
Gasolio pesante + solvente
Destinazione prodotti:
 Ragia Minerale dearomatizzata: vendita
 Gasolio pesante + solvente:
rilavorazione a impianto (fase 2)
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«What If»: esempio. Descrizione del processo
(2)
FASE 2 (rilavorazione taglio
 Carica:
 Pressione colonna:
 Temperatura uscita forno:
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

di fondo della prima fase)
4,8 t/h (carica gasolio pesante+solvente)
~ 1,4 Atm
300°C
Prodotti ottenuti:
 Taglio di testa:
 Taglio di fondo:
Solvente 4,2 t/h
Gasolio (230-290°C) 0,6 t/h
Destinazione prodotti:
 Solvente:
 Gasolio:
Vendita
Vendita
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Analisi «What If»: Struttura
1. Ipotesi
2. Effetto
3. Conseguenze
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4. Sicurezze
5. Suggerimenti
33
Esempio di analisi «What If» riferita al
processo
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CHE COSA SUCCEDE
SE
CONSEGUENZE
RIMEDI
NOTE
Si verifica lo
spegnimento del forno
per mancanza di gas
combustibile o guasto
al sistema di controllo
temperatura.
La colonna C non distilla
il prodotto in carica per
mancanza di
vaporizzazione.
Riaccensione del forno o
fermata impianto.
Il prodotto non distillato
viene riciclato dal fondo
colonna e inviato a
stoccaggio tramite le pompe
di fondo colonna.
Il sistema di controllo
pressione in colonna apre
l’integrazione di gas (metano
per evitare il
depressionamento delle
apparecchiature).
Aumenta la
temperatura di testa
colonna per guasto del
controllore di
temperatura TRC.
Aumentano i vapori in
uscita dalla testa
colonna.
Il punto finale di
ebollizione della frazione
di testa sarà più alto di
quanto richiesto dalle
specifiche.
Riportare a valore
prefissato la temperatura di
testa.
Per la condensazione dei
vapori di testa in eccesso si
ha un aumento dei consumi
di acqua di condensazione in
CS e di energia elettrica per il
motoventilatore.
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«What If»: Risorse umane necessarie
LIUC – Università Cattaneo
 Per svolgere l’analisi «What If» è necessario
costituire un team di lavoro costituito da:
 analista di rischio
 processista
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5. «What If»: caratteristiche
 semplice, pratica e generalmente basata
sull’esperienza accumulata dal processista
 non esaustiva
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 difficile una valutazione corretta dei loop di
controllo e delle apparecchiature critiche
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