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Modelling of a supersonic accidental release in Oil&Gas offshore: characterisation of a source box

Carpignano Andrea Corti T. Uggenti A.C. Gerboni R.
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ISSN:
1121-9041
Rivista:
GEAM
Anno:
2017
Numero:
152
Fascicolo:
GEAM N.152/2017

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Modellazione CFD di un rilascio supersonico accidentale in ambito Oil&Gas off- shore: caratterizzazione di una source box. 

Il contesto delle installazioni Oil&Gas offshore è caratterizzato da spazi limitati e congestionati e, anche per questa ragione, l’analisi delle con-seguenze, che gioca un ruolo fondamentale per la definizione delle barriere di sicurezza, propone sfide modellistiche complesse. Durante le prime fasi della progettazione delle piattaforme, così come in molti altri ambiti indu-striali, vengono applicati modelli semi-empirici o modelli monodimensionali, anche grazie alla loro semplicità e rapidità di implementazione; tuttavia, questi modelli non gestiscono bene la geometria degli spazi e la loro scarsa accuratezza spesso porta a sovrastime dei rischi e, quindi, a sprechi di materiale ed economici. Inoltre, le soluzioni per garantire la sicurezza adottate in ambiti industriali convenzionali, come l’aumento delle distanze fra apparecchiature critiche, non sono applicabili in ambito offshore. I modelli CFD (Computational Fluid Dynamics) possono, invece, simulare accurata-mente l’evoluzione degli incidenti e la geometria del contesto, ma richiedono un impegno computa-zionale incompatibile con i tempi delle prime fasi di progetto. Questo lavoro propone una soluzione ibrida che individua un compromesso fra i modelli empirici e CFD, dividendo il fenomeno dei rilasci accidentali in due parti, delle quali la prima è sostituita da una “source box” accuratamente scelta dall’analista, mentre la seconda parte viene modellata in CFD. Ciò consente di ridurre molto l’onere computazionale, pur mantenendo una accuratezza accettabile. Lo scopo di questo lavoro è fornire una descrizione della source box e una sua caratterizzazione attraverso le variabili più importanti nell’evoluzione del fenomeno di rilascio e i relativi range di valori. Viene, inoltre, presentato un caso studio per validare la bontà del modello scelto.

Parole chiave: CFD, rilasci supersonici, dispersione, source box, piattaforme offshore, analisi di rischio.


The Oil&Gas offshore installations context is characterised by limited and congested spaces and, because of this reason, consequences assessment, which plays a fundamental role in the definition of safety barriers, poses complex modelling challenges. During the early stages of the platform design, mono-dimensional or semi-empirical models are mostly used in industrial applications because of their simple and rapid implementation; nonetheless, they do not gather the peculiar geometry of spaces and their lack of accuracy often brings to risk overestimation, hence materials and economical wastes. Besides, the safety solutions adopted in the conventional industrial installations, such as the increase of distances among critical equipment, are not viable in the offshore context. Computational Fluid Dynamics (CFD) models can accurately simulate accidents evolutions but require a computational effort incompatible with the early design phase time schedule. This work proposes a hybrid solution targeted to be a compromise between the empirical and the CFD models, splitting the accident evolution in two parts, of which the first one is replaced by a “source box” suitably chosen while the second one is CFD modelled in order to reduce the computational time while maintaining a good accuracy. The purpose of this work is the description of the source box and its characterization through the main variables involved in the release phenomenon and their value ranges. A case study is also presented to validate the representativeness of the chosen model. 

Keywords: CFD, supersonic releases, dispersion, source box, offshore platforms, risk analysis.

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