Presentazione

Il rischio incendio
negli impianti geotermici e a biomasse
Metodologie e approcci
13/09/2016
ISTITUTO SUPERIORE ANTINCENDI, Via del Commercio, ROMA
Indice

Geotermia


Analisi dei rischi (FMECA)
Biomassa

Approccio per dimensionamento e verifiche del rischio incendio negli stoccaggi
2
Geotermia
Schema tipico di una centrale
Geotermia
Analisi dei rischi
Nell’ottica del miglioramento continuo,
i rischi presenti nelle centrali Geotermoelettriche, anche relativi agli incendi,
vengono periodicamente verificati da Team multidisciplinari
Scopo del Lavoro
Uno Studio Sistemico
del rischio incendio
e dei rischi connessi alla presenza di
NCG (Non Condensible Gases)
negli impianti geotermici……..
...per prevenire incendi, esplosioni, rischi legati alla presenza di H2S, CO2, H2 , CH4
nei Gas Non Condensabili e fornire indicazioni utili a O&M, autorità locali, VVF.
4
Geotermia
Metodologia
La metodologia selezionata per lo studio è la FMECA
(Failure Mode, Effects and Criticalities Analysis)*
Ad ogni causa di guasto sono stati associati:
- Probabilità di guasto (Pg);
- Rilevabilità (R);
- Probabilità di sviluppo di scenari incontrollati(Pi)
- Severità (D)
.
Ed è stato calcolato un Risk Priority Number
pari a: RPN = Pg x R x Pi x D
Gli RPN vanno da 1 a 300 (rischio massimo).
*standards (MIL-STD-1629A and EPRI 1011989 - Fire PRA Methodology for Nuclear Power Facilities)
Geotermia
Metodologia. Criticality analysis
L’analisi di criticità è stata condotta attraverso tre steps*:
- Scomposizione dell’impianto in aree caratteristiche (item);
- Identificazione dei macchinari a maggior potenziale di rischio;
- Associazione per macchinario dei modi di guasto.
Per gli impianti geotermoelettrici la scomposizione in aree
caratteristiche rilevanti ai fini dell’analisi è stata la seguente:
Item #
Definizione Item GEO
1
Sala controllo
2
Locale quadri
3
Sala macchine
4
Trasformatori e Stazione Elettrica
5
Torri di raffreddamento
6
AMIS
* In accordo alle linee guida de MIL-STD-1629A e EPRI 1011989 - Fire PRA Methodology for Nuclear Power Facilities
6
Geotermia
Metodologia. Criticality analysis
Per ciascun item (sezione di impianto o ambiente) si è identificato l’oggetto di maggior criticità rispetto al
rischio incendio o ad altri aspetti di sicurezza
Item #
1
2
3
4
Definizione Item GEO
Sala controllo
Locale quadri
Sala macchine
Trasformatori e Stazione
Elettrica
FIRE CRITICALITY
EQUIPMENT
SAFETY CRITICALITY
EQUIPMENT
Item #
Definizione Item GEO
Prese elettriche
Prese elettriche
7
Area vapore
Quadri Bassa Tensione
Quadri Bassa Tensione
Locale batterie
Locale batterie
8
Area tra torri e locale
macchine
Trasformatore Ausiliari
Quadri Media Tensione
Cassa olio lubrificazione
Turbina a vapore
Cassa olio attuatori
Estrattore gas
9
Area esterna alla
recinzione di centrale
FIRE CRITICALITY
EQUIPMENT
Piping durante la
manutenzione
Motore Pompa acqua
estrazione (PAE)
Piping e serbatoi in
manutenzione
SAFETY CRITICALITY
EQUIPMENT
Piping e serbatoi
Vegetazione
Trasformatore MT/AT
Struttura torri
5
Torri di raffreddamento
Circuiti elettrici, motori
Tubazione ingresso Gas
Reattore H2S (R-2)
6
AMIS
Box macchine ventilatori
Box quadri elettrici
Box macchine
ventilatori
Box quadri elettrici
7
Geotermia
Metodologia. Failure Mode Analysis
I possibili eventi di guasto sono stati classificati
secondo uno schema riportante:
- ID Guasto;
- Categoria di guasto (funzionale, strumentale, meccanico,
elettrico, civile, altro);
- Modo di guasto (anomalia, degrado, deterioramento, perdite,
punti caldi, sporcamenti, assorbimenti anomali,
surriscaldamenti, usura, errori umani etc.).
La loro lista dei è stata definita in base all’esperienza condivisa
all’interno di Enel Green Power (HSE, Ingegneria, O&M).
8
Geotermia
Metodologia. Failure Mode Analysis
N
1.1
Item/Macchinario
Sala controllo
Prese elettriche
Modo di guasto
GE05 Corto circuito, guasto circuitale
RPN
8
1.2
Quadri Bassa Tensione
GE06 Assorbimento eccessivo o
anomalo
GE02 Deterioram. ossidaz. conness.
Elettriche
GE03 Punti caldi alle connessioni
1.3
Locale batterie
GE08 Sviluppo di gas
16
24
GF10 Parametri di esercizio anomali
8
GE05 Corto circuito, guasto circuitale
8
GE05 Corto circuito, guasto circuitale
18
GF11 Surriscaldamento
36
16
2.1
Locale quadri
Trasformatore Ausiliari
2.2
Quadri Media Tensione
3.1
3.2
4.1
5.1
5.2
5.3
6.1
6.2
6.3
7.1
8.1
8.2
GE02 Deterioram. ossidaz. conness.
Elettriche
GE03 Punti caldi alle connessioni
8
32
8
Sala macchine Cassa olio
lubrificazione
Cassa olio attuatori
GE05 Corto circuito, guasto circuitale
24
GE05 Corto circuito, guasto circuitale
24
Trasformatori e Stazione Elettrica
Trasformatore MT/AT
GE05 Corto circuito, guasto circuitale
30
GE08 Sviluppo di gas
GF11 Surriscaldamento
GM04 Intasamento, sporcamento
48
48
40
GE05 Corto circuito, guasto circuitale
4
GE03 Punti caldi alle connessioni
GM04 Intasamento, sporcamento
GF11 Surriscaldamento
GE03 Punti caldi alle connessioni
GE03 Punti caldi alle connessioni
GM04 Intasamento, sporcamento
6
20
2
12
8
32
GE05 Corto circuito, guasto circuitale
12
GM04 Intasamento, sporcamento
32
GA11 Altri guasti
18
Torri di raffreddamento Struttura
torri
Circuiti elettrici, motori
Tubazione ingresso Gas
AMIS Reattore H2S (R-2)
Box macchine ventilatori
Box quadri elettrici
Area vapore Piping durante la
manutenzione
Area torri e locale macchine
Motore pompa acqua estrazione
(PAE)
Piping e serbatoi in manutenzione
Le azioni di mitigazione adottate negli anni per
ridurre i rischi di incendio o i rischi derivanti dalla
presenza di gas non condensabili hanno
consentito di limitare i Risk Priority Numbers al di
sotto di 50, valore considerato accettabile.
9
9.1
Area esterna alla recinzione di
centrale Vegetazione
Geotermia
Analisi dei rischi. Conclusioni e azioni di miglioramento
La composizione dei fluidi geotermici non è soggetta a variazioni significative nel tempo.
Il fluido geotermico, essenzialmente composto di vapore acqueo, non è infiammabile.
Anche i gas incondensabili separati dal vapore, in tutto il loro percorso all’interno della
centrale geotermoelettrica e dell’impianto AMIS®, non sono mai caratterizzati da
condizioni di infiammabilità, per il bassissimo contenuto di gas combustibili (metano,
idrogeno, idrogeno solforato) e per la bassa concentrazione di comburente (ossigeno),
essendo CO2 il componente principale. Miglioramento: sottoporre ad analisi i
catalizzatori AMIS vicini a fine vita, verificandone l’obsolescenza per prevenire
performance anomale o formazione di prodotti indesiderati.
Le centrali non sono presidiate. La dotazione di rilevatori portatili scongiura l’esposizione del personale di
manutenzione ai gas tossici. Miglioramento: studiare l’installazione di rilevatori di CO2, H2S in sala macchine
o in eventuali vani sotterranei non confinati.
Le torri refrigeranti, cioè la parte più esposta al rischio incendio, sono protette da impianti dedicati.
Cavi elettrici MT/BT sono non propaganti la fiamma. Miglioramento: prevedere cavi anche con bassa
emissione di gas nocivi
L’analisi dei rischi conferma che le centrali geotermoelettriche di Enel Green Power
in Italia non presentano criticità per rischi di incendio o di esplosione
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Biomassa
Il problema
•
La Biomassa è soggetta ad attività chimiche e biologiche (soprattutto microbiologiche – fermentazione-,
dovute all’attacco di funghi e batteri).
• Il metabolismo batterico è più importante nelle biomasse erbacee, per il maggiore contenuto percentuale
di cellulosa e zuccheri, rispetto alle biomasse legnose.
• Tali attività generano calore. Il calore non dissipato può provocare un “autoriscaldamento” e perfino una
“autoignizione”.
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Biomassa
Il problema
• Oltre al calore, l’attività di batteri e funghi genera negli
stoccaggi di biomassa gas tossici e combustibili
• Le proprietà isolanti del materiale, soprattutto negli
stoccaggi in cumuli di altezza elevata, favoriscono i
fenomeni di fermentazione e il riscaldamento.
• Quando il calore generato risulta maggiore di quello
dissipato si ha un aumento progressivo di temperatura
fino a una possibile ignizione e alla combustione.
• L’incendio può innescarsi anche a contenuti di O2 molto
bassi (anche il 3% può supportare una pirolisi) ed
anche molto internamente nel deposito.
• Indicatori: aumento presenza CO; aumento di
temperatura.
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Biomassa
Lo stoccaggio
Lo stoccaggio della biomassa è cruciale per assicurare la disponibilità di combustibile all’impianto.
Allo scopo di aumentare la densità “bulk” del materiale, la biomassa è spesso
sottoposta a trasformazioni che ne riducano la pezzatura (es: cippatura).
Un’alta presenza di umidità (moisture content, MC) è alla base della proliferazione dei batteri, e dunque
sarebbe preferibile uno stoccaggio coperto e ventilato, su superficie pavimentata, di materiale con MC < 30%.
L’attacco di funghi e batteri può causare perdite di combustibile, fino al 30% della quantità originale, creando
anche condizioni che aumentano le probabilità di accadimento di incendi.
La mancanza di corteccia favorisce l’aumento di umidità in caso di stoccaggio allo scoperto (neve, pioggia).
Importanti sono le dimensioni dei singoli depositi, perchè la massa stoccata è correlata al rischio di
deterioramento e dunque all’autoignizione. In Italia stoccaggi di dimensioni superiori a 5000 m3 richiedono la
presenza di sistemi di controllo incendio, con ripercussioni anche sui costi.
Principali fattori che influenzano le perdite e il rischio incendio (cippato)
Fattore
Influenza
Umidità (Moisture content):
Alto MC
Basso MC
Dimensioni mucchio (altezza):
Grandi (alto)
Piccole (basso)
Pezzatura: Geothermal & Biomass Design
Piccola
Materiale non trattato
Perdite risultanti:
ALTE
BASSE
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Biomassa
Lo stoccaggio. Il FSE e la verifica dell’“effetto domino”
L’approccio ingegneristico (Fire Safety Engineering, FSE), si basa sulla predizione della
dinamica evolutiva dell’incendio tramite idonei modelli di calcolo.
1) Dimensionato un lay-out degli stoccaggi…
2) …si modellano i cumuli
3) …e si caratterizza la potenza termica irradiata durante l’incendio.
Con il calcolo (es: simulazione numerica*) si procede all'analisi quantitativa degli effetti
dell'incendio, in questo caso valutando soprattutto i flussi termici che investono i cumuli vicini in
uno scenario d’incendio di progetto, per scongiurare l’“effetto domino”.
I risultati sono poi riportati nel Sistema di Gestione della Sicurezza Antincendio (SGSA).
*ad esempio, utilizzando il modello d’incendio numerico avanzato Fire Dynamics Simulator
Il Sistema di Gestione della Sicurezza Antincendio (SGSA) contiene il programma per la valutazione dei pericoli, la gestione delle emergenze, il controllo operativo e la manutenzione dei sistemi
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Biomassa
Lo stoccaggio. Dimensionamento e verifiche
Lo stoccaggio può dunque presentare rischi significativi, da considerare in maniera opportuna.
Per mitigare i rischi occorrono:
1. Una caratterizzazione della biomassa e severe procedure di controllo qualità
2. Un layout e un design appropriato
3. Modalità di Operation e monitoraggio.
4. Aderenza alle procedure HSE studiate per l’impianto.
L’approccio ingegneristico e l’utilizzo di strumenti di
calcolo adeguati, uniti al rispetto delle Norme,
consentono di minimizzare i rischi di innesco
dell’incendio e di una sua eventuale propagazione.
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Grazie per
l’attenzione
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