A seguito di un evento esplosivo occorso in un reparto produttivo di uno stabilimento chimico di processo, TECSA è stata incaricata di valutare analiticamente le conseguenze di due distinte ipotesi incidentali: l’esplosione di una nube di vapori infiammabili di idrocarburo alifatico e l’esplosione delle polveri combustibili accumulate all’interno delle tubazioni di processo, la cui presenza era documentata su linee smontate nello stesso stabilimento. Obiettivo dello studio era quantificare, per ciascuno scenario, l’evoluzione nel tempo e nello spazio delle sovrapressioni attese e confrontarla con le soglie di danno di riferimento (20–50 kPa), a supporto della discriminazione su base fisica delle ipotesi incidentali.
Entrambi gli scenari sono stati valutati con il medesimo codice di calcolo avanzato exploCFD (versione 8, Advanced Analysis, insignito dell’IChemE 2020 Global Process Safety Award), un modello ibrido che definisce per via analitica le condizioni iniziali di sovrapressione all’innesco — mediante la correlazione CSC (Confinement Specific Correlation) per i vapori infiammabili, validata su 1.100 casi simulati con FLACS in geometrie congestionate realistiche, e mediante la correlazione di Nagy (1983) per le polveri — e ne calcola l’evoluzione spazio-temporale con il risolutore CFD open-source SU² sviluppato dalla Stanford University. Per lo scenario vapori, uno studio parametrico su 624 combinazioni di diametro degli ostacoli, Volume Blockage Ratio e altezza della nube ha delimitato le condizioni necessarie a raggiungere le soglie di danno; è stata quindi simulata la nube reale (6 kg di combustibile in concentrazione stechiometrica, 79 m³, mesh con celle da 20×20 cm, durata di 1 s con timestep di 1 ms) con parametri di congestionamento e confinamento coerenti con la reale disposizione del reparto. Per lo scenario polveri è stata considerata una nube con impronta in pianta di 22 m², ricavata dallo sviluppo delle tubazioni, con Kst di 150 bar·m/s determinato dall’analisi di laboratorio dei campioni. Le modellazioni si fondano su riferimenti scientifici peer-reviewed (Li, Abdel-Jawad, Ma, Journal of Loss Prevention in the Process Industries 31, 2014; Abdel-Jawad et al., NAFEMS 2019; Palacios et al., AIAA 2013-0287).
Le analisi hanno dimostrato che lo scenario di esplosione di vapori non è in grado di generare sovrapressioni compatibili con le soglie di danno di riferimento: lo screening con la correlazione CSC ha mostrato che per raggiungere 20 kPa sarebbero necessari 115 kg di combustibile (nube alta 4,9 m estesa all’intero reparto) e per 50 kPa ben 250 kg (nube alta 10,6 m, oltre l’altezza del fabbricato), mentre la simulazione CFD della nube reale ha restituito un picco massimo localizzato di 8,5 kPa, con sovrapressioni non superiori a 1 kPa nel reparto contiguo. L’esplosione delle polveri combustibili raggiunge invece un picco di circa 750 kPa (7,5 bar) a 27 ms, con sovrapressione media a parete superiore a 3 bar, compatibile con danni estesi. L’impiego del medesimo codice di calcolo sofisticato per scenari di natura diversa garantisce coerenza metodologica e confrontabilità dei risultati e permette di studiare nel dettaglio gli effetti fisici potenzialmente connessi con molteplici ipotesi incidentali, secondo la metodologia strutturata di analisi e di reporting adottata da TECSA.
