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Università degli Studi di Pisa
Facoltà di Ingegneria
Dipartimento di Ingegneria Chimica, Chimica Industriale e Scienza dei Materiali
(DICCISM)
Corso di laurea Specialistica in Ingegneria Chimica
Tesi di Laurea
Analisi di Vulnerabilità di Terminali LNG da Azioni di
Sabotaggio
Relatori:
Candidato:
Prof. Ing. Severino Zanelli
Alessandro Boccaccini
Prof. Ing. Cristiano Nicolella
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INDICE
0. INTRODUZIONE ... 6
0.1. Il processo di rigassificazione ...10
0.2. Principali tipologie di rigassificatori ...11
1. SCOPO DEL LAVORO DI TESI ...14
2. DESCRIZIONE DELLA METODOLOGIA ...16
2.1. Identificazione delle modalità di attacco ...16
2.1.1. Caratterizzazione delle modalità di attacco ...17
2.1.1.1. Deliberate Misoperation ...19
2.1.1.2. Interference using simple aids ...19
2.1.1.3. Interference using major aids ...20
2.1.1.4. Arson using simple means ...21
2.1.1.5. Arson using incendiary devices ...21
2.1.1.6. Shooting (1) ...22
2.1.1.7. Shooting (2) ...22
2.1.1.8. Explosives ...23
2.1.1.9. Vehicle/Ship Accident ...23
2.1.1.10. Plane Accidents ...24
2.2. Individuazione dei bersagli critici ...25
2.2.1. Schema logico per l’individuazione delle apparecchiature critiche ...25
2.2.2. Scenari di riferimento per la valutazione della criticità delle apparecchiature ...26
2.2.3. Matrice di pericolosità ...27
2.3. Vulnerabilità dei bersagli critici ...28
2.3.1. Analisi della vulnerabilità da irraggiamento ...29
2.3.2. Analisi della vulnerabilità da sovrapressione ...31
2.3.3. Analisi della vulnerabilità da parte dell’urto di proiettili o frammenti ...32
2.3.4. Analisi della vulnerabilità da parte dell’urto veicoli ...33
2.4. Caratterizzazione degli scenari incidentali ...34
2.4.1. Scenari incidentali per sostanze infiammabili ...34
2.4.2. Alberi degli eventi modificati usati nell’analisi ...35
3. DEFINIZIONE DEI “CASI STUDIO” ...44
3.1. Caso studio 1 On-Shore Regasification Terminal ...44
3.1.1. Capacità di Stoccaggio ...44
3.1.2. Capacità di Pompaggio ...44
3.1.3. Capacità di Vaporizzazione ...44
3.1.4. Descrizione del Processo terminale On-Shore ...45
3.1.5. Ricezione ...46
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3.1.7. Rigassificazione ...49
3.1.8. Recupero Boil-Off Gas (BOG) ...50
3.1.9. Correzione Gas Finale ...51
3.1.10. Pontile ...51
3.2. Caso studio 2 Off-Shore Gravity Based Structure ...53
3.2.1. Capacità del terminale ...53
3.2.2. Capacità di Stoccaggio ...53
3.2.3. Capacità di pompaggio ...54
3.2.4. Capacità di vaporizzazione ...54
3.2.5. Descrizione del processo Off-Shore Gravity Based Structure ...55
3.2.6. Ricezione ...56
3.2.7. Stoccaggio ...56
3.2.8. Rigassificazione ...56
3.2.9. Recupero BOG ...58
3.2.10. Correzione Gas finale ...58
3.3. Caso studio 3 Off-Shore Floating Regasification Storage Unit ...59
3.3.1. Capacità del terminale ...59
3.3.2. Capacità di Stoccaggio ...59
3.3.3. Capacità di pompaggio ...60
3.3.4. Capacità di vaporizzazione ...61
3.3.5. Descrizione del processo Off-Shore Floating Regasification Unit ...61
3.3.6. Ricezione ...61
3.3.7. Collegamento tra il terminale FRSU e il gasdotto ...62
3.3.8. Stoccaggio ...63
3.3.9. Rigassificazione ...64
3.3.10. Recupero BOG ...65
4. DEFINIZIONE LAYOUT DEI TERMINALI ANALIZZATI ...66
4.1. Layout “Caso studio 1” ...66
4.1.1. Posizionamento apparecchiature ...67 4.1.2. LNG Tank DO1-2 ...67 4.1.2. BOG Recondenser C01 ...69 4.1.2. SCV Vaporizer E11-E12-E13 ...70 4.1.3. BOG Compressor P01-P02-P03 ...71 4.1.3. LNG Pump G11-G12-G13 ...72 4.1.4. LNG Pipe ...73
4.1.5. BOG Pipe e NG Pipe ...74
4.2. Layout “Caso studio 2” ...75
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4.2.2. LNG Tank LO1-2 ...76
4.2.3. BOG Recondenser C01 ...78
4.2.4. ORV Vaporizer E11-E12-E13 ...79
4.2.5. BOG Compressor P01-P02-P03 ...80
4.2.6. LNG Pump G11-G12-G13 ...81
4.2.7. LNG Pipe ...82
4.2.8. BOG Pipe ...82
4.2.9. NG Pipe ...83
4.3. Layout “Caso studio 3” ...84
4.3.1. Posizionamento Apparecchiature ...85
4.3.2. LNG Tank W01-W02-W03-W04 ...85
4.3.3. BOG Recondenser C01 ...86
4.3.4. IFV Vaporizer E11-E12-E13 ...87
4.3.5. BOG Compressor P01-P02-P03 ...88
4.3.6. LNG Pump G11-G12-G13 ...89
4.3.7. LNG Pipe ...89
4.3.8. BOG Pipe ...89
4.3.9. NG Pipe ...90
5. APPLICAZIONE DEL METODO DI ANALISI ...91
5.0. Livello di criticità delle apparecchiature ...91
5.1. Analisi delle modalità di attacco e della vulnerabilità del bersaglio D01 e D02 “Caso studio 1” ...93
5.1.1. Deliberate Misoperation A1,D01- A1,D02 ...93
5.1.2. Interference using simple or major aids A2,D01 - A2,D02 - A3,D01 - A3,D01 ...93
5.1.3. Arson using simple means or Incendiary devices A4,D01 - A4,D02 - A5,D01 - A5,D02 ...94
5.1.4. Shooting (1) and Shooting (2) A6,D01 – A6,D02 – A7,D01 – A7,D02 ...94
5.1.5. Explosives A8,D01 - A8,D02 ...94
5.1.6. Vehicle Accident A9,D01- A9,D02 ...95
5.1.7. Plane Accident A10,D01 - A10,D02 ...95
5.3. Alberi degli eventi associati ai LOCs provocati dagli attacchi per tutte le apparecchiature ...98
5.4. Analisi delle modalità di attacco e della vulnerabilità del bersaglio L01 e L02 “Caso studio 2” ....105
5.4.1. Deliberate Misoperation A1,L01- A1,L02 ...105
5.4.2. Interference using simple or major aids A2,L01 - A2,L02 - A3,L01 - A3,L01 ...105
5.4.3. Arson using simple means or Incendiary devices A4,L01 - A4,L02 - A5,L01 - A5,L02 ...105
5.4.4. Shooting (1) and Shooting (2) A6,L01 – A6,L02 – A7,L01 – A7,L02 ...106
5.4.5. Explosives A8,L01 - A8,L02 ...106
5.4.6. Ship Accident A9,L01- A9,L02 ...106
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5.5. Alberi degli eventi associati ai LOCs provocati dagli attacchi per tutte le apparecchiature relative al
“Caso studio 2” ...109
5.6. Analisi delle modalità di attacco e della vulnerabilità del bersaglio W01-W02-W03-W04 “Caso studio 3” 116 5.6.1. Deliberate Misoperation A1,W01-02-03-04 ...116
5.6.2. Interference using simple or major aids A2,W01-02-03-04 ...116
5.6.3. Arson using simple means or Incendiary devices A4,W01-02-03-04 ...117
5.6.4. Shooting (1) and Shooting (2) A6,W01-02-03-04 ...117
5.6.5. Explosives A8,W01-02-03-04 ...117
5.6.6. Ship Accident A9,W01-02-03-04 ...118
5.6.7. Plane Accident A10,W01-02-03-0 ...119
5.7. Alberi degli eventi associati ai LOCs provocati dagli attacchi per tutte le apparecchiature relative al “Caso studio 3” ...122
6. RISULTATI CASI STUDIO ...129
6.1. Risultati Caso Studio 1 ...134
6.2. Risultati Caso Studio 2 ...139
6.3. Risultati Caso Studio 3 ...144
6.4. Discussione e confronto dei risultati ottenuti ...149
7. VALUTAZIONE EFFETTO DOMINO ...151
7.1. Risultati Valutazione Effetto Domino Caso studio 1 ...153
7.2. Risultati Valutazione Effetto Domino Caso studio 2 ...160
7.3. Risultati Valutazione Effetto Domino Caso studio 3 ...167
7.4. Risultati distanze di danno amplificate dall’escalation dell’effetto domino ...175
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0.
INTRODUZIONE
Il mercato dell’LNG (Liquefied Natural Gas) si sta espandendo molto velocemente a livello mondiale, sia all’interno dell’industria del gas naturale, sia nei settori di produzione di energia. Le cause di questo sviluppo sono da attribuire principalmente al minor costo e al minor impatto ambientale del metano paragonato ad altri combustibili fossili [1].
Figura 0.1 Previsione sul consumo mondiale annuo di metano.[1]
Il metano ricopre una parte importante del mercato energetico europeo e l’impiego principale è la produzione di energia elettrica, riscaldamento e uso domestico. La maggior parte del metano utilizzato in Europa, e questa quota è destinata ad
incrementare secondo le previsioni, è importato principalmente da paesi come Russia, Norvegia e Algeria, mentre la maggior parte delle riserve mondiali di metano, circa il 75%, sono localizzate nel Medio Oriente e nell’Eurasia, soprattutto in Russia, Iran e Qatar (fig.0.2). 1,3 1,8 2,3 2,8 3,3 3,8 4,3 1980 1990 2000 2010 2020 2030 C o n s u m o ( 1 0 ^1 2 N m 3c u b i/ a n n o ) Anni
Pagina | 7 Figura 0.2 Distribuzione geografica mondiale della riserva di Gas Naturale.[2]
La distanza delle riserve più grandi di metano dai mercati più importanti (USA, Europa e Giappone) rende l’uso di gasdotti impraticabile ed economicamente svantaggioso (fig.0.3). Da qui nasce l’esigenza di trasportare il metano in condizioni criogeniche (alle condizioni di T=-163°C e P atmosferica), riducendone il volume di 600 volte circa, via mare. Il metano viene reso disponibile al bacino di utenza attraverso 5 fasi (fig.0.4):
• estrazione; • liquefazione; • trasporto; • stoccaggio; • rigassificazione; 0 500 1000 1500 2000 2500 Medio Oriente Eurasia Africa Asia Nord America Sud e Centro America Europa
Medio
Oriente Eurasia Africa Asia
Nord America Sud e Centro America Europa
Riserva (10^12 metri cubi) 2249 2020 490 415 283 262 167
Distribuzione geografica mondiale della
riserva di Gas Naturale
ESTRAZIONE PROCESSO DI LIQUEFAZIONE TRASPORTO LNG STOCCAGGIO LNG RIGASSIFICAZIONE LNG
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Attualmente, a livello mondiale, esistono 26 siti di liquefazione e trasporto dell’LNG in 15 differenti paesi e 65 progetti in via di sviluppo, sia On-Shore che Off-Shore, mentre gli impianti di rigassificazione già in funzione sono 60 e i progetti in via di sviluppo sono 181.
Figura 0.4 Andamento dei costi per il trasporto del metano per Pipeline On-Shore e Off-Shore e LNG [1].
Grazie alle sue caratteristiche il gas naturale viene ritenuto il combustibile più pregiato per impiego sia domestico che industriale. L’assenza di produzione di polveri e di prodotti contenenti zolfo unitamente alla possibilità di accurate regolazioni durante la combustione, consentono di connotare tale combustibile come a basso impatto ambientale, riducendo le relative emissioni di anidride carbonica e ossidi di azoto (entrambi sensibilmente inferiori a pari quantità di calore a quelle prodotte da carbone, olio combustibile, ecc.). La qualità della combustione e la facilità di miscelazione e dosaggio con l’aria comburente consentono, inoltre, di evitare la formazione di monossido di carbonio. Per tali caratteristiche la richiesta di metano in ambito mondiale è progressivamente aumentata negli anni passando, ad esempio in Italia, dai 56,2 miliardi
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 C o st o U S D o ll a r/ M M b tu Distanza (km)
Andamento dei costi per trasporto metano
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di Nm3 nel 1996 a circa 70,4 miliardi di Nm3 nel 2000 valore che rappresenta il 32% circa
del consumo nazionale complessivo di energia.
La composizione e le proprietà dell’LNG variano in funzione soprattutto della provenienza. Si riportano di seguito delle tabelle riassuntive circa le proprietà (tab. 0.1) e la composizione dell’LNG (tab.0.2).
PROPRIETA’ LNG
Composizione Miscela di idrocarburi composta principalmente da metano che può contenere piccole quantità di etano, propano, azoto o altri componenti normalmente presenti nel gas naturale.
Densità da 420 a 470 kg/m3
(dipende dalla composizione; in alcuni casi può arrivare fino a 520 kg/m3).
Temperatura di ebollizione (a pressione atm.)
da –166°C a –157°C (in funzione della composizione)
Volume di gas prodotto da 570 a 590 Sm3/m3 da 1210 a 1370 Sm3/t
Tabella 0.1 Principali proprietà dell'LNG. [2]
origine Azoto(% mol.) Metano(% mol.) Etano(% mol.) propano(% mol.) C4+(% mol.)
Algeria 0.6 87.6 9.0 2.2 0.6 Australia 0.1 89.3 7.1 2.5 1.0 Indonesia 0.1 90.6 7.0 2.0 0.3 Libia 0.9 83.2 11.8 3.5 0.6 Nigeria 0.1 91.6 4.6 2.4 1.3 Oman 0.2 87.7 7.5 3.0 1.6 Qatar 0.4 89.9 6.0 2.2 1.5
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0.1.
Il processo di rigassificazione
Le ultime due fasi della filiera dell’LNG (stoccaggio e rigassificazione) avvengono all’interno dell’ impianto di rigassificazione, che è anche la destinazione finale delle navi metaniere. Le caratteristiche principali del processo di rigassificazione rimangono invariate anche se possono essere utilizzate tecnologie differenti (fig.0.4).
Figura 0.5 Fasi del processo di rigassificazione.
L’LNG, mantenuto alla temperatura di -163 °C e a pressione atmosferica, viene scaricato dalla nave metaniera, mediante l’utilizzo di bracci di scarico (unloading arms) e di pompe sommerse, all’interno di tubazioni che lo collegano ai serbatoi di stoccaggio criogenici dell’impianto di rigassificazione; il BOG (Boil-off gas) che si forma durante il processo di scarico e di stoccaggio dell’LNG viene in parte reintrodotto nella nave, come compensazione delle perdite di carico, e in parte ricondensato e inviato in pressione, insieme al resto dell’LNG stoccato, al processo di vaporizzazione.
Il processo di vaporizzazione prevede il riscaldamento dell’LNG, che viene portato a livelli di temperatura e di pressione adatti all’immissione dello stesso alla rete. Infine il gas vaporizzato viene “corretto”, mediante aggiunta o rimozione di aria o aria arricchita con azoto, per rispettare le specifiche di rete e garantire l’intercambiabilità di quest’ultimo con il metano proveniente da altre fonti.
Unloading
LNG
Storage
Boil-Off Handling & Recovery Quality & Quantity measures Compression & Vaporization LNG BOG LNG BOG LNG LNGPagina | 11
0.2.
Principali tipologie di rigassificatori
Le principali tipologie di rigassificatori si possono raggruppare in 4 grandi categorie:
• On-Shore;
• Off-Shore gravity based stucture (GBS);
• Off-Shore floating storage regasification unit (FRSU); • Off-Shore transport and regasification vessel (TRV);
Tecnologia Avanzamento Potenzialità (Nm3 /y) Capacità di stoccaggio (m3 ) On-Shore Operativo 3×109 - 20×109 1×105 - 8×105
Off- Shore GBS Operativo 6×109 - 14×109 2.5×105 – 3.3×105
Off-Shore FRSU In progettazione 3×109 - 4×109 1.2×105 – 1.7×105
Off-Shore TRV Operativo (in funzione del viaggio)18×106
Nm3/d
1.3×105 – 1.5×105
Tabella 0.1 Principali tecnologie di rigassificatori e relativi range di potenzialità.
On-Shore Regasification terminal: questa è la tipologia di impianto più comune allo stato attuale, infatti i primi impianti con questa tecnologia sono stati realizzati negli anni ‘70. I terminali On-Shore sono localizzati sulla costa, generalmente vicino a una zona portuale; sono dotati di un molo sul quale sono posizionate le tubazioni di scarico dell’LNG e le tubazioni di ritorno del BOG che collegano la nave metaniera ai serbatoi di stoccaggio.
Pagina | 12 Figura 0.6 On-Shore Regasification terminal. [3]
Off-Shore gravity based stucture (GBS): questa è una tipologia di rigassificatore innovativo, infatti il primo impianto inaugurato è stato quello al largo delle coste di Rovigo di proprietà della Adriatic LNG nel 2009. Il terminale è costituito da una struttura esterna in calcestruzzo che racchiude due serbatoi di stoccaggio dell’LNG; attualmente sono in progetto altri due rigassificatori GBS in Lousiana (USA) e in Messico.
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Off-Shore floating storage regasification unit (FRSU): queste tipologie di rigassificatori sono delle navi metaniere modificate al fine di essere ancorate al fondo marino, costituendo una unità galleggiante collegata ad un gasdotto. I progetti in via di sviluppo prevedono la costruzione di un terminale al largo delle coste di Livorno (Endesa) e nelle Marche (GDF Suez).
Figura 0.8 Off-Shore floating storage regasification unit [4].
Off-Shore transport and regasification vessel (TRV): questa è una tipologia di rigassificatore galleggiante che, al contrario del FRSU, non è permanentemente ancorato al fondo marino, infatti il processo di rigassificazione avviene durante il trasporto dell’LNG stesso.
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1.
SCOPO DEL LAVORO DI TESI
Da ormai molti anni la sicurezza industriale negli stabilimenti dell’industria di processo in cui vengono utilizzate sostanze pericolose è un tema di primaria importanza sia in ambito legislativo sia di interesse per la popolazione.
Per abbassare il profilo di rischio di questi stabilimenti sono stati sviluppati sistemi di sicurezza, sia tecnologici (sistemi di controllo, di allarme, di depressurizzazione di emergenza, schermi termici, ecc) sia procedurali e sono state sviluppate delle metodologie di valutazione del livello di accettabilità del rischio. Inoltre sono state introdotte importanti normative che regolamentano l’industria di processo nei termini della sicurezza industriale (recepita con la Dir. 96.82.CE del 9 dicembre1996 “Seveso II” del Consiglio dell’Unione Europea sul controllo dei pericoli di incidenti rilevanti connessi con determinate sostanze pericolose).
Il rischio relativo ad un impianto chimico cosi come inteso dalla direttiva “Seveso II” è comunemente collegato a eventi propri del normale svolgimento delle attività di processo. Nel presente lavoro di tesi si vuole identificare lo stabilimento di processo come una possibile fonte di rischio non solo durante il normale svolgimento delle attività di processo, ma anche in caso di attacchi terroristici. Si può facilmente capire, a causa della elevata presenza di sostanze infiammabili e tossiche, perché l’impianto chimico, in particolare un rigassificatore che contiene elevati hold-up di metano liquefatto, può essere visto come un bersaglio da parte di chi mira ad una azione terroristica.
Lo scopo principale del presente lavoro è quello di affrontare il problema degli attacchi terroristici per diverse tipologie di impianti di rigassificazione, alcune di nuova concezione e altre consolidate, utilizzando gli strumenti dell’analisi di rischio convenzionale. Nel presente lavoro di tesi, che si articola attraverso l’analisi di tre “Caso Studio” diversi, l’attenzione è stata rivolta a:
• Individuare e caratterizzare le modalità con cui l’attacco può essere portato a termine;
• Individuare i bersagli possibili all’interno dei rigassificatori studiati; • Studiare gli effetti degli attacchi sui vari bersagli identificati;
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• Determinare le aree potenziali di danno per la popolazione per tutti gli scenari di rilascio identificati;
• Individuare le modalità di attacco critiche, per ogni tipo di rigassificatore;
• Valutare la possibilità di effetto domino per le apparecchiature all’interno dei rigassificatori;
• Confrontare i risultati ottenuti dallo studio dei tre rigassificatori considerati;
L’obbiettivo del lavoro è stato quello di applicare una procedura sistematica, ricavata applicando modelli ed elementi dell’analisi dei rischi di processo (safety), che possa fornire una valutazione delle conseguenze di un ipotetico attacco terroristico a tre diverse tipologie di impianto di rigassificazione. L’analisi svolta prescinde quasi del tutto da aspetti legati alla security e alla sorveglianza del sito.
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2.
DESCRIZIONE DELLA METODOLOGIA
In questo capitolo viene descritta dettagliatamente la metodologia che è stata applicata nell’analisi dei tre rigassificatori studiati.
2.1.
Identificazione delle modalità di attacco
Per effettuare una analisi sistematica che possa valutare le possibili conseguenze derivanti da un attacco terroristico rivolto ad uno stabilimento di processo, è necessario definire e catalogare le modalità di attacco attraverso le quali è possibile danneggiare l’impianto. Per stabilire le modalità di attacco è stato preso come riferimento un documento elaborato dalla SFK [5].
Le modalità di attacco considerate nella procedura seguita nel presente lavoro sono state individuate a partire dalla classificazione proposta dalla SFK, con integrazioni e modifiche al fine di renderla funzionale al tipo di analisi effettuato. Si fornisce di seguito una breve descrizione.
Ad ogni tipo di attacco è associata una sigla identificativa riportata nell’elenco seguente:
• Deliberate Misoperation (A1): effettuazione di operazioni errate che portano alla
variazione delle condizioni di processo (concentrazione, temperatura pressione) oppure alla apertura/chiusura di valvole o alla disattivazione di sistemi di allarme.
• Interference using simple aids (A2): danni a sistemi di controllo e/o sicurezza;
lievi danni ad apparecchiature e/o tubazioni (es., fori di piccolo diametro).
• Interference using major aids (A3): danni a sistemi di controllo e/o sicurezza,
danni di media entità ad apparecchiature e/o tubazioni.
• Arson using simple means (A4): innesco di fluidi infiammabili presenti nel
processo, ad esempio innesco di un’eventuale rilascio.
• Arson using incendiary devices (A5): incendio innescato mediante liquidi
infiammabili esterni al processo, attraverso bombe incendiarie o dispositivi azionati a distanza.
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• Shooting (1) (A6): attacco alle apparecchiature dell’impianto con proiettili di
piccolo diametro, in grado di causare danni ad apparecchiature o sistemi di controllo a distanza.
• Shooting (2) (A7): attacco alle apparecchiature dell’impianto con proiettili di
grosso calibro o missili.
• Explosives (A8): posizionamento di cariche esplosive all’interno o all’esterno
dell’impianto.
• Vehicle/Ship Accident (A9): attacco ad apparecchiature o strutture causato da
impatto voluto con automezzo/imbarcazione lanciato alla massima velocità possibile nel contesto di riferimento.
• Plane Accidents(A10): danneggiamento di apparecchiature o strutture causato
da impatto voluto con un aeroveicolo.
In seguito, l’identificativo della modalità d’attacco verrà accompagnato dal pedice dell’apparecchiatura bersaglio, ad esempio:
A
9-D01indica l’attacco A9 (Vehicle/Ship Accident) all’apparecchiatura D01
2.1.1. Caratterizzazione delle modalità di attacco
Per riuscire a comprendere a fondo le modalità di attacco classificate e quindi effettuare un’analisi il più possibile dettagliata e verosimile, viene fornita una caratterizzazione di tutte le tipologie di attacco di cui sopra. I parametri scelti per questo scopo sono:
• Modalità di danneggiamento: ovvero attraverso quale azione o effetto fisico si danneggia l’apparecchiatura;
• Bersagli possibili: ovvero quali apparecchiature, in relazione alle sostanze contenute o in relazione alla locazione all’interno dell’impianto, sono maggiormente vulnerabili a quella specifica modalità di attacco;
• Modalità di individuazione dei possibili bersagli: ovvero quali criteri si possono utilizzare per individuare le apparecchiature potenzialmente oggetto di specifiche modalità di attacco;
• Eventi attesi: ovvero quale tipo di conseguenze si possono ipotizzare in caso di successo di un determinato attacco;
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• Tipo di rilascio atteso: ovvero quale sia l’entità del rilascio che ci si può attendere da una certa modalità di attacco. I rilasci sono stati suddivisi in 5 categorie (tab. 2.1).
• Livello di conoscenza richiesto: ovvero quanto a fondo è necessario conoscere l’installazione per portare a compimento l’attacco con successo. Il grado di conoscenza è stato suddiviso in 3 livelli, denominati A, B e C(tab. 2.2).
LOC
Description
R1
Rilasci continui da fori di piccole dimensioni (10 mm)R2
Rilasci continui di grande portata e durata limitata (600 sec.)R3
Rilasci istantanei derivanti da rottura catastrofica (“hold up” rilasciato in 120 sec.)R4
Rilasci continui da tubazioni, foro pari al 10% del diametroR5
Rilascio continuo da tubazione interrottaTabella 2.3 Categorie di rilascio (LOC) derivanti da attacchi esterni[6].
LIVELLO DI CONOSCENZA
DESCRIZIONE
A
Nessuna conoscenza specifica dell’impianto, a parte la sua localizzazione e la dislocazione delleapparecchiature
B
Conoscenza sommaria delle sostanze e dellayout
C
Conoscenza approfondita dell'inventariodell'impianto e dei dettagli del processo produttivo, acquisita presumibilmente attraverso
informazioni fornite dall'interno
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2.1.1.1. Deliberate Misoperation
Modalità di danneggiamento: consiste in una azione esterna che produce dei malfunzionamenti nel sistema.
Bersagli possibili: possono essere sistemi di controllo, sistemi di allarme ma anche valvole di processo;
Modalità di individuazione dei possibili bersagli: attraverso il metodo Hazop (tecniche di identificazione convenzionali tipiche dell’analisi di processo) è possibile individuare i top event potenziali relativi a questi attacchi, infatti questi malfunzionamenti coincidono con quelli della “safety” tradizionale anche se è differente la causa primaria
Eventi attesi: mancato o errato funzionamento di uno o più elementi appartenenti al processo sia nelle normali condizioni operative (mancato funzionamento di valvole di processo o loop di controllo) che nelle situazioni di emergenza (mancato funzionamento di sistemi di sfogo e di sistemi di allarme).
Tipo di rilascio atteso: si può avere un rilascio di tipo R1.
Livello di conoscenza richiesto: è necessario un livello C, ovvero una conoscenza approfondita dell'inventario dell'impianto e dei dettagli del processo produttivo, acquisita presumibilmente attraverso informazioni fornite dall'interno.
2.1.1.2. Interference using simple aids
Modalità di danneggiamento: azione esterna che produce malfunzionamenti nel sistema.
Bersagli possibili: possono essere colpite valvole di processo, loop di controllo, sistemi di sfogo e sistemi di allarme.
Modalità di individuazione dei possibili bersagli: attraverso il metodo dell’Hazop è possibile individuare i top event potenziali, in quanto i malfunzionamenti coincidono con quelli della safety tradizionale nonostante siano differenti le cause primarie.
Eventi attesi: si ha il rilascio della sostanza dall’apparecchiatura o dalla tubazione, in caso di danno ai sistemi di controllo o di allarme si avranno eventi analoghi a
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quelli del caso precedente; inoltre è possibile prevedere la manomissione diretta dei dispositivi di sfogo.
Tipo di rilascio atteso: si può avere un rilascio di tipo R1 (oppure PSV/DR nel caso di rilascio da dispositivo di sfogo).
Livello di conoscenza richiesto: non è richiesto un livello di conoscenza approfondito, può essere sufficiente un livello di conoscenza A o B, anche se per provocare i danni più ingenti è necessario un livello C.
2.1.1.3. Interference using major aids
Modalità di danneggiamento: azione esterna che produce danni alle apparecchiature e/o ai sistemi di controllo.
Bersagli possibili: possono essere colpite valvole di processo, sistemi di controllo, sistemi di allarme situati in posizioni accessibili.
Modalità di individuazione dei possibili bersagli: attraverso il metodo dell’Hazop è possibile individuare i top event potenziali, in quanto i malfunzionamenti coincidono con quelli della safety tradizionale nonostante siano differenti le cause primarie. E’ necessario fare una valutazione della vulnerabilità fisica e della accessibilità dei sistemi danneggiabili.
Eventi attesi: si ha un rilascio della sostanza contenuta nell’apparecchiatura o trasportata nella tubazione, si possono avere eventi analoghi a quelli del caso interference using simple aids.
Tipo di rilascio atteso:si può avere un rilascio di tipo R1 per quanto riguarda il danneggiamento di tubazioni o di apparecchiature, si può avere un rilascio da un sistema di sfogo (PSV o DR) in caso di danneggiamento di loop di controllo o di danneggiamento diretto del sistema di venting.
Livello di conoscenza richiesto: non è necessaria una conoscenza approfondita dell’impianto, anche se per provocare danni più ingenti è necessario il livello di conoscenza C.
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2.1.1.4. Arson using simple means
Modalità di danneggiamento: irraggiamento più o meno intenso a danno dell’apparecchiatura.
Bersagli possibili: tutte le installazioni contenenti liquido infiammabile.
Modalità di individuazione dei possibili bersagli: si può effettuare un inventario delle apparecchiature e dei relativi contenuti di sostanza infiammabile.
Eventi attesi: danneggiamento dell’apparecchiatura più o meno grave a seconda del tempo di esposizione e dell’intensità di irraggiamento subito.
Tipo di rilascio atteso: si può avere un rilascio di tipo R2-R4 o R3-R5.
Livello di conoscenza richiesto: conoscenza di livello elevato (Livello C) perché oltre alla conoscenza dell’inventario delle sostanze infiammabili presenti all’interno dell’impianto, è necessaria anche la conoscenza del layout
2.1.1.5. Arson using incendiary devices
Modalità di danneggiamento: irraggiamento più o meno intenso ai danni dell’ apparecchiatura o tubazione.
Bersagli possibili: apparecchiature e/o tubazioni contenenti sostanze infiammabili o particolarmente sensibili all’irraggiamento.
Modalità di individuazione dei possibili bersagli: mediante l’inventario delle sostanze infiammabili presenti all’interno dell’impianto, facendo particolare attenzione a quelle con una quantità di sostanza elevata.
Eventi attesi: danneggiamento all’apparecchiatura, più o meno grave in funzione della durata e dell’intensità di irraggiamento subito.
Tipo di rilascio atteso: si può avere un rilascio di categoria R2.
Livello di conoscenza richiesto: è necessario un livello di conoscenza B, perché oltre a conoscere l’inventario delle sostanze è necessario conoscere il layout dell’impianto.
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2.1.1.6. Shooting (1)
Modalità di danneggiamento: urto di proiettili di piccolo calibro sparati ad alta velocità contro l’apparecchiatura.
Bersagli possibili: apparecchiature e tubazioni visibili dall’esterno e accessibili ai proiettili.
Modalità di individuazione dei possibili bersagli: usando criteri specifici si possono individuare le apparecchiature potenzialmente vulnerabili da questo tipo di attacco. Eventi attesi: fori all’ interno dell’apparecchiatura, di dimensioni confrontabili a
quella del proiettile.
Tipo di rilascio atteso: rilascio di categoria R1-R4 in quanto si parla di proiettili di piccolo calibro.
Livello di conoscenza richiesto: è sufficiente un livello di conoscenza dell’apparecchiatura modesto, quindi livello A.
2.1.1.7. Shooting (2)
Modalità di danneggiamento: urto di proiettili di grande diametro contro apparecchiature, con danneggiamento aggiuntivo dalla sovrapressione di un eventuale esplosione del proiettile.
Bersagli possibili: apparecchiature contenenti grandi quantità di sostanze pericolose.
Modalità di individuazione dei possibili bersagli: mediante criteri specifici è possibile determinare quali apparecchiature risultano essere vulnerabili o meno a questo tipo di danneggiamento.
Eventi attesi: foro di grandi dimensioni nell’ apparecchiatura o, più verosimilmente cedimento catastrofico della stessa.
Tipo di rilascio atteso: rilascio catastrofico, quindi rilascio R3 per serbatoi e R5 per tubazioni.
Livello di conoscenza richiesto: non è necessario un livello di conoscenza elevato, quindi è sufficiente il livello di conoscenza A.
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2.1.1.8. Explosives
Modalità di danneggiamento: onda di pressione contro l’apparecchiatura.
Bersagli possibili: tutte le apparecchiature all’interno dell’impianto, con particolare attenzione per quelle che contengono un quantità elevata di sostanza infiammabile.
Modalità di individuazione dei possibili bersagli: mediante criteri appositi è possibile individuare le apparecchiature vulnerabili a questo tipo di attacco.
Eventi attesi: danneggiamenti anche di grande entità, quindi è possibile ipotizzare rotture catastrofiche di apparecchiature e tubazioni.
Tipo di rilascio atteso: si avranno rilasci di categoria R2-R3 per le apparecchiature e di categoria R4-R5 per la tubazioni.
Livello di conoscenza richiesto: non è necessario un livello di conoscenza approfondito, per effettuare danni ingenti è sufficiente un livello B.
2.1.1.9. Vehicle/Ship Accident
Modalità di danneggiamento: urto di un mezzo terrestre o navale contro un’apparecchiatura.
Bersagli possibili: tutte le apparecchiature raggiungibili col mezzo preso in considerazione.
Modalità di individuazione dei possibili bersagli: attraverso criteri specifici è possibile determinare quali apparecchiature sono vulnerabili in confronto di certi attacchi; è inoltre necessario esaminare il layout dell’impianto per verificare l’accessibilità di quest’ultimo.
Eventi attesi: danneggiamento di medie o grandi dimensioni in relazione alla velocità e alla taglia del mezzo preso in considerazione.
Tipo di rilascio atteso: si può prevedere un rilascio di tipo R2-R3 per apparecchiature e un rilascio di tipo R4-R5 per tubazioni.
Livello di conoscenza richiesto: è necessario un livello di conoscenza modesto, quindi il livello B.
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2.1.1.10.
Plane Accidents
Modalità di danneggiamento: urto di un aeroveicolo contro l’apparecchiatura.
Bersagli possibili: tutte le apparecchiature e tubazioni, in particolare quelle con un elevato contenuto di sostanza pericolosa.
Modalità di individuazione dei possibili bersagli: mediante criteri apposti si può valutare la vulnerabilità dell’apparecchiatura da parte di questo attacco, in ogni caso le apparecchiature che contengono una elevata quantità di sostanza pericolosa sono da considerare esposte fortemente a questo tipo di attacco.
Eventi attesi: cedimento catastrofico del bersaglio.
Tipo di rilascio atteso: si prevede un rilascio di tipologia R3 per le apparecchiature e un rilascio di categoria R5 per le tubazioni.
Livello di conoscenza richiesto: è necessario un livello di conoscenza basso dell’impianto, in quanto basta conoscerne sommariamente il layout.
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2.2.
Individuazione dei bersagli critici
All’interno dell’installazione che si intende analizzare è necessario individuare le apparecchiature che maggiormente sono vulnerabili in quanto considerate obbiettivo “sensibile”. Al fine di effettuare l’analisi è stato necessario definire questi bersagli sensibili attraverso uno schema logico ed elaborare una matrice per mezzo della quale è stato possibile stimare la pericolosità dei singoli bersagli.
2.2.1. Schema logico per l’individuazione delle apparecchiature critiche
• Classificazione secondo il tipo di sostante contenute, ovvero sostanze tossiche e/o nocive per l’ambiente e sostanze infiammabili o esplosive. In funzione del tipo di sostanza trattata cambierà il tipo di scenario incidentale. Si possono trattare sostanze sia infiammabili che tossiche allo stesso tempo, dando luogo quindi a scenari multipli;
• Classificazione secondo lo stato fisico delle sostanze contenute, ovvero le condizioni di temperatura e di pressione alle quali vengono trattate le sostanze. Per analizzare e studiare in che modo queste possono causare danno si individuano cinque grandi categorie:
• Gas liquefatto in pressione; • Gas stoccato in fase vapore; • Liquido evaporante;
• Liquido criogenico; • Liquido stabile;
• Classificazione secondo hold-up delle sostanze contenute, ovvero la quantità di sostanza contenuta all’interno dell’apparecchiatura. Ai fini della presente analisi è stata fatta una classificazione in ordine decrescente di hold-up di sostanza contenuta:
• Serbatoi; • Tubazioni; • Colonne;
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2.2.2. Scenari di riferimento per la valutazione della criticità delle
apparecchiature
Per ultimare la classificazione è necessario definire gli scenari più severi potenzialmente ottenibili dall’associazione di sostanza, stato fisico e apparecchiatura. Si riporta, a titolo di esempio, una tabella riassuntiva per quanto riguarda le sostanze infiammabili (tab.2.3)
Stato fisico GAS LIQ. IN PRESSIONE LIQUIDO EVAPORANTE GAS STOCCATO IN PRESSIONE LIQUIDO CRIOGENICO LIQUIDO STABILE Apparec. SERBATOI Fireball Jet Fire Flash Fire VCE Flash Fire VCE Jet Fire Flash Fire VCE Jet Fire/Flare Pool Fire Flash Fire VCE Pool Fire TUBAZIONI GRANDE DIAM. Fireball Jet Fire Flash Fire VCE Flash Fire VCE Jet Fire Flash Fire VCE Jet Fire/Flare Pool Fire Flash Fire VCE Pool Fire COLONNE Fireball Jet Fire Flash Fire VCE Flash Fire VCE Jet Fire Flash Fire VCE Jet Fire/Flare Pool Fire Flash Fire VCE Pool Fire REATT./ SCAMB. Fireball Jet Fire Flash Fire VCE Flash Fire VCE Jet Fire Flash Fire VCE Jet Fire/Flare Pool Fire Flash Fire VCE Pool Fire
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2.2.3. Matrice di pericolosità
Tutte le considerazioni precedentemente fatte sono state riassunte in un tabella, che si può definire come matrice di pericolosità, nella quale per ogni combinazione di sostanza, stato fisico e apparecchiatura viene fornito un livello di criticità che va da 1 a 4. Attraverso l’applicazione di questa metodologia e l’uso della matrice è stato possibile esaminare in maniera semi-quantitativa tutte le apparecchiature all’interno dei rigassificatori studiati e decidere su quali focalizzare l’analisi.
Stato fisico GAS LIQ. IN PRESSIONE LIQUIDO EVAPORANTE GAS STOCCATO IN PRESSIONE LIQUIDO CRIOGENICO LIQUIDO STABILE Apparec. SERBATOI 4 3 3 3 1 TUBAZIONI GRANDE DIAM. 4 3 3 3 1 COLONNE UTILITIES 3 2 2 2 1 REATTORI SCAMBIATORI 3 2 1 1 1
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2.3.
Vulnerabilità dei bersagli critici
Una volta definite le modalità di attacco e i bersagli critici verso i quali può essere perpetrata l’azione di sabotaggio, è necessario fornire dei modelli che consentano di studiare la vulnerabilità degli elementi dell’impianto rispetto ad un’azione specifica. Si riassumono di seguito i vettori di danneggiamento associati ad ogni attacco individuato (tab.2.5.).
Viene riportata di seguito un’analisi dei vettori sopra considerati e dei modelli disponibili, utilizzati nell’ambito dell’analisi di rischio convenzionale, per valutare la vulnerabilità degli elementi dell’impianto dall’azione specifica.
MODALITA’ DI ATTACCO VETTORE DI DANNEGGIAMENTO
Deliberate Misoperation Azione su sistemi di controllo Interference using Major Aids Azione su sistemi di controllo Interference using Simple Aids Azione su sistemi di controllo
Arson using Simple Means Irraggiamento
Arson using Incendiary Devices Irraggiamento
Shooting (1) Urto di proiettili di piccolo calibro Shooting (2) Urto di proiettili di grosso calibro
Explosives Sovrapressione
Vehicle Accident Urto di veicolo terrestre
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2.3.1. Analisi della vulnerabilità da irraggiamento
Nella determinazione dei danni subiti da esposizione ad una fiamma, di primaria importanza è il valore dell’irraggiamento, espresso con I(kW/m2). L’irraggiamento è
funzione di alcuni parametri come la geometria della fiamma, il tipo di combustibile, le condizioni atmosferiche e la distanza della fiamma.
Quando si va ad analizzare l’esposizione all’irraggiamento di un apparecchiatura entrano in gioco altri parametri come il tempo di esposizione all’irraggiamento e la possibilità che l’apparecchiatura sia ingolfata o meno dalle fiamme. In generale se l’ esposizione dell’apparecchiatura ha una durata maggiore del “ttf” (time to failure) della stessa e l’intensità dell’irraggiamento è sufficiente si il ha collasso dell’apparecchiatura. Il parametro “ttf” è in stretta correlazione con la pressione operativa dell’apparecchiatura, infatti strutture progettate per resistere a pressioni elevate avranno spessori più elevati e di conseguenza anche “ttf” più elevati.
Nella presente analisi vengono considerati tre parametri fondamentali:
• caratteristiche dell’incendio;
• pressione di funzionamento dell’apparecchiatura; • distanza dalla fiamma;
Si ipotizza il verificarsi di due scenari principali differenti:
• apparecchiatura avvolta dalle fiamme;
• apparecchiatura ad una certa distanza dalle fiamme;
Nel caso a) la possibilità di cedimento dell’ apparecchiatura sarà molto alta ma comunque sempre funzione dalla durata dell’incendio, mentre nel caso b) la possibilità di cedimento dipenderà sia dall’irraggiamento subito che dalla durata dell’incendio. Quest’ultimo parametro è dipendente in prima approssimazione dalla quantità di combustibile coinvolto e dalla sua natura. In letteratura [10] sono reperibili molti valori di soglia che permettono di valutare se la quantità di combustibile è sufficiente a creare un incendio di durata paragonabile al “ttf” dell’apparecchiatura e provocarne il collasso, questi valori sono riassunti graficamente, per due diverse categorie di combustibile, nel grafico sottostante (Fig.2.1).
Pagina | 30 Figura 2.1 Valori di soglia per la quantità di combustibile in un pool fire in funzione del
diametro equivalente della pozza [7].
Per quanto riguarda l’intensità dell’irraggiamento, esso è funzione, a parità di forma della fiamma e di condizioni atmosferiche, della distanza tra la fonte di irraggiamento e il bersaglio. Vengono riportati di seguito dalla letteratura [6],[10] dei valori di soglia per l’irraggiamento e relative distanze di sicurezza per serbatoi in pressione e atmosferici. Per valori di irraggiamento maggiori di quelli individuati dalle soglie e per distanze di sicurezza minori si ha, fatte salve le considerazioni precedenti sulla quantità di combustibile coinvolto, il cedimento dell’apparecchiatura.
Tipo di apparecchiatura Soglia di irraggiamento (kW/m2
) Distanza di sicurezza (m dalla sorgente di
irraggiamento)
Atmosferica 10 50
In pressione 40 15
Tabella 2.6 Soglie di danno da irraggiamento tipiche per apparecchiature in pressione e atmosferiche. [7]
Attraverso l’uso di questi strumenti è stato possibile, nella presente analisi, valutare se gli attacchi con l’irraggiamento come vettore di danneggiamento, possano danneggiare i bersagli identificati all’ interno degli impianti di rigassificazione studiati.
0 50000 100000 150000 0 1000 2000 3000 In v e n ta ri o ( k g )
Area della pozza (m2)
Valori di soglia per la quantità di combustibile
Light Liquid Heavy Liquid
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2.3.2. Analisi della vulnerabilità da sovrapressione
Il danneggiamento di un bersaglio da parte di un’esplosione dipende fortemente dalla sovrapressione che investe lo stesso. Questa è funzione di tre parametri:
• distanza tra bersaglio e sorgente dell’esplosione; • energia dell’esplosione;
• tipologia di esplosivo;
L’energia coinvolta nell’esplosione dipende, a sua volta, dalla quantità di esplosivo e dalla sua energia specifica. Nella presente analisi possiamo ipotizzare di trattare esplosivi in fase condensata, tipo TNT, che danno luogo a esplosioni ideali (con sorgente puntuale). Possiamo legare tutti questi parametri in una relazione [3]:
0.3967
/. . . !"
2.1"
dove:• M massa di esplosivo coinvolto espresso (kg); • &' sovrapressione (Pa);
• distanza a cui si ha l’effetto di sovrapressione considerato (m);
Nella presente analisi, a partire da valori di sovrapressione di soglia per il danneggiamento di una vasta gamma di apparecchiature, utilities e tubazioni [3], si è potuto risalire alla distanza di sicurezza entro la quale deve essere posizionata la carica esplosiva per danneggiare l’obbiettivo e quindi, attraverso uno studio del layout dell’impianto, definire se l’obbiettivo risulta vulnerabile da questo tipo di attacchi.
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2.3.3. Analisi della vulnerabilità da parte dell’urto di proiettili o frammenti
Per valutare la vulnerabilità delle apparecchiature chimiche nei confronti di questa tipologia di attacco, si usano studi effettuati soprattutto in ambiti militari, nel periodo del secondo dopo guerra, e reinterpretati in funzione dello studio dell’effetto domino di frammenti proiettati in seguito a esplosioni di vessel. Si definisce in questo ambito la penetrazione come l’ingresso del proiettile in una qualsiasi regione del bersaglio. In particolare si parla di perforazione quando il proiettile attraversa completamente il bersaglio e di conficcamento quando il proiettile si arresta all’interno del bersaglio. Nella presente analisi ci si limita allo studio della perforazione delle apparecchiature chimiche da parte di proiettili di piccolo calibro (modalità di attacco Shooting (1))e da parte di proiettili di grosso calibro (modalità di attacco Shooting (2)).
I parametri da prendere in considerazione per l’uso delle correlazioni balistiche che forniscono il grado penetrazione da parte di proiettili sono essenzialmente due: il peso del proiettile e la sua velocità al momento dell’impatto.
La relazione usata per il calcolo della penetrazione del proiettile [2] è la seguente:
( 6 10
)
/* 2.2"
dove:• W massa del proiettile (kg);
• * velocità di impatto del proiettile (m/s);
Attraverso la relazione di cui sopra è possibile, conoscendo gli spessori delle apparecchiature studiate, sapere se la tipologia di proiettile è in grado danneggiare il bersaglio.
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2.3.4. Analisi della vulnerabilità da parte dell’urto veicoli
L’analisi di vulnerabilità di un’apparecchiatura chimica da parte di un veicolo, sia terrestre, marino o aereo, può essere affrontato in due differenti maniere; la prima consiste in un approccio molto semplificato, cioè assimilare il veicolo come un proiettile e applicare la metodologia descritta nel paragrafo precedente, oppure utilizzare un approccio più dettagliato, che tuttavia esula dal presente lavoro di tesi. L’ipotesi di assumere il veicolo come un proiettile, quindi come un corpo indeformabile quando in realtà è deformabile, è conservativa dato che le profondità di penetrazione ottenute dalle correlazioni sono maggiori di quelle reali, per cui è stato deciso, nella presente analisi, di applicare le relazioni valide per l’urto di proiettili e frammenti. L’analisi dell’impatto e soprattutto le ipotesi sulla velocità di impatto sono fortemente legate al layout dell’impianto. Per quanto riguarda l’impatto di veicoli aerei si è deciso di ipotizzare, in tutti i casi, la rottura catastrofica dell’apparecchiatura coinvolta.
Pagina | 34
2.4.
Caratterizzazione degli scenari incidentali
Dopo aver individuato i bersagli critici all’interno di una installazione industriale, nel caso della presente analisi i rigassificatori, aver definito le possibili modalità di attacco, studiato la vulnerabilità dei bersagli e associato una categoria di rilascio per ogni categoria di attacco considerato, è necessario definire gli scenari incidentali. L’obbiettivo principale è quello di riuscire a identificare gli scenari possibili derivanti dal verificarsi di un particolare attacco ad una certa apparecchiatura tramite la creazione di alberi degli eventi modificati in funzione del tipo di attacco. Infatti le modalità di attacco influiscono significativamente sulla definizione degli alberi degli eventi.
2.4.1. Scenari incidentali per sostanze infiammabili
Come è noto dalla sicurezza tradizionale lo scenario incidentale dipende dal tipo di sostanza considerata, dal suo profilo di rischio e dalle condizioni di temperatura e pressione a cui si trova al momento del rilascio. E’ stato già accennato come il profilo di rischio per le sostanze pericolose comprenda le sostanze infiammabili, quelle tossiche e quelle sia infiammabili che tossiche; in questa analisi si riportano solo gli scenari incidentali tipici delle sostanze infiammabili, non essendo presenti sostanze tossiche all’interno degli impianti considerati. Nell’ambito delle sostanze infiammabili in primo luogo si deve distinguere tra due eventualità: la presenza di innesco e l’assenza di innesco. Se l’innesco è presente e l’incendio interessa una fase gassosa, si deve passare a considerare il momento in cui esso avviene, ovvero se sia da ritenersi possibile un innesco immediato o ritardato. Il concetto di immediato o ritardato va valutato in base al tempo necessario per il miscelamento del combustibile con l’aria a formare una miscela all’interno del campo di infiammabilità: tale tempo caratteristico dipende dallo stato fisico della sostanza al momento del rilascio, ed è brevissimo nel caso di gas o vapori, mentre si allunga per le sostanze evaporanti. Nel caso di innesco ritardato si ha una fiamma premiscelata (Flash fire) mentre in caso di innesco immediato si hanno fiamme a diffusione, in cui la fase controllante è rappresentata dallo scambio di materia che localmente dà luogo alla formazione di miscele in zona di infiammabilità. Questo si riflette anche nella durata del fenomeno di combustione, che permette di suddividere le fiamme in due categorie: fiamme istantanee, caratterizzate da una durata molto breve (nell’ordine di pochi secondi); e fiamme stazionarie, di durata maggiore dipendente dalle condizioni
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di rilascio e dall’hold up dell’apparecchiatura. Se per quanto riguarda gli effetti sull’uomo entrambe le categorie sono pericolose, per gli effetti sulle apparecchiature le fiamme istantanee possono essere trascurate, in quanto i tempi di irraggiamento sono tali da non compromettere le proprietà dei materiali. Tra le due categorie cambia anche il modo di valutare la distanza di danno: per le fiamme istantanee la zona di danno coincide con l’estensione della zona di fiamma, mentre per le fiamme stazionarie si deve determinare una soglia di irraggiamento, il cui valore dipende dalla gravità delle conseguenze che si vogliono prendere in considerazione.
2.4.2. Alberi degli eventi modificati usati nell’analisi
Nella presente analisi sono stati considerati gli alberi degli eventi tipici della sicurezza industriale modificati in funzione del tipo di attacco esterno considerato. E’ risultato necessario, al momento di selezionare gli scenari possibili in conseguenza di un attacco, analizzare le modalità di danno per sviluppare alberi degli eventi modificati.
Si riporta di seguito una tabella riassuntiva di come la tipologia di attacco influenzi l’albero degli eventi (Tab.2.7).
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MODALITA’ DI DANNO TIPO DI RILASCIO PROVOCATO
TIPOLOGIA DI ALBERO DEGLI EVENTI
Deliberate Misoperation Continuo Standard
Interference using simple minds
Continuo Standard
Interference using major aids
Continuo Standard
Arson using simple means
Continuo/Istantaneo Modificati (presenza di innesco immediato)
Arson using incendiary devices
Continuo/Istantaneo Modificati (presenza di innesco immediato)
Vehicle Accident Continuo/Istantaneo Modificati (presenza di innesco immediato)
Explosives Continuo/Istantaneo Modificati (presenza di innesco immediato)
Shooting (1) Continuo/Istantaneo Standard con innesco non necessariamente immediato
Shooting (2) Continuo/Istantaneo Modificati (presenza di innesco immediato)
Plane Accident Continuo/Istantaneo Modificati (presenza di innesco immediato)
Tabella 2.7 Alberi degli eventi da prendere in considerazione per le varie modalità di attacco.
Pagina | 37
Si riportano di seguito gli alberi degli eventi, nella versione modificata e nella versione standard, usati nella presente analisi: ad ogni albero degli eventi è associata una sigla identificativa.
Esempio:
ET-CL-CR-ST
ET: Event tree (Albero degli eventi);
CL – PG: Criogenic Liquid (Liquido Criogenico)-Pressurized Gas (Gas in
pressione);
CR – IR: Continuous Release (Rilascio Continuo)-Istantaneuous Release
(Rilascio Istantaneo);
ST - MOD: Standard (Albero degli eventi non modificato)-Modified (Albero
degli eventi modificato);Pagina | 38 •
Albero degli eventi standard per rilascio continuo di LNG
(ET-CL-CR-ST)
•
Albero degli eventi modificato per rilascio continuo di LNG
(ET-CL-CR-MOD)
Figura 2.2 Albero degli eventi standard per rilascio continuo di liquido criogenico infiammabile.
Figura 2.8 Albero degli eventi modificato con presenza di innesco immediato per rilascio continuo di liquido criogenico infiammabile.
Pagina | 39
Albero degli eventi standard per rilascio istantaneo di LNG
(ET-CL-IR-ST)
•
Albero degli eventi modificato per rilascio istantaneo di LNG
(ET-CL-IR-ST)
Figura 2.9 Albero degli eventi standard per rilascio istantaneo di liquido criogenico infiammabile
Figura 2.10 Albero degli eventi modificato con presenza di innesco immediato per rilascio istantaneo di liquido criogenico infiammabile
Pagina | 40 •
Albero degli eventi standard per rilascio continuo di BOG/NG
(ET-PG-CR-ST)
•
Albero degli eventi modificato per rilascio continuo di BOG/NG
(ET-PG-CR-MOD)
Figura2.11 Albero degli eventi per rilascio continuo gas infiammabile in pressione.
Figura 2.12 Albero degli eventi modificato con presenza di innesco immediato per rilascio continuo di gas infiammabile in pressione.
Pagina | 41 •
Albero degli eventi standard per rilascio istantaneo di BOG/NG
(ET-PG-IR-ST)
•
Albero degli eventi modificato per rilascio istantaneo di BOG/NG
(ET-PG-IR-MOD)
Figura2.14 Albero degli eventi modificato con presenza di innesco immediato per rilascio istantaneo di gas infiammabile in pressione.
Pagina | 42
2.4.3. Tempi di rilascio
I tempi di rilascio sono stati determinati tenendo conto della presenza dei sistemi di intercettazione d’emergenza. Infatti la durata di uno scenario incidentale è condizionata fortemente dai tempi di azionamento di questi sistemi, che comprendono unità di “gas/fire detection” e valvole di “shut-down” ad azionamento automatico o manuale. Queste valvole permettono l’isolamento delle zone interessate dal rilascio e, se possibile, lo svuotamento o l’intercettazione della sostanza interessata. Il ritardo dell’azione di emergenza dipende fortemente dall’estensione del sito e dalla quantità di sostanza coinvolta nel rilascio: maggiore è la quantità di materiale rilasciato, più veloce sarà l’intervento dei “gas/fire detection” e di conseguenza delle valvole di intercettazione/isolamento.
Si distinguono 3 categorie principali di sistemi di emergenza ad azionamento sia manuale che automatico:
• Emergency Shut Down for fire presence: si aziona automaticamente in caso di rilevamento di fiamme, inoltre può essere azionato manualmente da un operatore nella sala di controllo.
• Emercency Shut Down for gas presence: si aziona automaticamente in caso di rilevamento di una elevata concentrazione di gas (maggiore del 50% LEL) e può essere azionato manualmente dalla sala di controllo.
• Process Shut Down: può essere azionato automaticamente a causa di parametri di processo non corretti (ad esempio pressione della linea troppo alta o bassa), oppure può essere azionato manualmente dalla sala di controllo.
Attraverso studi bibliografici si sono potuti definire dei tempi caratteristici di rilascio in
funzione dei tempi di intervento dei sistemi di emergenza. Questi tempi caratteristici sono
stati associati alle categorie di rilascio identificate nel paragrafo 2.1 e sono riassunti nella
tabella seguente (tab. 2.8). Per i LOCs che prevedono il rilascio di una quantità minore di
sostanza pericolosa sono stati associati dei tempi di rilascio maggiori, a causa del
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concentrazione pericolosi. I tempi di rilascio diminuiscono per i LOCs che prevedono una
quantità maggiore di sostanza rilasciata.
LOC Description Time Release (sec.)
R1 Small leak, continuous release from a 10 mm equivalent
diameter hole
5000
R2 Catastrophic rupture, release of the entire inventory in 600 s
600
R3 Catastrophic rupture, instantaneous release of the
entire inventory in 120 s
120
R4 Pipe leak, continuous release from a hole having 10% of pipe
diameter
3000
R5 Pipe rupture, continuous release from the full-bore pipe
500
Pagina | 44
3.
DEFINIZIONE DEI “CASI STUDIO”
In questo capitolo viene effettuata una descrizione dei terminali di rigassificazione studiati nella presente analisi.
3.1.
Caso studio 1 On-Shore Regasification Terminal
Le principali caratteristiche dell’ impianto On-Shore relativo al Caso studio 1 sono:
• capacità annuale di vaporizzazione: 7.5 miliardi di Nm3;
• fattore di servizio all’impianto: 350 giorni/anno;
• capacità giornaliera: circa 2,15 milioni di Nm3;
3.1.1. Capacità di Stoccaggio
Il terminale dispone di 2 serbatoi fuori terra ( D01 e D02), di 80 m di diametro e di 25 m di altezza, a doppio contenimento, della capacità netta complessiva di circa 220000 m3 di
LNG.
3.1.2. Capacità di Pompaggio
Il metano liquido viene pompato dalla pressione di circa 4 bar dei serbatoi di stoccaggio, fino alla pressione di rete (circa 75 barg) tramite un sistema di pompe funzionanti in serie e costituito da:
• 4 pompe sommerse (G01/2 per il D01 e G03/4 per D02) da 709 m3/h ciascuna, una in
marcia e l’altra in riserva.
• 3 pompe (G11/12/13) della capacità di 763 m3/h ciascuna, una delle quali è normalmente di riserva. La pressione di mandata finale massima è di 80 bar, consistente con la pressione massima del metanodotto.
3.1.3. Capacità di Vaporizzazione
Sono installati 3 vaporizzatori a fiamma sommersa con capacità di vaporizzazione nominale pari a 763 m3/h di LNG ciascuno; due vaporizzatori sono normalmente in marcia, mentre il terzo è utilizzato come riserva.
Pagina | 45
3.1.4. Descrizione del Processo terminale On-Shore
L’impianto di rigassificazione On-Shore del Caso studio 1 è destinato alla ricezione di LNG ed alla rigassificazione dello stesso. Il gas naturale viene trasportato via mare allo stato liquido ad una temperatura di circa -163 °C. Giunto all’impianto viene scaricato, immagazzinato in serbatoi di stoccaggio e, dopo innalzamento della pressione ai valori di rete, ricondotto allo stato gassoso con un’operazione di riscaldamento e vaporizzazione fino alla temperatura di circa 5 °C. Infine viene immesso nella rete nazionale dei gasdotti. L’impianto è costituito dalle seguenti macrosezioni principali:
• ricezione;
• stoccaggio;
• rigassificazione;
• recupero Boil-Off Gas (BOG);
• correzione gas finale
Figura 3.2 Serbatoi di stoccaggio LNG e vista di insieme di un impianto tipo di rigassificazione On-Shore [8].
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3.1.5. Ricezione
La sezione di ricezione è costituita dall’area di attracco delle metaniere, da 4 bracci (3 di scarico e 1 di ritorno vapori), dalla linea di trasferimento LNG e dalla linea di ritorno vapori. L’area di attracco delle navi metaniere è ubicata all’estremità di un pontile di lunghezza pari a circa 500 m e consente la ricezione di navi di capacità di carico massima di circa 70000 m3 di gas naturale liquefatto. La durata complessiva delle operazioni di
scarico è mediamente di 24 h. La zona di mare antistante la testata del pontile è dedicata alla manovra ed all’ormeggio delle navi metaniere ed ha una profondità di circa 10 m. Il pontile è equipaggiato con quattro briccole ognuna dotata di ganci di ormeggio del tipo a sgancio rapido e da due parabordi, equidistanti dai bracci di scarico e con un interasse di circa 70 m, per l’appoggio della nave. Per il trasferimento del carico il pontile è attrezzato, sul lato destro, con quattro bracci di scarico: tre per il liquido (unloading arms diametro 500 mm), ognuno avente portata massima di 3312 m3/h di liquido, e uno per il ritorno dei
vapori alla nave (diametro 500 mm e portata massima 10008 m3/h). La portata di scarico è
determinata in funzione della produzione di vapori (Boil-Off Gas), che si sviluppano durante l’operazione stessa, per consentirne il completo recupero da parte della sezione dedicata. Il ritorno dei vapori alla nave, quando richiesto, viene effettuato mediante una soffiante la cui capacità massima è di circa 12.0 Nm3/h. L’LNG proveniente dalla nave
viene trasferito nei due serbatoi di stoccaggio attraverso la linea di trasferimento che collega i bracci di scarico con i serbatoi stessi.
Pagina | 47 Figura 3.3 Bracci e tubazioni di scarico LNG posizionati sul pontile [8].
3.1.6. Stoccaggio
La sezione di stoccaggio è costituita da due serbatoi di stoccaggio LNG e dalle pompe sommerse per la movimentazione del metano liquefatto. Il gas naturale liquefatto viene stoccato in due serbatoi di capacità geometrica di 125000 m3 e di capacità utile operativa
di 110000 m3. In entrambi i serbatoi l’LNG si trova a circa -163 °C e 3 barg. I serbatoi DCT
(double containment tank) sono costituiti da due contenitori cilindrici coassiali ad asse verticale. Il contenitore interno autoportante, in acciaio al 9% Ni, ha lo scopo di contenere l’LNG mentre il contenitore esterno, in cemento armato precompresso ha la duplice funzione di sorreggere e proteggere il materiale coibente posto intorno al contenitore interno e di contenere, in caso di emergenza, eventuali perdite di LNG. Ogni serbatoio è,
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inoltre, posizionato all’interno di un bacino di contenimento. L’LNG viene prelevato dalla sommità del tetto di ogni serbatoio tramite pompe sommerse di portata complessiva pari a 1.418 m3/h e inviato direttamente alle pompe centrifughe di alimentazione degli
evaporatori. Essendo l’LNG all’interno dei serbatoi nelle condizioni di equilibrio liquido-vapore si ha una produzione continua di vapori di gas naturale (Boil-Off gas); inoltre, in condizioni di normale esercizio lungo la linea di trasferimento dell’LNG e all’interno dei serbatoi di stoccaggio si ha la formazione di boil-off in funzione del calore scambiato con l’esterno, seppur minimizzato dalle coibentazioni delle linee di processo e dei serbatoi di stoccaggio. La produzione di Boil-Off gas è maggiore in discarica a causa della turbolenza all’interno dei serbatoi. Tali vapori di boil-off in parte possono essere inviati alla nave tramite una soffiante, ed in parte sono inviati a recupero tramite compressori alternativi di portata complessiva pari a 3564 m3/h.
OUTER TANK SHELL (PRESTRESSED CONCRETE) INNER TANK (9% Ni STEEL) PERLITE INSULATION (WOODEN SUPPORTS) PERLITE INSULATION (WOODEN SUPPORTS) RISER 4"
VAPOR DRAWOFF 24" FILL LINE 24"
OUTER TANK ROOF (CARBON STEEL)
SUBMERGED PUMP COLUMN (N° 3) ROOF PLATFORM
COLUMNS (N° 28)
PERLITE INSULATION IN N2 ATMOSPHERE
PILE CAP
NEW FONDATION PILES
V
Figura 4 Struttura del serbatoio Double Containment Tank[1].
Roof Platform Submerged Pump Column Perlite Insulation in N2 Atmosfere Perlite Insulation Inner Tank (9% Ni Steel) Outer Tank (Prestresed Concrete)
Outer Tank Roof Perlite Insulation
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3.1.7. Rigassificazione
La sezione di rigassificazione è costituita da:
• 3 pompe per la movimentazione e pressurizzazione del gas naturale liquefatto, di cui una in stand-by;
• 3 vaporizzatori a fiamma sommersa, di cui uno in stand-by;
L’LNG prelevato dai serbatoi è pressurizzato tramite 2 pompe centrifughe primarie di portata complessiva pari a 709 m3/h, fino alla pressione di circa 25 barg all’ interno della
torre di ricondensazione del BOG C01. Successivamente l’LNG è movimentato da 2 pompe centrifughe secondarie della capacità di 792 m3/h e portato alla pressione di rete
di circa 75 barg. L’LNG alla pressione di rete è inviato a 3 vaporizzatori a fiamma sommersa; il calore necessario alla vaporizzazione viene fornito dalla combustione di gas naturale (fuel gas) spillato a valle dei vaporizzatori. I vaporizzatori a fiamma sommersa (SCV) sono essenzialmente costituiti da banchi di serpentini in acciaio inox immersi in una vasca di acqua dolce riscaldata tramite l’utilizzo di bruciatori. L’LNG scorre all’interno dei serpentini, riceve calore dall’acqua calda che circola all’esterno, vaporizza ed esce dall’apparecchiatura. Il gas naturale vaporizzato è già alla temperatura adatta ad essere inviato alla rete senza subire ulteriori riscaldamenti, mentre i fumi di combustione, dopo aver scaldato l’acqua, escono all’atmosfera attraverso i rispettivi camini.
Figura 3.4 Principio di funzionamento vaporizzatore SCV (Submerged Combustion Vaporizer)[1]. EXHAUST STACK WATER FUEL PILOT GAS WEIR TUBE BUNDLE PROCESS FLUID IN OUT WATER RECIRCULATION
DISTRIBUTOR DUCT WITH SPARGE TUBES
COMBUSTION AIR COOLING WATER JACKET Pilot Gas Combustion Air Cooling Water Jacket Process Fluid Exhaust Stack
Tube Bundle Weir
![Figura 3.2 Serbatoi di stoccaggio LNG e vista di insieme di un impianto tipo di rigassificazione On-Shore [8].](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/123dokorg/7361810.94453/45.892.91.810.629.1100/figura-serbatoi-stoccaggio-vista-insieme-impianto-rigassificazione-shore.webp)
![Figura 3.9 Rigassificatore Off-Shore GBS durante una fase di scarico dell’LNG [11].](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/123dokorg/7361810.94453/55.892.125.773.697.1127/figura-rigassificatore-off-shore-gbs-durante-fase-scarico.webp)
![Figura 4.3 Bacino di contenimento del serbatoio di stoccaggio dell'LNG [8].](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/123dokorg/7361810.94453/68.892.110.791.305.819/figura-bacino-contenimento-serbatoio-stoccaggio-lng.webp)
