Model for ammonia leak dispersion applied in safety engineering

Security in modern society is a concept that acquires more value and relevance every-day. Although safety engineering is a relatively young field it has already developed undeniable importance and every-day increasing amounts of resources and energy are invested to improve the tools available to this discipline. This thesis aims to provide an additional tool as a resource for prevention, through the implementation and validation of a Gaussian model, in order to identify a simplified method for the simulation of pollutant dispersions as a consequence of an accidental release from a small hole. The knowledge of the risk area formed following the release it is in fact a useful tool for securing the surrounding area of the possible incidental scenario. Ammonia was chosen as a substance to be analyzed. The choice fell on this substance due to both, the large volume at stake in the chemical industry and the large quantities transported by wheel. Ammonia is both a toxic and flammable substance and as a consequence of its double danger it can give rise to different incidental scenarios. This feature further endorses the choice of ammonia as the compound under examination. After the implementation, based on theoretical knowledge and logical reasoning, of the aspects considered lacking in the classical Gaussian model in order to allow, the model developed in this thesis, to describe the dispersion of the pollutant in a more representative and realistic way; it has proceeded, with positive result, with the validation of the model implemented in this thesis, through the comparison with two experimental data collection campaigns and an analysis that was conducted with the computational fluid dynamics (CFD) technique. CFD is a tool that is gaining more and more importance in the security world, but has the enormous disadvantage of requiring high computational times and the need for highly trained resources for its use, an element not always present in the industry reality. The CFD was also used for the study of the area inside the flammability limits created following the incidental release.

La sicurezza nella società moderna è un concetto che acquisisce ogni giorno più valore e rilevanza. Nonostante l’ingegneria della sicurezza sia un campo relativamente giovane ha già acquisito un’importanza strategica e ogni giorno sempre più risorse ed energie vengono investite per migliorare gli strumenti a disposizione di questa disciplina. Questa tesi si pone l’obiettivo di fornire un ulteriore strumento come risorsa della prevenzione, attraverso l’implementazione e la convalida di un modello gaussiano, al fine di identificare un metodo semplificato per la simulazione di dispersioni di inquinanti a seguito di un rilascio accidentale da un foro di piccole dimensioni. La conoscenza dell’area di rischio generata a seguito di un rilascio è infatti uno strumento utile per la messa in sicurezza dell’area circostante al possibile scenario incidentale. L’ammoniaca è stata scelta come composto da analizzare. La scelta è ricaduta su questa sostanza per via sia dei grandi volumi in gioco nell’industria chimica sia per le notevoli quantità trasportate su ruota. L’ammoniaca inoltre è una sostanza tossica ed infiammabile e come conseguenza della sua duplice pericolosità può essere causa di differenti scenari incidentali. Questa caratteristica avvalla ulteriormente la scelta dell’ammoniaca come composto sotto esame. Dopo aver implementato, basandosi su conoscenze teoriche e ragionamenti logici, gli aspetti ritenuti carenti del modello gaussiano classico al fine di permettere, al modello sviluppato in questa tesi, di descrivere in modo quanto più rappresentativo e realistico la dispersione dell’inquinante; si è effettuata, con risultato positivo, la convalida del modello implementato, attraverso il confronto con due campagne sperimentali di raccolta dati e un’analisi da noi condotta con la tecnica della fluidodinamica computazionale (CFD). La CFD è uno strumento che acquisisce sempre più rilevanza nel mondo della sicurezza, ma ha l’enorme svantaggio di richiedere tempi computazionali elevati e la necessità di risorse estremamente formate per il suo utilizzo, elemento non sempre presente nella realtà industriale. La CFD è stata inoltre utilizzata per lo studio della zona interna ai limiti di infiammabilità creata a seguito del rilascio incidentale.