Industrial Safety for the onshore and offshore industry ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΣΤΗΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ ΜΕΓΑΛΩΝ ΑΤΥΧΗΜΑΤΩΝ Μ.Ν. Χριστόλη, Περιβαλλοντολόγου DEA Ν.Χ. Μαρκάτου, Kαθηγητή ΕΜΠ & τ. Πρύτανη Μονάδα Υπολογιστικής Ρευστομηχανικής Σχολή Χημικών Μηχανικών ΕΜΠ ΙΟΥΝΙΟΣ 2015

ΠΕΔΙΑ ΡΟΗΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΩΝ ΓΥΡΩ ΑΠΟ ΑΠΟΘΗΚΕΣ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ Το πεδίο ροής γύρω από κτίρια σε κατάσταση πυρκαγιάς είναι εξαιρετικά πολύπλοκο. Γενικά η ροή γύρω από κτίρια παρουσιάζει φαινόμενα αποκόλλησης στην οροφή και στους πλάγιους τοίχους. Δημιουργούνται ζώνες κλειστής κυκλοφορίας, κύρια στην οροφή και κατάντι του κτιρίου, όπου είναι δυνατόν να αναπτυχθούν υψηλές συγκεντρώσεις ρύπων. Η προσομοίωση του πεδίου συγκεντρώσεων προαπαιτεί την προσομοίωση του πεδίου ροής, που γίνεται με τη χρήση εξελιγμένων αριθμητικών μοντέλων. Εάν στα φαινόμενα της αεροδυναμικής του κτιρίου προστεθεί και η δυναμική των ανωστικών πλουμίων, που εκλύονται από ανοίγματα οροφής, τότε το πεδίο ροής γίνεται ακόμα πιο πολύπλοκο.

ΠΕΔΙΑ ΡΟΗΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΩΝ ΓΥΡΩ ΑΠΟ ΑΠΟΘΗΚΕΣ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ Στα μοντέλα τύπου GAUSS γίνεται η υπόθεση ότι το πλούμιο πρώτα ανυψώνεται και εν συνεχεία διασπείρεται, ενώ είναι δυνατόν να παρασυρθεί στην ζώνη ανακυκλοφορίας κατάντι του κτιρίου, πριν προλάβει να ανυψωθεί, οπότε λόγω αραίωσης χάνει την ανωστική του ορμή. Ο προσδιορισμός των συνθηκών για τις οποίες το πλούμιο αποκολλάται από το έδαφος, οπότε μειώνονται δραστικά οι συγκεντρώσεις των τοξικών ρύπων στο επίπεδο του εδάφους, αποτελεί κρίσιμο ζήτημα. Εάν το πλούμιο αποκολληθεί, τότε η διασπορά θεωρείται ασφαλής. Για τις περιπτώσεις, που το πλούμιο των ρύπων δεν αποκολλάται από το έδαφος, διερευνάται η δυνατότητα ανάπτυξης κάποιων νομογραφημάτων, με βάση τα οποία να υπολογίζονται οι συγκεντρώσεις χωρίς τη χρήση. αριθμητικών μοντέλων.

ΠΕΔΙΑ ΡΟΗΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΩΝ ΓΥΡΩ ΑΠΟ ΑΠΟΘΗΚΕΣ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ Αδιάστατοι αριθμοί Αδιάστατος αριθμός άνωσης: F/(U3L) F: η ροή ανωστικών δυνάμεων U: η ταχύτητα ανέμου στο ύψος του κτιρίου (m/s) L: το ύψος του κτιρίου (m) Η ροή άνωσης F μπορεί να εκφραστεί και σε όρους έκλυσης θερμότητας, Q (σε MW): F=8.95Q Αδιάστατος αριθμός συγκέντρωσης: K=(CUL2)/Q C: η συγκέντρωση του ρύπου (kg /m3) Q: ο ρυθμός εκπομπής του ρύπου (kg/s)

ΠΕΔΙΑ ΡΟΗΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΩΝ ΓΥΡΩ ΑΠΟ ΑΠΟΘΗΚΕΣ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ

ΠΕΔΙΑ ΡΟΗΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΩΝ ΓΥΡΩ ΑΠΟ ΑΠΟΘΗΚΕΣ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ Το υπολογιστικό πεδίο Το υπολογιστικό πεδίο είναι τρισδιάστατο με διαστάσεις 1000m x 300m x 400m. Το υπολογιστικό πλέγμα αποτελείται από 90.000 κελιά. Χρησιμοποιείται ανομοιόμορφο καρτεσιανό πλέγμα. Το πλέγμα είναι πολύ πυκνό γύρω από το κτίριο, εκεί δηλαδή που οι κλίσεις των μεταβλητών είναι πολύ απότομες. Χρησιμοποιείται το μοντέλο τύρβης RNG k-ε και η επίλυση έγινε με τον κώδικα CFD PHOENICS

ΠΕΔΙΑ ΡΟΗΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΩΝ ΓΥΡΩ ΑΠΟ ΑΠΟΘΗΚΕΣ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ

ΠΕΔΙΑ ΡΟΗΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΩΝ ΓΥΡΩ ΑΠΟ ΑΠΟΘΗΚΕΣ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ

ΠΕΔΙΑ ΡΟΗΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΩΝ ΓΥΡΩ ΑΠΟ ΑΠΟΘΗΚΕΣ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ Είναι φανερή η μείωση των συγκεντρώσεων στο έδαφος, με την αύξηση του αδιάστατου αριθμού άνωσης. Για μη ανωστική ροή (F/U3L=0.0), το πλούμιο βρίσκεται σε επαφή με το έδαφος. Για ανωστική ροή και για F/U3L=0.1, η αδιάστατη συγκέντρωση μειώνεται κατά δύο σχεδόν τάξεις μεγέθους. Για ανωστική ροή και για F/U3L=0.3 οι συγκεντρώσεις στο επίπεδο του εδάφους είναι ελαττωμένες σημαντικά, σε σχέση με την περίπτωση της ουδέτερης ροής και θεωρείται ότι το πλούμιο έχει αποκολληθεί από το έδαφος.

ΠΕΔΙΑ ΡΟΗΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΩΝ ΓΥΡΩ ΑΠΟ ΑΠΟΘΗΚΕΣ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από τα διαγράμματα «συγκέντρωσης-άνωσης», είναι δυνατός ο υπολογισμός της συγκέντρωσης τοξικών ουσιών, που εκλύονται κατά τη διάρκεια πυρκαγιάς. Προϋπόθεση αποτελεί η γνώση διαφόρων παραμέτρων, όπως ο ρυθμός έκλυσης θερμότητας και μάζας, από τα οποία υπολογίζεται ο αδιάστατος αριθμός άνωσης. Οι αποθήκες φυτοπροστατευτικών προϊόντων προσφέρονται για την εφαρμογή της μεθοδολογίας αυτής, λόγω της απλής γεωμετρίας και κατά συνέπεια του περιορισμένου αριθμού περιπτώσεων που πρέπει να μελετηθούν.

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ ΤΟΞΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ ΑΠΟ ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ Χ. Αργυρόπουλος, Μ. Χριστόλης, Z. Νιβολιανίτου*, Ν.Χ. Μαρκάτος Μονάδα Υπολογιστικής Ρευστομηχανικής, Σχολή Χημικών Μηχανικών, Ε.Μ.Π. * Εργαστήριο Αξιοπιστίας Συστημάτων και Βιομηχανικής Ασφάλειας, Ινστιτούτο Πυρηνικής Τεχνολογίας & Ακτινοπροστασίας, Εθνικό Κέντρο Έρευνας Φυσικών Επιστημών “ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ”.

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ ΤΟΞΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ ΑΠΟ ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ Το Φυσικό Πρόβλημα Γεωμετρία δεξαμενής: Διάμετρος 85 m Ύψος 20 m Φράγματα (Bunds) Ύψος 4 m Πλάτος 0.5 m Γεωμετρία υπολ. πεδίου Μήκος 30000 m Ύψος 2500 m Πλάτος 2200 m

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ ΤΟΞΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ ΑΠΟ ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ Μαθηματικό Μοντέλο Μοντελοποίηση της τύρβης: RΝG k~ε model με πρόβλεψη της συνεισφοράς των ανωστικών δυνάμεων. Οριακές συνθήκες και παραδοχές Η φωτιά στην επιφάνεια της δεξαμενής χαρακτηρίζεται ως φωτιά λίμνης (pool fire). Το ποσοστό θερμικής ακτινοβολίας λαμβάνεται ως 30% της συνολικής εκλυόμενης θερμότητας από την πηγή. Καύσιμα δεξαμενής: αργό και ντήζελ.

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ ΤΟΞΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ ΑΠΟ ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ Πλέγμα και αριθμητική μέθοδος επίλυσης Επιλέχτηκε πλέγμα 66x156x248 (2,553,408) κελιών

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ ΤΟΞΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ ΑΠΟ ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ Αποτελέσματα Υπολογισμών Σενάρια Καύσιμο HRR (MW/m2) Άνεμος (m/s) Πλούμιο (m) (1) Crude oil 1 8 1746 (2) 11 1335 (3) Diesel oil 1.3 1781 (4) 1417

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ ΤΟΞΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ ΑΠΟ ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ Συγκεντρώσεις σωματιδίων και SO2 κοντά στο επίπεδο του εδάφους

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ ΤΟΞΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ ΑΠΟ ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ Συγκεντρώσεις καπνού σε συνάρτηση με το ύψος σε απόσταση 5 Km από τον άξονα ροής

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ ΤΟΞΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ ΑΠΟ ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ ΤΟΞΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ ΑΠΟ ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ Συμπεράσματα Δεν παρατηρείται υπέρβαση του ορίου IDLH των τοξικών ρύπων (καπνός, CO, SO2). Ωστόσο οι συγκεντρώσεις σε μια ζώνη 1000 m παρουσιάζουν υψηλές συγκεντρώσεις και θα πρέπει να ληφθεί ειδική μέριμνα για την προστασία των δυνάμεων καταστολής και των γειτονικών περιοχών. Οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις παρατηρούνται σε μια ζώνη της τάξης των 1000 m γύρω από την δεξαμενή και οφείλονται κυρίως στη μάζα των ρύπων που παρασύρονται από την εξωτερική πλευρά του πλουμίου, πριν αυτές ανυψωθούν. Επισημαίνεται ότι η συγκεκριμένη διαπίστωση δεν γίνεται με μοντέλα Gauss.