Modellazione CFD di rilasci incidentali di gas infiammabili e tossici in piattaforme Oil&Gas = CFD modeling of accidental flammable and toxic gases release in Oil&Gas environment

La sicurezza industriale rappresenta un tema cruciale del dibattito sociale moderno. La attenzione nei confronti di temi quali l’impatto ambientale e sociale delle opere industriali è costantemente in crescita da parte di tutta la popolazione, e di conseguenza lo sviluppo tecnologico è oggigiorno più indirizzato a soddisfare requisiti di sicurezza molto più stringenti rispetto al passato, e che garantiscano con alte probabilità la salvaguardia di territorio e persone in caso di eventi incidentali. In particolare, il contesto off-shore è intrinsecamente pericoloso in quanto si ha a che fare con sostanze pericolose (tossiche e/o infiammabili…) e le conseguenze di un incidente in tale situazione possono essere devastanti come dimostrano i vari disastri petroliferi verificatisi in passato. Per tutti questi motivi gli aspetti di prevenzione e mitigazione degli incidenti e sicurezza in generale in tale ambiente richiedono un’attenzione particolare. Il presente lavoro si cala in un contesto di analisi di rischio delle piattaforme off-shore, in particolare quelle di produzione di Gas Naturale. Il caso che verrà analizzato sarà quello di un rilascio incidentale di metano da una tubazione in pressione in un piano di una piattaforma. L’evento incidentale in questione è stato studiato tramite analisi numerica, ovvero è stato simulato sfruttando come strumento la fluidodinamica computazionale. Gli approcci possibili per affrontare tale problema sono diversi, tra i quali figura l’analisi CFD che sarà quella scelta in questo caso. In particolare, gli approcci CFD che verranno considerati qui sono due: approccio “one step”, approccio “two steps”. Nel primo viene sviluppata una simulazione che modellizza tutto il fenomeno fisico a partire dal rilascio; nel secondo l’intero evento viene diviso in due parti, la fase iniziale del rilascio chiamata appunto “rilascio” e una fase successiva chiamata “dispersione”. In quest’ultimo caso il rilascio viene simulato in un dominio ridotto chiamato “source box”, e i risultati estrapolati dalle facce di output di quest’ultima vengono usati come input della seconda fase, ovvero la dispersione nella piattaforma. In questo lavoro ci si è posti l’obiettivo di trovare un modo per effettuare un “accoppiamento” delle due fasi di un approccio two steps, cercando di rendere i risultati estrapolati dalla source box adatti ad essere usati come input per la seconda fase. Si è inoltre studiato, tramite un’analisi di sensitività, l’effetto che può avere sulla soluzione la scelta del livello di dettaglio con il quale dare i risultati della prima fase a quella successiva. È stato affrontato inoltre l’approccio one step cercando di implementare una simulazione che fosse comprensiva dell’intero evento di rilascio. In tale simulazione sono stati tenuti invariati tutti i parametri di base quali geometria, condizioni al contorno e tutti i parametri funzionali, rispetto alla simulazione two steps effettuata in precedenza in modo tale da poter fare un confronto diretto tra i due approcci. Il confronto è stato effettuato sia sui risultati che su altri aspetti quali costo computazionale e tempi di implementazione e calcolo. Il lavoro si cala nel contesto di un progetto finanziato dal Ministero dello Sviluppo Economico, ed è stato realizzato presso il laboratorio SEADOG del Politecnico di Torino.