In the field of engineering disciplines dedicated to industrial safety, the study of explosive phenomena is essential. Although a considerable amount of research focuses on events such as vapor cloud explosions (VCEs) or containment failures associated with industrial reactors, the specificities and safety implications of detonations and the handling of solid explosives present distinct cases that deserve in-depth investigation. The primary objective of this work is to analyze and evaluate the intrinsic safety conditions of facilities intended for the storage of such explosive materials. For this reason, a risk analysis is conducted and applied to a representative case study. The methodology adopted involves identifying potential accident scenarios and the hazards associated with the presence of explosives, together with an estimate of the expected frequencies of occurrence of such events. The subsequent assessment of the consequences is carried out by analyzing the most relevant physical phenomena that follow a detonation event. These phenomena specifically include the overpressures generated by the shock wave, the launch and trajectory of fragments resulting from the rupture of structures, and the atmospheric dispersion of detonation products. The quantitative analysis of these effects is essential to determine the territorial compatibility of storage sites with respect to the surrounding areas, assessing the necessary safety distances, and to quantify the potential impact on any exposed human receptors. Specialized CFD software packages are used to model the overpressure and the dispersion of detonation products, respectively. This enables a detailed simulation of the resulting pressure fields and the spread of released substances. To quantify the risk associated with the launch of fragments, established and validated empirical relationships found in scientific literature are used to predict trajectories and impact probabilities. This study contributes to providing a robust analytical framework for assessing the risk associated with physical explosive storage sites, highlighting the importance of accurately modeling the various post-detonation phenomena to ensure adequate safety and protection of the territory and the exposed population, and to plan for emergency situations.

Nell'ambito delle discipline ingegneristiche dedicate alla sicurezza industriale lo studio dei fenomeni esplosivi riveste un'importanza cruciale. Sebbene una considerevole mole di ricerca si concentri su eventi quali esplosioni di nubi di vapore (VCE) o rotture contenitive associate a reattori industriali, le specificità e le implicazioni di sicurezza legate alle detonazioni e manipolazione di esplosivi fisici presentano casistiche distinte che meritano un'indagine approfondita. Il presente lavoro si prefigge l'obiettivo primario di analizzare e valutare le condizioni di sicurezza intrinseche agli stabilimenti destinati alla conservazione di tali materiali esplosivi. A tal fine, viene condotta un'analisi di rischio, applicata a un caso studio rappresentativo. La metodologia adottata prevede l'identificazione dei potenziali scenari incidentali e dei relativi pericoli associati alla presenza degli esplosivi, unitamente alla stima delle frequenze di accadimento attese per tali eventi. La successiva valutazione delle conseguenze viene condotta analizzando i fenomeni fisici maggiormente rilevanti che conseguono a un evento di detonazione. Questi fenomeni includono specificamente le sovrappressioni generate dall'onda d'urto, il lancio e la traiettoria di frammenti derivanti dalla rottura delle strutture, e la dispersione atmosferica dei prodotti di detonazione. L'analisi quantitativa di questi effetti è fondamentale per determinare la compatibilità territoriale dei siti di deposito rispetto alle aree circostanti, valutando le distanze di sicurezza necessarie, e per quantificare il potenziale impatto su recettori umani eventualmente esposti. Per la modellazione della sovrappressione e della dispersione dei prodotti di detonazione, si ricorre all'utilizzo di software CFD, approccio che consente una simulazione dettagliata dei campi di pressione e delle dispersioni delle sostanze rilasciate. Per la quantificazione del rischio legato al lancio di frammenti, vengono invece impiegate relazioni empiriche consolidate e convalidate, reperite nella letteratura scientifica di riferimento, utili a prevedere traiettorie e probabilità d'impatto. Questo studio contribuisce a fornire un quadro analitico robusto per la valutazione del rischio associato a depositi di esplosivi fisici, evidenziando l'importanza di modellare con accuratezza i diversi fenomeni post-detonazione al fine di garantire una sicurezza adeguata, tutelare il territorio e della popolazione esposta e pianificare le emergenze.

Analisi dei rischi e valutazione delle conseguenze di detonazioni in stabilimenti di gestione di materiali esplosivi: approccio integrato tramite simulazioni CFD

Giovanniello, Cristian
2024/2025

Abstract

In the field of engineering disciplines dedicated to industrial safety, the study of explosive phenomena is essential. Although a considerable amount of research focuses on events such as vapor cloud explosions (VCEs) or containment failures associated with industrial reactors, the specificities and safety implications of detonations and the handling of solid explosives present distinct cases that deserve in-depth investigation. The primary objective of this work is to analyze and evaluate the intrinsic safety conditions of facilities intended for the storage of such explosive materials. For this reason, a risk analysis is conducted and applied to a representative case study. The methodology adopted involves identifying potential accident scenarios and the hazards associated with the presence of explosives, together with an estimate of the expected frequencies of occurrence of such events. The subsequent assessment of the consequences is carried out by analyzing the most relevant physical phenomena that follow a detonation event. These phenomena specifically include the overpressures generated by the shock wave, the launch and trajectory of fragments resulting from the rupture of structures, and the atmospheric dispersion of detonation products. The quantitative analysis of these effects is essential to determine the territorial compatibility of storage sites with respect to the surrounding areas, assessing the necessary safety distances, and to quantify the potential impact on any exposed human receptors. Specialized CFD software packages are used to model the overpressure and the dispersion of detonation products, respectively. This enables a detailed simulation of the resulting pressure fields and the spread of released substances. To quantify the risk associated with the launch of fragments, established and validated empirical relationships found in scientific literature are used to predict trajectories and impact probabilities. This study contributes to providing a robust analytical framework for assessing the risk associated with physical explosive storage sites, highlighting the importance of accurately modeling the various post-detonation phenomena to ensure adequate safety and protection of the territory and the exposed population, and to plan for emergency situations.
DE VECCHI, FRANCESCA
FIORENTINI, LUCA
RESPIGHI, ANDREA
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
22-lug-2025
2024/2025
Nell'ambito delle discipline ingegneristiche dedicate alla sicurezza industriale lo studio dei fenomeni esplosivi riveste un'importanza cruciale. Sebbene una considerevole mole di ricerca si concentri su eventi quali esplosioni di nubi di vapore (VCE) o rotture contenitive associate a reattori industriali, le specificità e le implicazioni di sicurezza legate alle detonazioni e manipolazione di esplosivi fisici presentano casistiche distinte che meritano un'indagine approfondita. Il presente lavoro si prefigge l'obiettivo primario di analizzare e valutare le condizioni di sicurezza intrinseche agli stabilimenti destinati alla conservazione di tali materiali esplosivi. A tal fine, viene condotta un'analisi di rischio, applicata a un caso studio rappresentativo. La metodologia adottata prevede l'identificazione dei potenziali scenari incidentali e dei relativi pericoli associati alla presenza degli esplosivi, unitamente alla stima delle frequenze di accadimento attese per tali eventi. La successiva valutazione delle conseguenze viene condotta analizzando i fenomeni fisici maggiormente rilevanti che conseguono a un evento di detonazione. Questi fenomeni includono specificamente le sovrappressioni generate dall'onda d'urto, il lancio e la traiettoria di frammenti derivanti dalla rottura delle strutture, e la dispersione atmosferica dei prodotti di detonazione. L'analisi quantitativa di questi effetti è fondamentale per determinare la compatibilità territoriale dei siti di deposito rispetto alle aree circostanti, valutando le distanze di sicurezza necessarie, e per quantificare il potenziale impatto su recettori umani eventualmente esposti. Per la modellazione della sovrappressione e della dispersione dei prodotti di detonazione, si ricorre all'utilizzo di software CFD, approccio che consente una simulazione dettagliata dei campi di pressione e delle dispersioni delle sostanze rilasciate. Per la quantificazione del rischio legato al lancio di frammenti, vengono invece impiegate relazioni empiriche consolidate e convalidate, reperite nella letteratura scientifica di riferimento, utili a prevedere traiettorie e probabilità d'impatto. Questo studio contribuisce a fornire un quadro analitico robusto per la valutazione del rischio associato a depositi di esplosivi fisici, evidenziando l'importanza di modellare con accuratezza i diversi fenomeni post-detonazione al fine di garantire una sicurezza adeguata, tutelare il territorio e della popolazione esposta e pianificare le emergenze.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/240913