IL CODICE DI CALCOLO ECART

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1 IL CODICE DI CALCOLO ECART aggiornamenti F. Parozzi ERSE (ENEA Ricerca sul Sistema Elettrico) Milano Associazione Italiana di Ingegneria Antincendio in collaborazione con il Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano, Associazione AIAS XII CONVEGNO NAZIONALE I Sistemi di Gestione della Sicurezza Antincendio nella Fire Safety Engineering Milano, 29 Ottobre Auditorium del Politecnico di Milano Modelli per gli scenari del sistema elettrico italiano 1 Il codice ECART Particle Concentration [g/m3] Concepito per analisi delle conseguenze di incidenti nucleari Impianto-indipendente Fornisce risposta termoidraulica dell impianto e delle strutture Calcola trasporto e abbattimento di aeriformi radiotossici Tiene conto di reazioni chimiche e processi di combustione Sviluppo iniziato da ENEL nel 1989 Finanziamenti da ENEL, EdF, UE, ENEA e Governo Italiano (Ricerca di Sistema) Supporti scientifici anche da Università di Pisa, Politecnici di Milano e Torino Attualmente gestito e sviluppato da ERSE Milano Particle Radius [micron]

2 ERSE SpA E una società totalmente pubblica Dedicata alla ricerca e all innovazione nel settore elettro- energetico Uffici e laboratori a Milano, Piacenza e Bergamo circa 400 tra ricercatori, tecnici, stagisti, ecc. 51% ENEA (Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l energia e lo sviluppo economico sostenibile) 49% GSE (Gestore dei Servizi Elettrici) Gli incendi nel settore elettro-energetico Scoppio del trasformatore e incendio dell olio Cedimenti strutturali con proiezione di missili Incendio di automezzo in tunnel di accesso a caverna

3 Gli incendi nel settore elettro-energetico Incendio nel parco combustibili Incendio nella sottostazione di adduzione del gas Incendio dovuto a perdite di tubazioni Esplosione di nube di polverino di carbone I codici di calcolo Analisi CFD molto onerosa per sistemi complessi e lunghi transitori Necessità di modelli specifici della fenomenologia degli incendi (irraggiamento, risposta termica strutture, propagazione e abbattimento fumi, sprinklers, filtri, ecc.) N1 N2 N3 N4 N5 N 6 FIRE S1 S (854)

4 L approccio matematico di ECART Approccio globale euleriano... con alcuni modelli lagrangiani Descrizione del sistema a parametri concentrati Nodalizzazione mediante volumi di controllo, giunzioni e strutture termiche

5 Modelli termoidraulici Trasporto di acqua, vapore, gas incondensabili, vapori tossici e particolato in volumi well-mixed collegati da giunzioni Soluzione delle equazioni di massa, momento ed energia Regime bifase stratificato: due regioni non in equilibrio in ciascun volume (fase gassosa sopra e acqua sotto) Conduzione del calore attraverso le pareti Proprietà miscela di gas reali sporchi Sorgenti di calore dovute alla combustione Irraggiamento tra fiamme e pareti in presenza di nubi di fumo Modelli termoidraulici

6 Modelli di vapori ed aerosol Descrizione particolato sospeso e depositato a canali discreti crescita e/o rimpiccolimento delle particelle sospese dovuta a collisioni, condensazione/o evaporazione di vapori e igroscopicità abbattimento causato da sprinkler o water mist Particle Concentration [g/m3] Particle Radius [micron] Modelli chimici Equilibrio in fase gassosa, basato sulla minimizzazione dell energia libera di Gibbs a pressione e temperatura costanti Catalogo built-in con oltre 120 specie chimiche, valido fino a 2500 K e 15 MPa (reazioni chimiche all interno di impianti nucleari e installazioni nucleari sperimentali, processi di combustione in incendi e sperimentazione) Cinetica chimica di alcune reazioni specifiche tra vapor d acqua, vapori di sostanze radiotossiche (es. Te, CsOH) e superfici solide (es. acciaio, tungsteno, grafite) basate su misure sperimentali

7 Modelli specifici per analisi degli incendi Pirolisi e pool fire Calore radiativo Sprinkler / water mist Calcolo della visibilità Analisi della formazione di nubi di polvere esplodibili Dispersione di sacche di gas più pesanti o più leggeri dell aria Calcolo della visibilità E correlabile alla concentrazione di particolato sospeso in ciascun volume di controllo Visibilità in presenza di fuliggine (Handook of Fire Protection Engineering) Visibilità cartello (m) Visibilità segnale luminoso (m) Visibilità (m) E-06 1.E-05 1.E-04 1.E-03 Concentrazione fuliggine (kg/m3)

8 Formazione di nubi di polvere esplodibili Correlazione per la verifica dell esplodibilità messa a punto per via teorica e verificata con dati sperimentali Campioni di polvere di carbone raccolti su impianti termoelettrici italiani Misura del LEL mediante sfera di Siwek Dispersione di sacche di gas Dispersione, dovuta a correnti d aria, di gas infiammabili più pesanti o più leggeri dell aria stratificati in cavità Modello predittivo basato su analisi CFD U W W diff L

9 Test virtuali di base [K ] C H 4 C O H 2 Theoretical flam e E C AR T Concentrazioni di CO2, Co e O2 nel Volume Temperatura [K] Vol2 - CO Vol2 - CO2 Vol2 - O Tempo [s] Confronto con test sperimentali HEATER (n. 27) BR01BT BR02MI BR03TP REMOTE ROOM RR07BT RR08MI RR09TP 1.80 RR10BT dimensioni in RR11MI m RR12TP COPR26 (n. 26) BR04BT BR05MI BR06TP BURN ROOM 2.25 OUTSID (n. 25) 1.50 CORRIDO R CO22BT CO23MI CO24TP CO16BT CO17MI CO18TP CO13BT CO14MI CO15TP CO19BT CO20MI CO21TP Vovelle tests (esperimenti su irraggiamento e pirolisi) VTT test (test su incendio reale in ambiente confinato) South-West Research Inst. USA experiment (incendio a piena scala)

10 Confronto con esperimenti sui water mist Test Vinnova (Swedish National Testing and Research Institute) Test Marioff-Italia dei water mist su pool fire) (effetto Tempo di estinzione [s] O 2 [%] CO 2 [%] Temperatura Gas [K] ESPERIMENTO [K] ECART - erogazione water-mist ECART - free burning EXP - free burning EXP - erogazione water-mist ECART Test Vinnova / Temperatura tempo [s] Validazione su test di incendio in galleria Memorial Tunnel (test sperimentale USA a piena scala) N1 N2 N3 N4 N5 N6 FIRE S1 S (854) Confronto temperatura, volumi FD e FU, tra ECART e MTFVTP 600 MTFVTP; 3.96 m 500 MTFVTP; 3.5 m Temperatura [ C] MTFVTP; 3.05 m MTFVTP; 2.44 m MTFVTP; 1.83 m MTFVTP; 1.07 m MTFVTP; m ECART FD ECART FU Tempo [s]

11 Analisi di casi reali Incendio Tunnel Gottardo Incendio Tunnel Monte Bianco Caso di esplosione e incendio in sottostazione elettrica interrata Verifica e dimensionamento di sistemi di sicurezza Analisi linea metropolitana automatica MM Analisi grande magazzino multipiano Analisi tunnel ferroviario

12 Sviluppi ECART in corso Aggiornamento e validazione dei modelli di aerosol per le applicazioni in campo nucleare Fiamme da sodio (pool fire e spray fire) nell ambito delle ricerche sul nucleare di IV Generazione grazie per l attenzione! Il codice ECART è scaricabile gratuitamente dal sito: ERSE - via Rubattino Milano flavio.parozzi@erse-web.it