Affinamento di un modello CFD per rilasci incidentali di gas e relativa validazione sperimentale in galleria del vento = Refinement of a CFD model for accidental gas releases and experimental validation in the SEASTAR wind tunnel

L’importanza della sicurezza industriale è un tema che suscita notevole interesse nell’opinione pubblica, la cui percezione del rischio è stata inasprita dall’indelebile traccia di devastanti incidenti avvenuti in passato. La sensibilità per i temi di sicurezza e prevenzione è tanto più accentuata nel settore degli idrocarburi che, nonostante l’incalzare della transizione energetica, continua a ricoprire un ruolo fondamentale nel soddisfacimento del fabbisogno energetico mondiale, anche in vista dell’implementazione di soluzioni volte a ridurre o azzerare le emissioni derivanti dall’esplorazione e produzione di tali fonti. D’altra parte, lo sviluppo tecnologico mette oggi a disposizione strumenti che consentono di affrontare importanti sfide in tema di sicurezza, con un’attenzione particolare alla prevenzione e mitigazione degli incidenti. Il presente lavoro di tesi si inserisce in tale ambito, focalizzando l’attenzione sull’analisi di rischio delle piattaforme offshore Oil&Gas. Il progetto, finanziato dal Ministero dello Sviluppo Economico (MISE), ha già coinvolto numerose attività di ricerca realizzate presso il laboratorio SEADOG del Politecnico di Torino. Più nel dettaglio, lo studio è incentrato sulla simulazione di un rilascio incidentale di gas naturale causato da una rottura di una tubazione su un “deck” di una piattaforma, sul modello delle strutture normalmente rinvenibili nel mar Adriatico. Lo strumento utilizzato per simulare i diversi eventi incidentali è l’analisi CFD mediante un approccio innovativo, denominato SBAM (“Source Box Accident Model”), in cui il fenomeno viene separato nelle distinte fasi di rilascio e dispersione e modellato utilizzando metodi differenti, in base alle caratteristiche dello sviluppo di ciascuna fase. Un primo obiettivo che questo lavoro si è posto è stato quello di comprendere quale sia il modello di turbolenza più adatto per simulare la dispersione della nube di gas in piattaforma. Si è quindi condotto uno studio volto al confronto dei risultati ottenuti con i diversi modelli (k-ω e k- ε, nelle loro varianti), per un’unica posizione di rilascio. La scelta finale è ricaduta sul modello k-ω Standard. Inoltre, poiché la dispersione della nube risente notevolmente delle condizioni di moto, una descrizione accurata del fenomeno non può prescindere da uno studio del campo di velocità. È stato quindi necessario comprendere a quale distanza dalla zona d’interesse imporre la condizione al contorno di vento uniforme, in modo che questa non influenzi la soluzione finale: una distanza di 15 m è apparsa sufficientemente conservativa. Completate queste attività modellistiche preliminari, il lavoro si è poi concentrato sull’obiettivo principale, ossia la ricerca di un riscontro tra i risultati ottenuti dalla simulazione fluidodinamica dei casi più rappresentativi e i dati sperimentali ottenuti dalle prove di rilascio svolte nella galleria del vento SEASTAR-WT, realizzata presso l’Environment Park di Torino. Il fine ultimo è proprio quello di avviare un processo di validazione del metodo SBAM utilizzando un modello in scala della piattaforma (“Mock-Up”), con il quale riprodurre, attraverso l’ausilio di un’accurata procedura di scaling, condizioni di similitudine fluidodinamica con il caso reale. I risultati ottenuti hanno consentito di evidenziare, per gran parte dei casi studio analizzati, una buona coerenza negli andamenti delle concentrazioni ricavate dalle rilevazioni sperimentali e dalle simulazioni CFD.