Intervento dell'Operatore nella Sicurezza Funzionale: Equilibrio tra Azione Umana e Integrità del Sistema

Nei moderni impianti di processo, l’interazione tra operatori umani e sistemi di controllo automatici definisce il quadro della sicurezza. Mentre sistemi digitali come PLC e DCS gestiscono compiti di routine, gli operatori umani forniscono la flessibilità necessaria per decisioni complesse. Tuttavia, integrare l’azione umana nella sicurezza funzionale richiede una comprensione rigorosa di quando un operatore rappresenta un fattore di rischio o una barriera protettiva.

Definire il Ruolo degli Operatori nella Gestione del Rischio

I professionisti del settore spesso usano i termini "azione" e "intervento" in modo intercambiabile, ma essi rappresentano concetti distinti nell’analisi della sicurezza. Un’azione dell’operatore è tipicamente un passo proattivo all’interno di una procedura. Al contrario, un intervento dell’operatore è una misura reattiva presa per mitigare un pericolo in via di sviluppo.

Distinguerne i ruoli è essenziale per l’Analisi degli Strati di Protezione (LOPA) e per determinare il Livello di Integrità della Sicurezza (SIL) richiesto per una Funzione Strumentata di Sicurezza (SIF). Classificare erroneamente questi ruoli porta a calcoli imprecisi del fattore di riduzione del rischio (RRF), potenzialmente lasciando un impianto sotto-protetto.

Quando l’Errore Umano Agisce come Evento Iniziale

Secondo la norma IEC 61511, un Evento Iniziale (IE) è qualsiasi guasto che spinge un processo verso uno stato pericoloso. Quando un operatore commette un errore, come aprire la valvola manuale sbagliata o non seguire la sequenza di avvio, diventa la fonte della richiesta.

Nelle valutazioni quantitative del rischio, assegniamo una Frequenza dell’Evento Iniziale (IEF) a questi errori. Basandoci su dati industriali di CCPS ed Exida, una frequenza tipica per un errore umano significativo è 0,1 all’anno. Ciò significa che gli ingegneri della sicurezza si aspettano una richiesta indotta dall’uomo sul sistema di sicurezza una volta ogni dieci anni. Poiché questa azione causa il pericolo, non può essere considerata come uno strato di protezione nello stesso scenario.

Criteri per Strati di Protezione Indipendenti Manuali

Gli operatori possono essere considerati uno Strato di Protezione Indipendente (IPL) se riescono a interrompere con successo una sequenza pericolosa. Tuttavia, devono essere soddisfatti criteri rigorosi per ottenere questo riconoscimento. L’intervento deve essere indipendente, cioè la persona che risponde non può essere la stessa che ha causato l’errore.

Inoltre, l’operatore deve disporre di un Tempo di Sicurezza di Processo (PST) sufficiente. Se un reattore raggiunge uno stato critico in 30 secondi, ma un operatore impiega cinque minuti per raggiungere una valvola manuale, l’elemento umano non fornisce alcuna riduzione del rischio. Le norme generalmente suggeriscono che l’intervento dell’operatore conti come IPL valido solo se il PST disponibile è almeno di 15-20 minuti, permettendo il riconoscimento dell’allarme e lo spostamento fisico.

Integrare le Azioni Manuali nel Circuito della SIF

In alcune architetture di automazione industriale, una Funzione Strumentata di Sicurezza (SIF) include un componente di attivazione manuale, come un interruttore "Mano-Off-Auto" o un pulsante di Arresto di Emergenza (ESD). Secondo IEC 61511-2, se è necessaria un’azione manuale per attivare una SIF, l’operatore diventa parte integrante del circuito di sicurezza.

In questo contesto, il pulsante, il cablaggio, il risolutore logico e la formazione dell’operatore devono essere tutti convalidati insieme. L’affidabilità della SIF dipende quindi dall’Analisi dell’Affidabilità Umana (HRA). Se l’operatore non preme il pulsante, l’intera SIF fallisce. Di conseguenza, le SIF manuali raramente ricevono una classificazione superiore a SIL 1 a causa della variabilità intrinseca della prestazione umana sotto stress.

Calcolare il SIL Obiettivo Usando i Dati dell’Operatore

Nei calcoli LOPA, determiniamo il PFD (Probabilità di Guasto su Richiesta) obiettivo per una SIF valutando l’IEF e gli IPL esistenti. Consideriamo uno scenario in cui un sovrariempimento di un serbatoio porta a una perdita tossica. Se l’IEF per errore umano è 0,1/anno e la frequenza tollerabile dell’evento (TEF) è 0,001/anno, il sistema richiede un fattore totale di riduzione del rischio pari a 100.

Se un allarme di alto livello fornisce un IPL con un PFD di 0,1, la protezione rimanente deve essere gestita da una SIF automatica. Il calcolo ($10^{-3} / (0.1 \times 0.1) = 0.1$) indica che è necessaria una SIF SIL 1 per colmare il divario di sicurezza. Questo approccio matematico garantisce che i limiti umani siano considerati oggettivamente nella progettazione dell’impianto.

Migliorare l’Affidabilità Umana Attraverso un Migliore Progetto dell’Interfaccia

Per massimizzare l’efficacia dell’intervento dell’operatore, l’ergonomia della sala controllo deve essere prioritaria. Un design performante dell’Interfaccia Uomo-Macchina (HMI) riduce il carico cognitivo e previene la "fatica da allarme". Quando un DCS presenta troppi allarmi a bassa priorità, gli operatori possono perdere il segnale critico necessario per evitare una catastrofe.

Osservazione dell’autore: dalla mia esperienza, i sistemi di sicurezza più robusti non cercano di sostituire l’operatore, ma di supportarlo. Mentre l’automazione eccelle in velocità e costanza, manca della "consapevolezza situazionale" di un operatore esperto. Pertanto, l’obiettivo della sicurezza funzionale dovrebbe essere automatizzare le risposte ad alta velocità fornendo agli operatori dati chiari e utilizzabili per tendenze che si sviluppano più lentamente.