Influence of obstacles on high-pressure jets

High-pressure gaseous methane release is a relevant safety-related problem mainly in the Oil and Gas industry. As well documented, the reason for these safety concerns is connected with the severe consequences of the domino effect subsequent to the possible ignition. In risk assessment activities, estimation of the damage area is of primary importance in order to draw up proper safety guidelines. To do this, loss prevention specialists use quick and well-established numerical tools (i.e., integral models) in their daily activities. However, the presence of an obstacle in the flow field of the jet is a more probable situation to deal with. It is known that integral models fail in this kind of scenario, leading to unreliable predictions. The present thesis work alternatively investigates how different single obstacles (i.e., flat surface, spherical obstacle, cylindrical obstacle, pipe rack) influence the cloud size of a horizontal high-pressure methane jet. Innovative procedures are proposed allowing to quickly predict by hand calculations the cloud extent. These procedures are derived from an extensive computational fluid dynamics analysis performed with Ansys Fluent.

Il rilascio di metano gassoso ad alta pressione è uno scenario rilevante dal punto di vista della sicurezza principalmente nell'industria petrolifera. Come ben documentato, la ragione di queste preoccupazioni per la sicurezza è collegata alle gravi conseguenze dell'effetto domino a seguito del possibile innesco. Nelle attività di analisi del rischio, la stima dell'area di danno è di primaria importanza al fine di redigere adeguate linee guida di sicurezza. Per fare ciò, nelle loro attività quotidiane gli specialisti dell’analisi di rischio utilizzano strumenti numerici rapidi e consolidati (modelli integrali). Tuttavia, la presenza di un ostacolo che può interagire con il getto è una situazione più verosimile da dover affrontare. È noto che i modelli integrali falliscono in questo tipo di scenario, portando a previsioni inaffidabili. Il presente lavoro di tesi indaga alternativamente come diversi ostacoli singoli (ad esempio, superficie piana, ostacolo sferico, ostacolo cilindrico, pipe rack) influenzano la dimensione di un getto di metano ad alta pressione orizzontale. Vengono proposte procedure innovative che consentono rapidamente di prevedere con calcoli manuali l'estensione del getto. Queste procedure sono state derivate da un'ampia analisi CFD eseguita con Ansys Fluent.