Uomo avvisato mezzo salvato: Riduzione al minimo degli errori e dei rischi nell'analisi dei processi – Parte 3

31 ago 2020

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Questo articolo è Parte 3 di una serie.

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Nel corso della vita, ognuno di noi impara a fidarsi delle proprie viscere o delle proprie esperienze per evitare situazioni che sembrano pericolose o rischiose. Senti letteralmente i potenziali pericoli con una sensazione di disagio. Chi non ha imparato dolorosamente che toccare un piano cottura caldo non è una buona idea? O chi esce volontariamente durante un tornado?

Mentre gli esseri umani possono fare affidamento sulla loro intuizione e sui modelli appresi per evitare pericoli o utilizzare strategie protettive, questo è molto più complicato con i sistemi o le macchine elettroniche. Tutti i componenti di un sistema devono trovarsi in uno stato permanentemente sicuro. Guasti e malfunzionamenti dei singoli componenti possono avere conseguenze devastanti per i processi produttivi e per la sicurezza degli operatori.

Un esempio di questo è il disastro di Seveso nel 1976, in cui la diossina altamente tossica TCDD è sfuggita a causa di una reazione incontrollata e ha avvelenato in modo sostenibile la flora e la fauna. Per quanto riguarda altri gravi incidenti chimici, nel 2012, è poi entrata in vigore la Direttiva Europea Seveso III per controllare i rischi di incidenti rilevanti per prevenire incidenti rilevanti.

Riconoscere, padroneggiare ed evitare errori

I sistemi di ingegneria di processo che funzionano continuamente contengono innumerevoli componenti che possono usurarsi o guastarsi durante il loro ciclo di vita. Tuttavia, se il circuito di misurazione, controllo o regolazione è interessato, i guasti possono causare danni enormi. In nessun caso l'uomo e l'ambiente devono essere esposti a qualsiasi tipo di pericolo. Per questo motivo è necessario garantire la sicurezza funzionale dei componenti e analizzarne in dettaglio il rischio e il potenziale di pericolo.

La durata dei componenti meccanici può essere valutata osservando l'usura meccanica. Tuttavia, il comportamento all'invecchiamento dei componenti elettronici è difficile da valutare. Un'unità di misura che rende quantificabile la riduzione del rischio e quindi la sicurezza funzionale è il cosiddetto «Livello di integrità della sicurezza» (SIL).

Si segue la seguente procedura:

Analisi del rischio
Realizzazione della riduzione del rischio
Prova che la riduzione del rischio realizzata corrisponde almeno alla riduzione del rischio richiesta

I sistemi di analisi di processo fanno parte dell'intero ciclo di sicurezza di un impianto produttivo e quindi solo un componente il cui rischio di malfunzionamenti e guasti deve essere considerato in una valutazione.

Risk assessment: Un processo è considerato sicuro se il rischio attuale è stato ridotto al di sotto del livello del rischio tollerabile. Se la sicurezza è assicurata da misure tecniche, si parla di sicurezza funzionale.

Significato per i sistemi di analisi di processo

Gli errori possono accadere ovunque e non possono mai essere completamente esclusi. Per ridurre al minimo i possibili errori, è quindi necessario stimare il rischio di accadimento e il danno che ci si può aspettare da esso nell'ambito di un'analisi del rischio. Occorre qui fare una distinzione tra errori sistematici e casuali.

Gli errori sistematici sono potenzialmente evitabili e sono causati, ad esempio, da errori software o carenze di configurazione. Di conseguenza, esistono già durante o prima della messa in servizio.

Al contrario, gli errori casuali sono potenzialmente difficili da evitare perché si verificano arbitrariamente. Tuttavia, il tasso di errore o la probabilità di guasto possono essere determinati statisticamente e sperimentalmente.

Gli errori casuali di solito derivano dall'hardware e si verificano durante il funzionamento. In definitiva, gli errori sistematici dovrebbero essere evitati e gli errori casuali dovrebbero essere controllati per garantire una funzionalità senza problemi.

Configurazione generale dell'analizzatore di processo

I sistemi di analisi di processo sono il collegamento tra l'analisi manuale di laboratorio e il processo industriale. Nelle applicazioni in cui è richiesto il monitoraggio continuo e completamente automatico dei parametri critici, gli analizzatori di processo sono indispensabili. A causa delle diverse condizioni di analisi in laboratorio e direttamente nel processo, ci sono alcune sfide quando si trasferisce la tecnologia di misurazione dal laboratorio al processo. I fattori decisivi sono le condizioni di lavoro e ambientali (ad es. temperature elevate, atmosfere corrosive, umidità, polvere o ambienti potenzialmente esplosivi) che gli analizzatori di processo devono soddisfare per quanto riguarda la progettazione, i materiali di costruzione e l'affidabilità dei componenti. L'analizzatore automaticamente e continuamente trasmette dati di sistema e diagnostici per prevenire il guasto di componenti hardware o software attraverso misure preventive. Questo riduce significativamente la possibilità che si verifichino errori casuali.

Gli analizzatori di processo sono stati sviluppati appositamente per l'uso in ambienti industriali difficili e aggressivi. La custodia con protezione IP66 è divisa in due parti ed è composta da parti umide ed elettroniche separate. La parte elettronica contiene tutti i componenti rilevanti per il controllo e il funzionamento dell'analizzatore di processo. Nella parte umida dell'analizzatore si trovano componenti modulari come burette, valvole, pompe, sistemi di campionamento, recipienti di titolazione ed elettrodi. Campioni rappresentativi possono quindi essere prelevati dal punto di misurazione del processo a diversi metri di distanza. La procedura di analisi, i metodi da utilizzare e i metodi di calcolo sono liberamente programmabili.

Un touchscreen con navigazione intuitiva del menu consente un facile utilizzo, in modo che i processi di produzione possano essere ottimizzati in qualsiasi momento. Il corso della misurazione è rappresentato graficamente e documentato durante l'intera determinazione, in modo che il processo di analisi sia completamente controllato. I risultati della misurazione possono essere generati 24 ore su 24, 7 giorni su 7 e consentono un monitoraggio ravvicinato e completamente automatico del processo. Limiti, allarmi o risultati vengono trasferiti in modo affidabile al sistema di controllo del processo.

Quando si utilizza l'analizzatore, esiste il rischio che gli errori del software possano causare guasti. Per riconoscerlo con lungimiranza, il sistema offre procedure di autodiagnostica non appena viene acceso e anche durante il funzionamento. Ciò include, ad esempio, il controllo di pompe e burette, il controllo di perdite o il controllo della comunicazione tra il controller I/O, l'interfaccia umana e il rispettivo modulo di analisi.

Il componente centrale di un analizzatore di processo è la tecnica di misura in uso. Nel caso di sensori o elettrodi, ci sono diversi requisiti come resistenza chimica, facilità di manutenzione, robustezza o precisione che devono soddisfare. Il rischio relativo alla sicurezza deriva dalla possibilità che i sensori di misurazione si guastino a causa dell'invecchiamento o se si danneggino e forniscano successivamente risultati di misurazione errati.

Il guasto dell'elettrodo, la contaminazione o il danneggiamento devono essere segnalati immediatamente. Con i sistemi di analisi online, l'analisi viene eseguita in una cella di misura esterna. Inoltre, le routine di calibrazione e condizionamento ricorrenti sono predefinite e vengono eseguite automaticamente. Lo stato dell'elettrodo è continuamente monitorato dal sistema.

Tra una misurazione e l'altra, l'elettrodo è immerso in una soluzione di conservazione adatta alla membrana che impedisce l'essiccamento e allo stesso tempo rigenera lo strato di rigonfiamento. L'elettrodo è quindi sempre pronto per l'uso e non deve essere rimosso dal processo per la manutenzione. Ciò consente un controllo di processo affidabile anche in condizioni industriali difficili.

Gli analizzatori di processo devono essere in grado di gestire i campioni per l'analisi in un ampio intervallo di concentrazione (dalla % fino ai livelli di tracce) senza causare problemi di carry-over o di sensibilità incrociata. In molti casi, campioni diversi provenienti da più punti di misurazione vengono determinati in parallelo in un sistema utilizzando diverse tecniche di analisi. La preparazione del campione (ad es. filtraggio, diluizione o digestione chimica umida) deve essere affidabile e agevole quanto il trasferimento completamente automatico dei risultati al sistema di controllo del processo, in modo che sia possibile una risposta rapida.

Potenziali pericoli per l'intero sistema possono essere causati da risultati di misurazione errati. Al fine di ridurre al minimo il rischio, viene utilizzato un rilevatore per notificare al sistema la presenza di campione nel recipiente. Il test del potenziale iniziale dell'analisi o delle curve di titolazione / sviluppo del colore nelle misurazioni fotometriche sono dati diagnostici che vengono continuamente registrati e interpretati. I risultati possono essere verificati mediante analisi di riferimento o la loro plausibilità può essere chiarita utilizzando soluzioni standard e di controllo.

Rileva gli errori prima che si verifichino

Le procedure di valutazione del rischio che vengono eseguite nell'ambito di una classificazione SIL per impianti di ingegneria di processo si basano in definitiva su calcoli matematici. Tuttavia, nel funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7 di un impianto, gli errori casuali non possono mai essere completamente esclusi. Il rischio residuo rimane sempre. Pertanto, l'importanza delle attività di manutenzione preventiva sta crescendo immensamente al fine di evitare guasti hardware e software durante il funzionamento.

Un controllo regolare dell'analizzatore di processo e dei suoi dati diagnostici è il presupposto fondamentale per un funzionamento costante e senza problemi. Con concetti di manutenzione e assistenza personalizzati, l'analizzatore è supportato da tecnici dell'assistenza certificati per l'intero ciclo di vita. Piani di manutenzione regolari, supporto per l'applicazione, calibrazione, o certificati di prestazione, riparazioni, e ricambi originali così come una corretta messa in servizio sono solo alcuni esempi.

Vantaggi

di manutenzione preventiva da Metrohm Process Analytics:

Conservazione del tuo investimento
Rischio di fallimento ridotto al minimo
Risultati di misurazione affidabili
Costi calcolabili
Ricambi originali
Riparazione veloce
Supporto remoto

Inoltre, la comunicazione trasparente tra il sistema di controllo del processo e l'analizzatore è importante anche nel contesto della digitalizzazione. La raccolta dei dati sulle prestazioni dall'analizzatore per valutare lo stato del sistema di controllo è solo una componente. Il monitoraggio continuo dei componenti del sistema rilevanti consente di trarre conclusioni su eventuali lavori di manutenzione necessari, che idealmente dovrebbero essere eseguiti a intervalli regolari. Sorge la domanda su come vengono interpretati i dati raccolti e con quale rapidità è necessario intervenire. I pacchetti di assistenza software aiutano a testare il software secondo le specifiche del produttore, per eseguire il backup dei dati e la manutenzione del software.

Il supporto remoto è particolarmente importante nei momenti in cui non puoi essere sempre sul posto.

In situazioni di emergenza reale in cui è richiesta una rapida analisi degli errori, i produttori possono facilmente supportare l'operatore da remoto utilizzando soluzioni di manutenzione remota. La disponibilità del sistema aumenta, si evitano costosi guasti e tempi di inattività e si garantiscono le prestazioni ottimali dell'analizzatore.

La tua conoscenza "take-aways"

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Metrohm Quality Service a colpo d'occhio

Autore

Dr. Kerstin Dreblow

Product Manager Wet Chemical Process Analyzers
Deutsche Metrohm Prozessanalytik (Germany)

Contatto

2060 Process Analyzer

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Il2060 Process Analyzer è un analizzatore chimico per via umida online adatto a innumerevoli applicazioni. Questo analizzatore di processo prevede un nuovo concetto di modularità che consiste in una piattaforma centrale, chiamata «armadio di base».L'armadio di base è composto da due parti. La parte superiore contiene uno schermo tattile e un PC industriale. La parte inferiore contiene una parte flessibile a umido in cui è alloggiato l'hardware per l'analisi effettiva. Se la capacità di base della parte a umido non è sufficiente a risolvere le sfide delle vostre analisi, è possibile aggiungere all'armadio di base fino a quattro ulteriori armadi con parte a umido per garantire uno spazio sufficiente a risolvere le sfide anche delle applicazioni più impegnative. Gli armadi aggiuntivi possono essere configurati in modo tale da combinare ciascun armadio con parte a umido con un armadio per reagente con rilevamento del livello (non a contatto) integrato, in modo migliorare il tempo di funzionamento dell'analizzatore.Il 2060 Process Analyzer permette di eseguire diverse tecniche chimiche per via umida: titolazione, titolazione Karl Fischer, fotometria, misurazione diretta e metodi di aggiunta standard.Per soddisfare tutti i requisiti del progetto (o tutte le vostre esigenze), sono disponibili sistemi di precondizionamento del campione, a garanzia di una soluzione per analisi robusta. Possiamo offrire qualunque sistema di precondizionamento del campione, ad esempio sistemi di raffreddamento o riscaldamento, degassificazione e riduzione della pressione, filtraggio e tanto altro.

2060 IC Process Analyzer

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Lo strumento 2060 Ion Chromatograph (IC) Process Analyzer di Metrohm Process Analytics si basa sul concetto di piattaforma modulare 2060. Questa architettura modulare permette la separazione degli armadi in diversi luoghi dell'impianto e di collegare fino a 20 flussi di campione per l'analisi sequenziale rapida in più zone dell'impianto.Questo analizzatore non presenta alcuna limitazione in termini di personalizzazione di hardware, software e applicazioni. Dal modulo di produzione continua dell'eluente, ai moduli delle parti a umido per il condizionamento dei campioni fino ai blocchi multipli del rilevatore IC, lo strumento 2060 IC Process Analyzer ha tutte le opzioni per qualsiasi applicazione industriale.Il software 2060 è una soluzione «all-in-one» che controlla l'analizzatore per eseguire analisi di routine, con vari metodi operativi, fogli di presenza e i grafici delle tendenze. Inoltre, grazie alla varietà dei protocolli di comunicazione dei processi (ad es. Modbus o Discrete I/O), il software 2060 può essere programmato in modo da inviare allarmi e un feedback automatico al processo e intraprendere azioni, se necessario (ad es., misurare di nuovo il campione o avviare un ciclo di pulizia). Tutte queste funzioni assicurano una diagnostica completamente automatica del processo industriale, 24 ore su 24, sette giorni su sette.

2026 Titrolyzer

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Il 2026 Titrolyzer esegue titolazioni potenziometriche mediante un sistema a buretta di alta precisione ed elettrodi ad alte prestazioni. Diversi tipi di titolazione includono acido/base, redox e titolazioni di precipitazione. Una tecnica a punto di inflessione con auto-ritrovamento può essere applicata alla maggior parte delle applicazioni. È anche possibile usare l'analizzatore per misurare il pH in situazioni in cui i sensori inline altrimenti fallirebbero.Inoltre il 2026 Titrolyzer è in grado di eseguire il metodo d'aggiunta standard dinamico mediante una buretta a elevata precisione ed elettrodi ionoselettivi ad alte prestazioni (ISE). Questo metodo adatta il volume di aggiunta standard alla concentrazione effettiva del campione mediante un approccio dinamico differenziale. Inoltre tiene conto di valori di pendenza ISE per diversi intervalli. Ciò significa che gli ISE possono essere utilizzati per i loro intervalli di misura finali, bassi o elevati. Una misura della temperatura di accompagnamento elimina eventuali effetti della temperatura sui risultati dell'analisi.Vari mercati sono ideali per il 2026 Titrolyzer come quello chimico, petrolchimico, dei semiconduttori, ambientale, minerario, dell'acciaio/metalli e dell'acqua potabile.Le applicazioni selezionate includono:Soluzioni acide o alcaline; Cloruro; Perossido di idrogeno; Durezza; Cianuro; Rame; Fluoruro di idrogeno; pH; e altro;

2029 Process Photometer

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Il 2029 Process Photometer esegue misure fotometriche sensibili di assorbimento nel campo della luce visibile. I limiti di rilevamento nel campo di pochi ppb lo rendono uno strumento attraente per una varietà di applicazioni.Il cuore dell'analizzatore è costituito da un modulo fotometrico compatto ad alte prestazioni pronto per la misura online 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Comprende una provetta termostatato da 3 cm di cammino ottico e tecnologia LED, la quale assicura misure stabili e accurate indipendentemente dall'ambiente. La stabilizzazione dello sviluppo del colore viene rilevata automaticamente facendo uso di misure di assorbanza differenziali. I metodi del laboratorio fotometrico possono essere facilmente trasferiti al 2029 Process Photometer, eliminando qualsiasi distorsione nei risultati per una migliorata validazione del processo.Vari mercati sono ideali per il 2029 Process Photometer come quello chimico, ambientale, dei semiconduttori, petrolchimico, alimentare e delle bevande, dell'acqua potabile e dell'energia/energia elettrica.Le applicazioni selezionate includono:Fosfati; Silice; Cloro; Nichel; Zinco; Rame; Cromo; Ammoniaca; Nitrato; Nitrito; Durezza; e altro;

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