Studio di getti sotto-espansi e applicazione di meta-modelli a supporto della simulazione CFD di rilasci incidentali in ambito Oil & Gas = Study of under-expanded jets and application of meta-models to support CFD simulation of accidental releases in the Oil & Gas sector.

Le installazioni Oil & Gas offshore sono soggette al rischio dei major accidents per via delle condizioni ostili in cui operano e delle sostanze chimiche infiammabili coinvolte. Molti eventi incidentali hanno quindi il potenziale di arrecare seri danni a persone, ambiente ed asset di produzione. Dopo incidenti disastrosi come quello del pozzo Macondo, noto come Deepwater Horizon, l’opinione pubblica in temi di impatto ambientale è cresciuta notevolmente causando preoccupazione riguardo la sicurezza di tali operazioni. Tra le possibilità per rendere la produzione di idrocarburi in mare aperto sempre più sicura, rientra una più accurata modellazione delle conseguenze durante la redazione dei documenti di valutazione dei rischi. In questa direzione infatti, si stanno compiendo molti sforzi che vedono il prevalere delle tecniche di modellazione numerica. A livello nazionale è forte l’interesse nell’individuare metodologie per la quantificazione del rischio relativo ad eventi incidentali, in quanto, seppur sia in atto una transizione verso la decarbonizzazione del mix energetico italiano, è ancora previsto un contributo sostanziale del gas naturale per soddisfare la domanda di energia. In questo contesto si colloca il presente lavoro di tesi che, grazie alle risorse del laboratorio SEADOG (Safety & Environmental Analysis Division for Oil & Gas) del Politecnico di Torino, si occupa di rilasci incidentali di gas naturale da una tubazione altamente pressurizzata posta su un deck di produzione di una piattaforma offshore. In particolare, il lavoro di tesi si prefigge di testare meta-modelli di ordine ridotto (ROM) per migliorare le attuali metodologie di consequence modelling, in modo da garantire la sicurezza necessaria per prevenire i già citati major accidents e al contempo non sovradimensionare i sistemi di sicurezza in ambienti già intrinsecamente congestionati. Il fenomeno di rilascio è modellato sfruttando il modello SBAM (Source Box Accident Model) sviluppato dai membri del laboratorio SEADOG il quale sfrutta un innovativo approccio CFD che permette di suddividere il fenomeno in due fasi: il rilascio e la dispersione. Le simulazioni CFD effettuate nella tesi riguardano la sola fase di rilascio e sono utili per generare diversi eventi incidentali che fungono da set di addestramento per il meta-modello. L’algoritmo di riduzione del modello CFD appartiene alla categoria P-NIROM ed è in grado di simulare suddetti scenari con un costo computazionale esiguo rispetto alle simulazioni CFD. L’affidabilità del modello ROM è validata simulando, sia con strumenti di fluidodinamica computazionale che con il metamodello stesso, scenari incidentali caratterizzati da combinazioni di parametri diverse da quelle contenute nei training set. Il confronto tra i risultati ottenuti nei due casi, pertanto, permette di giudicare le prestazioni del modello P-NIROM, ovvero le capacità predittive di quest’ultimo. I principali obbiettivi della tesi risiedono nel capire la metodologia di selezione dei set di addestramento, il numero sufficiente di simulazioni CFD utile a definire il modello ROM ed infine nel valutare se l’errore con cui il modello surrogato approssima i risultati sia da ritenersi accettabile o meno.