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Analisi delle conseguenze di un evento incidentale in un deposito di idrocarburi

Il punto di partenza di questo lavoro è la Direttiva Seveso III, che, recepita in Italia con il D. Lgs. 105/2015, permette di classificare ed analizzare gli stabilimenti a rischio di incidente rilevante. Gli effetti di un evento incidentale ricadono sul territorio con una gravità di norma decrescente in relazione alla distanza dal punto di origine o di innesco dell’evento, salvo eventuale presenza di effetti domino. Ai fini di valutare le ricadute dell’incidente sul territorio esterno all’insediamento produttivo, devono essere stimate le estensioni delle aree di rischio.

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La Termotecnica, ottobre 2017

Pubblicato
da Alessia De Giosa




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Tecnica 70 LA TERMOTECNICA OTTOBRE 2017 Sicurezza & Impianti INTRODUZIONE
Il punto di partenza di questo lavoro la Direttiva Seveso III, che,
recepita in Italia con il D. Lgs. 105/2015, permette di classificare ed
analizzare gli stabilimenti a rischio di incidente rilevante. Gli effetti
di un evento incidentale ricadono sul territorio con una gravit di
norma decrescente in relazione alla distanza dal punto di origine o
di innesco dell'evento, salvo eventuale presenza di effetti domino. Ai
fini di valutare le ricadute dell'incidente sul territorio esterno all'inse-
diamento produttivo, devono essere stimate le estensioni delle aree
di rischio. Questo un aspetto cruciale per la corretta pianificazione
territoriale dei complessi industriali. L'articolo stato focalizzato su un
caso studio, relativo ad un deposito di idrocarburi, situato ad Ortona
e soggetto alla Direttiva Seveso. La finalit del lavoro svolto stata
quella di valutare le conseguenze di un pool fire, derivante da rilascio
di benzina, andando a studiare l'andamento dell'irraggiamento e a
caratterizzare geometricamente la fiamma, in funzione della varia-
zione dei parametri meteorologici di interesse (velocit del vento e
umidit relativa dell'aria). Infatti, ai fini dell'analisi di rischio di un
pool fire, non pu essere sottovalutato l'esame della geometria della
fiamma (in particolar modo la sua lunghezza), poich essa potrebbe
interessare elementi degli impianti industriali, contenenti composti pe-
ricolosi (tossici, infiammabili, etc.), generando possibili effetti domino,
che spesso fungono da amplificatori delle conseguenze degli incidenti
nell'industria di processo. Lo studio stato effettuato mediante l'ausilio
del software Effects, sviluppato dal TNO. DESCRIZIONE DELL'IMPIANTO
L'impianto, oggetto dello studio, costituito da due unit separate (De-
posito di Peticcio e Deposito di San Pietro) e dalla banchina ed classi-
ficabile come 'deposito di stoccaggio e movimentazione di idrocarburi
liquidi', poich al suo interno non si svolgono operazioni di processo,
ma solo ricezione da oleodotti, stoccaggio, trasferimenti e carico su
autobotti di idrocarburi liquidi (benzina, gasolio per autotrazione e/o per riscaldamento, gasolio agricolo e per motopescherecci). Le attivit
del complesso industriale possono essere suddivise in: -scarico dalla banchina; -scarico da autobotti; -stoccaggio di idrocarburi liquidi in serbatoi dedicati (tabella 1); -caricamento dei prodotti su autocisterne mediante pensiline di carico a bracci mobili, equipaggiate con sistemi di misura volumetrici; -esercizio di stazioni di pompaggio; -miscelazione in linea di biodiesel. Nel deposito sono inoltre in esercizio le seguenti attivit e i servizi
ausiliari, successivamente riportati: -impianti di recupero vapori; -stazione di arrivo da oleodotti e smistamento dei prodotti; -impianto di trattamento acque; -impianti di additivazione e colorazione; -sale delle pompe di trasferimento; -sistemi antincendio; -sistema di spiazzamento degli oleodotti con azoto; -aria compressa. Il ricevimento di prodotti petroliferi (benzine e gasoli) avviene per mez-
zo di navi cisterna, che attraccano alla banchina e vengono scaricate
mediante l'impiego di 2 bracci di carico da 8', movimentati sia da terra
che da postazione fissa. IL CASO STUDIO: POOL FIRE DERIVANTE
DA RILASCIO DI BENZINA
La scelta dell'evento incidentale (pool fire), di cui sono state analizzate
con il software Effects le possibili conseguenze, stata fatta in base
al livello di pericolosit delle sostanze presenti e al rilascio, che pu
avvenire con maggiore probabilit. Pertanto stata presa in esame
la benzina, che, rispetto al gasolio e al biodiesel, ha una pi bassa di R. Lauri, L. Verna, G. Paiardini Analisi delle conseguenze di un evento
incidentale in un deposito di idrocarburi
La Direttiva Seveso viene applicata a pi di 12000 stabilimenti industriali in Europa. L'articolo focalizzato sulla valutazione delle conseguenze di
un pool fire in un impianto Seveso. Lo studio stato effettuato per mezzo di un software, che ha consentito di considerare che non uniforme l'emis-
sivit superficiale della fiamma, poich essa composta da parti pi emissive (hot-spots) ed altre meno, poich oscurate dal particolato prodotto. ANALYSIS OF ACCIDENT OUTCOMES IN A HYDROCARBONS DEPOT
The Seveso Directive is applied to more than 12000 industrial establishments in the European Union. The paper is focused on pool fire outcomes
assessment in a Seveso plant. The study has been carried out by a software, which has allowed to consider that surface emissive power is not uniform
on the flame surface, because it consists of more emissive parts, the so-called 'hot-spots', and less emissive parts, obscured by the produced soot. Roberto Lauri - Inail, Dipartimento Innovazioni Tecnologiche e Sicurezza degli Impianti, Prodotti e Insediamenti Antropici
Luca Verna - Comando Provinciale Vigili del Fuoco di Pescara
Gabriele Paiardini - Inail UOT Pescara Tecnica LA TERMOTECNICA OTTOBRE 2017 71 Sicurezza & Impianti temperatura di infiammabilit e di ebollizione, mentre i loro campi di
infiammabilit sono comparabili. Successivamente, per considerare
lo scenario pi gravoso, stato considerato il serbatoio di stoccaggio
T 36 (situato nel deposito di San Pietro), avente il massimo volume
(10000 m3), e il rilascio dalla flangia di connessione (sorgente carat-
terizzata dalla pi alta possibilit di accadimento, che dell'ordine di
10-3 eventi/anno) della tubazione di diametro maggiore (DN 150).
Lo studio stato finalizzato a valutare l'andamento e la variazione
dell'irraggiamento (q) e a caratterizzare la geometria della fiamma
(in termini di lunghezza e inclinazione), in funzione della velocit del
vento (v) e dell'umidit relativa (UR). Il software utilizza la seguente
equazione per calcolare q: In cui: -E (kW/m2) indica l'emissivit superficiale della fiamma, che dipende da v per quanto concerne i parametri meteorologici analizzati; - t a (parametro adimensionale) la trasmissivit atmosferica, che indi- ca la frazione di energia trasmessa dall'atmosfera verso il bersaglio
ed influenzata sia dalla distanza che da UR; -F (parametro adimensionale) rappresenta il fattore di vista (view factor), che dipende dalla velocit del vento, dalla geometria della
fiamma e dalla distanza esistente tra elemento radiante e bersaglio
e consente di valutare la quota del flusso termico, che pu investire
un potenziale recettore. Il primo parametro meteorologico (v) stato desunto dall'Atlante eo-
lico dell'Italia, mentre per il secondo (UR) sono stati assunti i valori di
50%, 60% e 70%. Dalla consultazione dell'Atlante stato riscontrato
un valore medio annuale della velocit del vento di 5 m/s alla quota
di 25 m per la localit di Ortona. Pertanto nel caso studio sono stati
considerati i valori di 5, 6 e 7 m/s. Poich il software richiede come
input la velocit del vento riferita a 10 m di altezza, stata effettuata
la conversione applicando la seguente equazione: Dove: -v(z) la velocit del vento (espressa in m/s) alla quota z; -v 10 indica la velocit del vento all'altezza di 10 metri; -p un parametro adimensionale, che dipende dalla tipologia dell'am- biente. In questa circostanza, essendo il territorio a carattere rurale,
stato posto p=0,15. Nella tabella 2 sono riportati i valori calcolati. In tutti i casi esaminati stata assunta, come direzione prevalente, in
cui spira il vento, la sud-ovest. bene precisare che la geometria della
fiamma influenzata solamente dalla velocit del vento, facendo rife-
rimento ai parametri meteorologici analizzati. Mediante Effects stato
applicato un modello a doppio strato (two-layers model) per calcolare
l'emissivit superficiale. Tale modello permette di considerare l'effetto di
schermatura della fiamma, causato dal particolato incombusto (fiamma
fumosa), che tende a ridurre l'energia termica trasmessa. Con questo
approccio metodologico la superficie radiante viene divisa in due parti,
quella inferiore, non schermata, a cui associata la massima emissivit
superficiale (E MAX), e quella superiore, che risente del fenomeno di oscuramento, provocato dal fumo: Dove: - - ' indica la frazione della superficie emettente coperta dal particolato; -E p (kW/m 2 ) rappresenta l'emissivit del particolato. RISULTATI E DISCUSSIONE
Ai fini della caratterizzazione del rilascio e della successiva stima delle TABELLA 1 - Serbatoi
di stoccaggio degli
idrocarburi
(1) (2) (3) Sigla Prodotto Tipo Volume (m3) Diametro (m) Altezza (m) 35 Gasolio Tetto galleggiante 26400 49,36 13,8 36 Benzina Tetto galleggiante 10000 30,48 14,64 37 Benzina Tetto galleggiante 5000 21,34 14,64 38 Gasolio Tetto galleggiante 5000 20,86 14,72 39 Gasolio Tetto galleggiante 5000 20,86 14,72 101 Gasolio Tetto galleggiante 500 9,14 8,36 102 biodiesel Tetto fisso 500 9,14 8,36 103 Benzina Tetto galleggiante 500 9,14 8,36 104 Benzina Tetto galleggiante 2500 15,24 14,79 105 Benzina Tetto galleggiante 2500 15,24 14,79 106 Gasolio Tetto galleggiante 2500 15,24 14,79 107 Gasolio Tetto galleggiante 2500 15,24 14,79 Quota di riferimento (z=25 m) Quota di riferimento (z=10 m) Velocit del
vento (m/s) 5 4,3 6 5,2 7 6,1 TABELLA 2 - Conversione della velocit del vento Tecnica 72 LA TERMOTECNICA OTTOBRE 2017 Sicurezza & Impianti conseguenze del pool fire stata esaminata la flangia, che collega la
tubazione di diametro maggiore al serbatoio T 36. A tal proposito
stata ipotizzata la formazione di un foro di emissione, avente un dia-
metro (D f) pari al 20% di quello della tubazione. Il flusso termico stato valutato all'altezza di 1,7 m rispetto al suolo al fine di considerare la
possibile presenza di persone. Nella seguente tabella 3 si riportano i
valori delle grandezze utilizzate per lo studio del rilascio della benzina.
Con tali parametri stata ricavata, mediante il software Effects, una
portata massica rilasciata pari a 5 kg/s, che genera nel bacino di
contenimento una pozza, avente un volume di circa 8 m3 e un'area di
540 m2 (il diametro della pozza pari a 26,2 m) e la quale, pertanto,
occuper parzialmente la superficie dello stesso. Per quanto concerne
la valutazione degli effetti del pool fire sono state prese dalla letteratura
le soglie riportate in tabella 4. I risultati dello studio condotto, vengono mostrati nelle figure 1, 2 e 3,
illustranti rispettivamente l'andamento della trasmissivit atmosferica
(t a), del fattore di vista (F) e dell'irraggiamento (q) in funzione della distanza dal centro della fiamma e dei parametri meteorologici selezio-
nati. Dall'analisi della figura 3 emerge il fatto che le ripercussioni del
pool fire sono contenute entro 100 m dalla fiamma, poich, per i nove
casi esaminati, a tale distanza il flusso termico compreso tra 1,22
e 1,41 kW/m2. Mentre le curve descrittive dei trend di F e q tendono
a sovrapporsi (ci si verifica alla distanza di circa 50 m), per quelle
relative a t a si registra la permanenza di un sostanziale scostamento (tendono a sovrapporsi solamente le curve relative allo stesso valore di
UR) e il passaggio dell'umidit relativa dal 50% al 70% determina un
decremento della trasmissivit a parit di distanza. Ci dipende dall'in-
cremento della pressione parziale del vapor d'acqua, essendo stata
considerata costante la temperatura dell'aria (T aria=20C). Ne consegue che a partire da circa 50 m dalla sorgente radiante, l'irraggiamento
maggiormente influenzato da t a piuttosto che da F. Facendo riferimento alle soglie di 12,5 kW/m2, 7 kW/m2, 5 kW/m2
e 3 kW/m2 sono stati definiti, attraverso la simulazione effettuata, dei
range (la loro estensione risultata limitata) per le distanze, alle quali
sono riscontrabili i suddetti valori dell'irraggiamento (tabella 5). Il passaggio della velocit del vento da 4,3 m/s a 6,1 m/s determina
un incremento modesto dell'emissivit superficiale (E), poich passa da
49,3 kW/m2 a 51,5 kW/m2 (l'aumento di circa il 4,5%).
In figura 4 vengono infine rappresentate graficamente le zone di im-
patto dell'incendio da pozza, che sono state tarate sui valori di 12,5,
7 e 5 kW/m2, poich sono quelli, a cui si associano le conseguenze
pi gravi. In particolare le aree delimitate dal colore celeste sono rife-
rite alla soglia di 5 kW/m2, quelle dal grigio a 7 kW/m2 e quelle dal
blu a 12,5 kW/m2. Relativamente a questo ultimo valore si nota che Parametri Valori densit della benzina (kg/m3) 750 temperatura di rilascio (C) 19 diametro della tubazione (mm) 150 diametro (D f) del foro (mm) 30 grado di riempimento del serbatoio (%) 90 altezza dal suolo del foro di rilascio (mm) 50 coefficiente di efflusso 0,6 durata del rilascio (s) 1200 TABELLA 3 - Rilascio di benzina da flangia Effetti Valori di soglia (kW/m2) elevata letalit/danneggiamento
di serbatoi metallici 12,5 inizio letalit 7 lesioni irreversibili 5 lesioni reversibili 3 nessuno per persone vestite, anche
per lunghe esposizioni 1,4 TABELLA 4 - Effetti degli incendi FIGURA 1 - Andamento della trasmissivit atmosferica FIGURA 2 - Andamento del fattore di vista Irraggiamento (kW/m2) Range individuato (m) 12,5 45-49 7 57-59 5 64-66 3 75-79 TABELLA 5 - Distanze di impatto del pool fire (benzina) Tecnica LA TERMOTECNICA OTTOBRE 2017 73 Sicurezza & Impianti l'irraggiamento potrebbe minare l'integrit strutturale dell'adiacente
serbatoio T 37 (contenente benzina), generando un potenziale effetto
domino. Di questo fatto, come di altre simili criticit riscontrate, si
tenuto conto durante la fase di scelta e dimensionamento del sistema
antincendio a protezione del deposito.
L'analisi stata completata, studiando anche la variazione della geo-
metria della sorgente radiante in termini di inclinazione (') e lunghezza
(L f). Anche in questa circostanza sono stati individuati i range di 'va- riazione' per i due parametri (tabella 6). CONCLUSIONI
Un incendio da pozza pu essere definito come una fiamma dif-
fusiva turbolenta sopra la superficie di un combustile liquido, che
evapora cos lentamente da avere una quantit di moto iniziale
sostanzialmente nulla.
Una peculiarit di questa tipologia di incendi la presenza di un
feedback tra la fiamma e il combustibile in quanto, in misura pi o meno importante, il trasferimento di calore dalla fiamma alla pozza
influenza (e al limite controlla) la velocit di evaporazione dello
stesso e quindi le dimensioni della fiamma. La variabile principale,
che incide sugli effetti di un pool fire, e quindi sia sulla possibilit
che la fiamma interessi delle unit di impianto limitrofe sia sull'ir-
raggiamento nelle aree circostanti, il diametro della pozza. Infatti
quando esso inferiore al metro la fenomenologia dell'incendio
differente da quella relativa a diametri maggiori, che sono, per,
quelli di interesse per gli incidenti industriali.
Data la complessit del fenomeno, il suo studio deve ricorrere
inevitabilmente a dei sottomodelli. Tra i pi importanti, ai fini della
riduzione del margine di incertezza delle simulazioni, va annovera-
to quello, che consente di valutare la potenza emessa dalla sorgente
radiante. A tal proposito si sottolinea che il software Effects permette
di considerare la fiamma come un emettitore solido (tutta la superfi-
cie della fiamma partecipa alla radiazione), avvicinandosi in modo
pi consistente alla realt rispetto al modello 'puntiforme', che
assume che tutta l'energia venga irraggiata dal centro geometrico
della fiamma. Mediante il software stato inoltre possibile esami-
nare un altro fondamentale aspetto, che riveste grande rilevanza
nell'analisi delle conseguenze di pool fires: la formazione, durante
la combustione, del particolato carbonioso, che pu oscurare estese
aree della fiamma, determinando una riduzione del flusso termico
trasmesso. RINGRAZIAMENTI
Si ringrazia l'ENI per la gentile concessione dei dati. BIBLIOGRAFIA
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1966. FIGURA 3 - Andamento dell'irraggiamento FIGURA 4 - Serbatoio T 36: aree di impatto del pool fire Inclinazione () Lunghezza (m) 49-54 37-41 TABELLA 6 - Geometria della fiamma


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