Προσομοίωση διασποράς τοξικών ρύπων και εκτίμηση επιπτώσεων στο περιβάλλον από πυρκαγιές σε δεξαμενές καυσίμων για την εφαρμογή της οδηγίας Seveso II

Abstract

Η παρούσα εργασία έχει σαν σκοπό την προσομοίωση διασποράς τοξικών ρύπων και εκτίμηση επιπτώσεων στο περιβάλλον από πυρκαγιές σε δεξαμενές καυσίμων. Σχεδόν σε όλες τις χημικές βιομηχανίες και κυρίως στα διυλιστήρια υπάρχει αρκετός αριθμός τέτοιων δεξαμενών, οι οποίες κάτω από ορισμένες συνθήκες μπορούν να προκαλέσουν ατύχημα. Οι αρνητικές επιπτώσεις ενός τέτοιου ατυχήματος συνήθως προέρχονται από την διασπορά των ρύπων και στη συγκεκριμένη περίπτωση εξετάζεται η διασπορά καπνού και SO2 από τα προϊόντα καύσης του καυσίμου της δεξαμενής. Αρχικά γίνεται μια προσπάθεια σύνδεσης των Β.Α.Μ.Ε με την υπολογιστική ρευστοδυναμική (CFD)και στη συνέχεια ακολουθεί περιγραφή των βασικών εννοιών για τα μεγάλα βιομηχανικά ατυχήματα. Έπειτα γίνεται αναφορά σε δύο από τα μεγαλύτερα βιομηχανικά ατυχήματα που έχουν διαδραματίσει ιδιαίτερο λόγο για τη θέσπιση μέτρων για μεγάλα βιομηχανικά ατυχήματα, αυτά είναι του Bhopal και της Pasadena. Ύστερα παρουσιάζεται μια στατιστική μελέτη των Β.Α.Μ.Ε καθώς και οι επιπτώσεις τους μαζί με το νομοθετικό πλαίσιο που ισχύει στην Ελλάδα αυτή τη στιγμή. Παράλληλα αναφέρονται βασικές έννοιες για τη φωτιά, τον καπνό, τα σωματίδια και τα καυσαέρια μαζί με μια στατιστική μελέτη ατυχημάτων φωτιάς σε δεξαμενές αποθήκευσης καυσίμων. Έπειτα παρουσιάζεται το ατύχημα της Jet Oil στο Καλοχώρι Θεσσαλονίκης το 1986 που αποτελεί και το σενάριο ατυχήματος για την προσομοίωσή μας. Επιπρόσθετα δίνεται και μια περιγραφή του ατυχήματος στο Buncefield στη Μεγάλη Βρετανία, όπου έλαβε χώρα κατά τη διάρκεια εκπόνησης της Διπλωματικής εργασίας. Εν συνεχεία παρουσιάζεται η δομή του Ατμοσφαιρικού Οριακού Στρώματος (Α.Ο.Σ) καθώς και τα μοντέλα διασποράς που έχουν αναπτυχθεί κατά καιρούς. Ενώ παράλληλα περιγράφονται οι ατμοσφαιρικές συνθήκες καθώς και οι παραδοχές που θα γίνουν προκειμένου να γίνει η αριθμητική προσομοίωση του προβλήματος. Έπειτα παρουσιάζεται η δομή του φυσικού προβλήματος και πιο συγκεκριμένα η γεωμετρία του μαζί με το μαθηματικό μοντέλο που περιγράφει τις εξισώσεις του προβλήματος καθώς και τις οριακές συνθήκες τους. Ενώ ταυτόχρονα γίνεται μια ιστορική αναδρομή στην τύρβη και στη μοντελοποίησή της. Στη συνέχεια ακολουθεί η αριθμητική μέθοδος επίλυσης με αναφορά στη μέθοδο των πεπερασμένων όγκων ελέγχου (F.V.M), στα σχήματα διακριτοποίησης, στον αλγόριθμο επίλυσης και φυσικά στη μέθοδο σύγκλισης του προβλήματος. Ταυτόχρονα αναπτύσσεται το αριθμητικό μοντέλο με την μεθοδολογία υπολογισμού του ρυθμού καύσης, την επιλογή του κατάλληλου πλέγματος και την ανεξαρτησία του πλέγματος από τη λύση. Έπειτα ακολουθεί η παραμετρική ανάλυση και η συζήτηση των αποτελεσμάτων του προβλήματος προκειμένου να βγουν κρίσιμα συμπεράσματα για τη μελέτη του φαινόμενου. Εν συνεχεία με τα διαγράμματα συγκεντρώσεων της παραμετρικής ανάλυσης γίνεται προσπάθεια εκτίμησης των επιπτώσεων του καπνού και του SO2 κοντά και μακριά από την πηγή. Τέλος παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την παραμετρική ανάλυση και την βιβλιογραφία καθώς και οι προτάσεις για μελλοντικές εργασίες. Ολοκληρώνοντας, το χειρότερο σενάριο που προκύπτει από τα ευρήματα της αριθμητική προσομοίωσης είναι η περίπτωση μικρής σε θερμότητα έκλυσης πηγής με πολύ δυνατό άνεμο διότι η συγκεκριμένη περίπτωση εμφάνισε τις μεγαλύτερες συγκεντρώσεις ρύπων τόσο κοντά όσο και μακριά από την πηγή. Έπειτα είναι σημαντικό να τονιστεί ότι η μελέτη του φαινόμενου είναι σε πολύ αρχικό στάδιο και θα έπρεπε να αφιερωθεί επιπλέον έρευνα για τη μελέτη του. Έτσι προτείνεται μια πιο ολοκληρωμένη προσέγγιση του θέματος με περισσότερα και πιο αξιόπιστα στοιχεία τόσο μετεωρολογικά όσο και σε θέματα καύσης. Ενώ παράλληλα η δοκιμή πιο αξιόπιστων μοντέλων τύρβης όπως το LES ή το VLES θα έδιναν μια καλύτερη προσέγγιση του θέματος.