Υπολογιστική Ρευστομηχανική και βιομηχανικά ατυχήματα μεγάλης έκτασης

ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ (CFD) ΣΤΗΝ ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ – ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΕ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΑ ΑΤΥΧΗΜΑΤΑ ΜΕΓΑΛΗΣ ΕΚΤΑΣΗΣ (Seveso)

Παπαϊωάννου Αλέξανδρος, Χημικός Μηχανικός M.Sc., Σύμβουλος Βιομηχανικής Ασφάλειας ΕΡΓΟΝΟΜΙΑ ΑΕ
 

Τα τελευταία χρόνια, έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος για να διασφαλιστεί ότι οι βιομηχανίες θεωρούνται ασφαλείς χώροι εργασίας. Ωστόσο, με την αυξανόμενη πολυπλοκότητα των τεχνολογιών και τα νέα προβλήματα που προκύπτουν από τις αναδυόμενες τεχνολογίες, εξακολουθεί να υπάρχει έντονη ανάγκη για μελέτη των βασικών αρχών ασφάλειας και πρόβλεψη πιθανών σεναρίων ατυχημάτων. Αυτό επιτυγχάνεται με τη διεξαγωγή της κατάλληλης μοντελοποίησης (consequence modelling) και της εκτίμησης κινδύνου (risk assessment). Ως αποτέλεσμα της συνεχούς προόδου των εργαλείων Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής (Computational Fluid Dynamics/CFD) και της εκθετικά αυξανόμενης υπολογιστικής ικανότητας, μαζί με την καλύτερη κατανόηση της φυσικής των διεργασιών, οι προσομοιώσεις CFD έχουν εφαρμοστεί ευρέως στην ασφάλεια διεργασιών και στην πρόληψη απωλειών (loss of containment scenarios) με σκοπό την απόκτηση νέων γνώσεων, τη βελτίωση των υφιστάμενων μοντέλων και την αξιολόγηση νέων σεναρίων. Επιπλέον, οι προσομοιώσεις CFD βοηθούν στην μοντελοποίηση εκλύσεων και ατυχημάτων καθώς και στην αξιολόγηση και βελτιστοποίηση της αποτελεσματικότητας διαφόρων μέτρων μετριασμού των επιπτώσεων ενός ατυχήματος (mitigation measures).

Με τον τρόπο αυτό μπορούμε να πάρουμε προληπτικά μέτρα σε περίπτωση που συμβεί κάποιο ατύχημα (μπορεί να χρησιμοποιηθεί π.χ. σε μία μελέτη Seveso για σενάρια ατυχημάτων), αλλά και για να βγουν ζώνες επικινδυνότητας (π.χ. μελέτη ATEX). Δηλαδή μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την πρόληψη αλλά και για την αποφυγή απωλειών σε περίπτωση ατυχήματος.

Ας εξετάσουμε όμως συγκεκριμένα τις περιπτώσεις κινδύνου από Πυρκαγιά, Διασπορά Εύφλεκτου Αερίου και Έκρηξης.

Πυρκαγιά

Οι προσομοιώσεις CFD των πυρκαγιών παρέχουν λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με το πεδίο ροής, τη μεταφορά θερμότητας, τα χαρακτηριστικά της γεωμετρίας της φλόγας και άλλες παραμέτρους που δεν μπορούν να μετρηθούν άμεσα σε πειράματα. Επίσης, προσφέρουν μια σχετικά οικονομική και ασφαλή προσέγγιση για την ποσοτική αξιολόγηση των κινδύνων που συνδέονται με πυρκαγιά, όπως η παραγωγή και η διάδοση καπνού και η θερμική έκθεση.

Διασπορά Εύφλεκτου Αερίου

Στην περίπτωση τυχαίας απελευθέρωσης εύφλεκτου υλικού, για την αξιολόγηση κινδύνου και την αντιμετώπιση εκτάκτων αναγκών είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε το είδος διασποράς και τις κατανομές του αερίου νέφους. Η διασπορά εύφλεκτου αερίου μπορεί συχνά να οδηγήσει σε καταστροφικές συνέπειες. Στο ανοικτό περιβάλλον, οι ατμοί ή τα αέρια του εύφλεκτου υλικού μπορούν να μεταφερθούν από τον άνεμο σε μεγάλες αποστάσεις, διατηρώντας όμως αρκετά υψηλές συγκεντρώσεις ώστε να αποτελούν κίνδυνο τόσο για το περιβάλλον όσο και για την ανθρώπινη υγεία.

Έκρηξη

Οι μελέτες προσομοίωσης CFD σε εκρήξεις επικεντρώνονται κυρίως στη διερεύνηση των μηχανισμών και στην ανάλυση των συνεπειών των σεναρίων έκρηξης, τα οποία μπορεί να είναι εξαιρετικά καταστροφικά για τις εγκαταστάσεις αλλά και για οτιδήποτε βρίσκεται κοντά τους. Οι κύριοι τύποι εκρήξεων περιλαμβάνουν τις εκρήξεις νέφους ατμού (VCE), τις εκρήξεις τύπου BLEVE αλλά και τις εκρήξεις από νέφος σκόνης.
 

Βιβλιογραφία

• Ruiqing Shen et al. (2020) Recent application of Computational Fluid Dynamics (CFD) in process safety and loss prevention: A review. https://doi.org/10.1016/j.jlp.2020.104252
• Joris Plasmans et al. (2012) Challenges with the use of CFD for major accident dispersion modeling.
• Luis G. Zarate et al. (2018) Applications of CFD for Process Safety. DOI:10.5772/intechopen.70563