Sensori fire&gas su una piattaforma oil&gas: dall'analisi di rischio alla simulazione fluidodinamica = Fire&gas sensors on an oil&gas platform: from risk analysis to fluid dynamics simulation

ABSTRACT Il settore oil&gas è di particolare interesse in tema di valutazione del rischio, in quanto presenta particolari criticità per la sicurezza sia dei lavoratori sia dell’ambiente. Il rilascio di idrocarburi è una delle maggiori sorgenti di rischio sulle piattaforme offshore, pertanto un aspetto di fondamentale importanza, sin dalla fase di design dell’impianto, è quello di predisporre un sistema di monitoraggio fire&gas affidabile. La sua funzione principale è quella di rilevare efficacemente l'accumulo di gas pericolosi, prima che questo raggiunga una specifica concentrazione e dimensione, e di avviare adeguate procedure di emergenza per prevenire incidenti catastrofici legati alla presenza di gas. Anche se attualmente le tecnologie di rilevamento utilizzate nell’industria di processo sono efficaci, le effettive prestazioni operative dei sistemi di rivelazione di gas non soddisfano ancora i requisiti previsti, l’HSE riporta che meno del 50% dei rilasci effettivi negli impianti offshore vengono rilevate con successo dal sistema di sensori. L’attività di ricerca svolta in questa tesi ha lo scopo di elaborare un metodo per realizzare un modello ottimizzato della rete di sensori fire&gas su una piattaforma oil&gas, al fine di migliorare il controllo del rischio mediante il monitoraggio sugli impianti di sostanze chimiche disperse accidentalmente. Sia per ovvie ragioni di budget che per l’indisponibilità di spazio sulla piattaforma non è possibile sovradimensionare il numero di sensori in campo, dunque risulta necessario trovare un ottimo tra il numero di sensori e il rispetto dei requisiti minimi di sicurezza. Il lavoro si compone di tre diverse fasi, nella prima parte dello studio è stata svolta una analisi di tipo probabilistico per creare un set di scenari incidentali completo ed esaustivo, in cui si tiene conto di tutte le variabili stocastiche che entrano in gioco quando si verifica un rilascio accidentale di gas pericoloso, ad esempio la posizione della rottura, le condizioni di processo, la composizione del gas, la geometria circostante e le condizioni meteorologiche, tutti fattori che influenzano le prestazioni del sistema di rilevamento. Il passo successivo è stato quello di condurre le simulazioni di dispersione di inquinante sulla piattaforma, al fine di valutare per ciascuno scenario il volume di inquinante rilasciato e le zone interessate dal rilascio per identificare le potenziali posizioni in cui installare i sensori. Sono stati sfruttati i modelli della fluidodinamica computazionale, in quanto questi permettono di trattare geometrie complesse, come nel caso in esame, e forniscono risultati maggiormente realistici rispetto ai più convenzionali modelli parametrici. È stato utilizzato un approccio multi-step, il quale prevede la separazione della fase di rilascio da quella di dispersione, ciò permette di ridurre il costo computazionale delle simulazioni e di ottenere un maggiore grado di dettaglio nella trattazione del fenomeno fisico. Infine è stato proposto un modello per la realizzazione della rete ottimizzata di sensori. Il progetto è stato sviluppato presso il laboratorio SEADOG (Safety and Environmental Analysis Division for Oil&gas) del Politecnico di Torino, finanziato dal Ministero dello Sviluppo Economico.