Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon
Transcription
Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon
Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon – Metodikk og eksempler Francesco Chillè Arnt-Lennard Fuglestad GexCon Italy [email protected] GexCon Italy [email protected] © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 1 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Oversikt • Teoretisk bakgrunn for transformatoreksplosjoner • Primæreksplosjoner • Sekondæreksplosjoner • Risikoanalyse for transformatoreksplosjoner vha. FLACS • Eksempler fra prosjektarbeid • Blaafalli III • Blaafalli Vik © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 2 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Risikoanalyse for eksplosjoner av oljefylte komponenter Flere mekanismer bidrar til å skape en sekundæreksplosjon. Disse kan deles inn i: • elektriske faktorer • kjemiske faktorer • fysiske faktorer • mekaniske faktorer Det er altså nødvendig å bruke en metodikk fra mange faglige disipliner for å kunne beskrive et slikt scenarie. © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 3 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Bestemmelse av elektriske feilscenarier Lysbueenergi defineres som: Pyrolysis reaction Der: i L n t er lysbuestrømmen er lysbuelengden er antall lysbuer er varigheten av lysbuen © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com Electric arc 4 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Scenarier for sekundæreksplosjoner HV 1 HV 2 Gen Arcs HV 1 HV 2 Gen L (mm) 200 300 400 200 300 400 50 75 100 Probability L t=80 t=150 t=240 (mm) ms ms ms 200 9.0% 3.0% 0.4% 300 12.0% 4.5% 0.7% 400 7.5% 2.2% 0.3% 200 7.5% 1.5% 0.3% 300 10.5% 2.2% 0.4% 400 6.0% 1.8% 0.1% 50 7.5% 2.2% 0.3% 75 10.5% 3.0% 0.4% 100 4.5% 1.5% 0.1% Energy exceedance curve 1.00E-02 Prob 1.49E-06 4.48E-06 1.79E-05 1.49E-06 2.99E-06 2.24E-05 4.48E-06 2.99E-06 1.49E-05 5.98E-05 1.49E-05 7.47E-06 2.99E-06 2.99E-05 2.24E-05 0.000105 4.48E-06 4.48E-05 4.48E-05 2.24E-05 7.47E-05 7.47E-05 0.000105 2.99E-05 0.00012 7.47E-05 8.97E-05 Energy 101.7898 76.23209 65.49155 63.45158 50.67437 49.04772 47.31012 42.85886 39.96863 34.92432 32.60389 32.09772 31.16867 29.80101 28.47459 26.15541 21.33658 21.32509 20.18347 19.63338 17.3865 16.43498 15.04899 14.1756 12.30843 9.914517 8.181881 SProb 1.49E-06 5.98E-06 2.39E-05 2.54E-05 2.84E-05 5.08E-05 5.53E-05 5.83E-05 7.32E-05 1.33E-04 1.48E-04 1.55E-04 1.58E-04 1.88E-04 2.11E-04 3.15E-04 3.20E-04 3.65E-04 4.10E-04 4.32E-04 5.07E-04 5.81E-04 6.86E-04 7.16E-04 8.36E-04 9.10E-04 1.00E-03 1.00E-03 Frequency (%) Arcs Arc energy t=80 t=150 t=240 ms ms ms 8.2 14.2 21.3 12.3 21.3 32.1 16.4 28.5 42.9 17.4 32.6 50.7 26.2 49.0 76.2 34.9 65.5 101.8 9.9 19.6 31.2 15.0 29.8 47.3 20.2 40.0 63.5 © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 1.00E-04 1.00E-05 1.00E-06 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Arc Energy (MJ) Arc Energy Classes class 1 2 3 4 MJ 25.5 51 76.5 102 Probability 6.85E-04 2.90E-04 2.39E-05 1.49E-06 5 110 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Scenarier for sekundæreksplosjoner Definisjon av oljetåkeklasser og tilhørende frekvenser • Oljetåkeklasser defineres som en mengde oljetåke som har n ganger så mye forbrenningsenergi som den spaltede gassen. • Frekvensene til oljetåkeklassene blir også definert som en funksjon av energiklasser Oil Mist Class Probability (%) Arc Energy Class Oil Mist Classes class oil x oil mist fraction 1 1 20.2 3 3 60.6 7 7 141.5 © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 1 2 3 4 1 45% 35% 25% 20% Oil Mist Class 3 35% 40% 40% 35% 7 20% 25% 35% 45% 6 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 CFD-eksplosjonsanalyser For å kunne modellere hvordan overtrykk og flammer brer seg gjennom et anlegg, er det viktig å ha en god 3D modell av trafocellen med alle tilhørende volumer og ventilasjonsveger korrekt representert. © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 7 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 CFD-eksplosjonsanalyser Etter at geometrimodellen er laget, defineres de sekundære eksplosjonsscenariene på grunnlag av gassammensetning, størrelse av gassky og plassering av tennpunkt © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 8 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 CFD-eksplosjonsanalyser Numeriske CFD-analyser blir utført for å beregne hvordan flammer og trykk forplanter seg, for hvert av eksplosjonsscenariene. Til dette formålet brukes den numeriske programvaren FLACS. © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 9 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Bestemmelse av designlaster Bruk av exceedancekurver for design og vurderinger © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 10 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Bestemmelse av designlaster Bruk av exceedancekurver for optimalisering av Layout © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 11 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Bestemmelse av designlaster Denne metoden gjør det mulig å si noe om hvilket trykknivå vi kan forvente som følge av en trafoeksplosjon i et gitt anlegg. © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 12 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Oversikt Eksempeltilfeller • Blaafalli III • Exceedancekurver brukes til å sammenligne ulike løsninger for å ventilere trykket • Blaafalli Vik • Sensitivitet for hvordan usikkerhet i elektriske parametre påvirker resultater • Trykkseksjonering • Sensitivitet for åpningstrykket til trafoporten © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 13 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle I • Blaafalli III © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 14 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle I • Blaafalli III • Vannkraftverk med to generatorer • Transformatorcellene befinner seg rett under gulvet i maskinsalen • Det har blitt utført simuleringer med to forskjellige typer luker over transformatorcellene • Layout A, tung luke, betongelement • Layout B, lett luke, stålplate • Det har blitt utført simuleringer med tre forskjellige lysbueenergiklasser og tre oljetåkeklasser © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 15 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle I Blaafalli III geometri © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 17 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle I Blaafalli III, trykk vs. tid i transformatorcellen Layout A, tung luke Layout B, lett luke ØKENDE LYSBUEENERGI - Lav andel oljetåke - Middels andel oljetåke © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com - Høy andel oljetåke 19 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle I Blaafalli III, trykk vs. tid i maskinsalen Layout A, tung luke Layout B, lett luke ØKENDE LYSBUEENERGI - Lav andel oljetåke - Middels andel oljetåke © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com - Høy andel oljetåke 20 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle I Hvis vi kombinerer resultatene fra eksplosjonssimuleringene med de estimerte sannsynlighetene for de elektriske feilscenariene får vi: • Exceedancekurver for eksplosjonstrykket • Disse kurvene kan beregnes for: • Forskjellige mål inne i anlegget • Ulike løsninger for å ventilere trykket, som i dette tilfellet vil si forskjellige typer luker over trafocellene © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 21 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle I Blaafalli III, exceedancekurver for trykk i trafocellen, simuleringer med tunge og lette luker Pressure/frequency curve Monitoring Panels Transformer Cells 1.0E-03 A Cell 1, Wall 1 Frequency [per year] B Cell 1, Wall 1 1.0E-04 1.0E-05 1.0E-06 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 Pressure [barg] © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 22 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle I Blaafalli III, exceedancekurver for trykk i maskinsalen, simuleringer med tunge og lette luker Pressure/frequency curve Monitoring Panels Main Gallery 1.0E-03 A Floor Main Gallery Frequency [per year] B Floor Main Gallery 1.0E-04 1.0E-05 1.0E-06 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 Pressure [barg] © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 23 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle I Blaafalli III, resultater fra exceedancekurver for trykk oppsummert i en tabell : Worst case DAL [barg] Layout A Layout B Layout A Layout B Layout A Layout B 0.32 0.12 0.80 0.19 1.28 0.28 0.02 0.03 0.25 0.14 0.28 0.18 0.05 0.03 0.26 0.13 0.35 0.18 10-04 DAL [barg] Target Transformer Cell no. 1 Transformer Cell no. 2 Main Gallery © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 10-05 DAL [barg] 25 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle I Blaafalli IIII Konklusjon: • Det har blitt utført simuleringer med to ulike løsninger for å ventilere trykket • Layout A, tung luke, betongelement • Layout B, lett luke, stålplate • Resultateme fra simuleringene viser at de lette lukene (layout B) gir mindre trykk i både trafocellen og i maskinsalen © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 26 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle II Blaafalli Vik, vannkraftverk © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 27 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle II Blaafalli Vik, vannkraftverk • Formålet med studien var å forsikre seg om at trykkseksjoneringen er slik at: • • Eksplosjoner opp til 1,0 bar begrenses til trafocellen • Alle eksplosjoner begrenses til trafogangen Det har blitt utført simuleringer med to forskjellige åpningstrykk for porten til trafocellen • • Layout A, påpning = 1,0 bar, iht. prosjektbeskrivelse • Layout B, påpning = 0,2 bar, sensitivitet Det har blitt utført simuleringer med fire forskjellige lysbueenergier og tre forskjellige oljetåkeklasser © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 28 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle II Blaafalli Vik geometri © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 29 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle II Blaafalli Vik, vannkraftverk © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 31 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle II Blaafalli Vik, elektriske feilscenarier • Følgende data har blitt brukt for å beregne de elektriske feilscenariene og de tilhørende sannsynligheter: • Frekvensen til en alvorlig transformatorfeil • Sannsynlighet for elektrisk feil på lavspent og høyspent side • Pålitelighet effektbryter, pålitelighet til generatorbryter • Lysbuens varighet • Lysbuelengde © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 32 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle II Blaafalli Vik, elektriske feilscenarier • Elektriske feilscenarier med tre forskjellige lysbuelengder har blitt vurdert • Lavspent side: 150 mm, 200 mm and 250 mm • Høyspent side: 210 mm, 310 mm and 410 mm • Den partielle sannsynligheten til disse lysbuelengdene er ikke kjent • En sensitivitetsstudie har blitt utført © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 33 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle II Blaafalli Vik, elektriske feilscenarier • Et sensitivitetsstudie har blitt utført • sannsynligheten til den lengste lysbuelengden er lik 100% av sannsynligheten til den korteste lysbuelengden • sannsynligheten til den lengste lysbuelengden er lik 70% av sannsynligheten til den korteste lysbuelengden • sannsynligheten til den lengste lysbuelengden er lik 50% av sannsynligheten til den korteste lysbuelengden • sannsynligheten til den lengste lysbuelengden er lik 20% av sannsynligheten til den korteste lysbuelengden © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 34 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle II Blaafalli Vik, elektriske feilscenarier Fault Arc energy [MJ] Arc at LV without breaker fault. Arc Voltage 375 V Arc at LV with fault in Generator breaker. Arc Voltage 375 V Arc at LV with fault in Circuit Breaker 300BT1E. Arc Voltage 375 V Arc at LV without switch failure. Arc Voltage 500 V Arc at LV with the failure of the generator breaker. Arc voltage 500 V Arc at LV with the failure of the circuit breaker 300BT1E. Arc voltage 500 V Arc at LV without switch failure arc voltage 625 Volt Arc at LV with the failure of the generator breaker. Arc voltage 625 V Arc at LV with the failure of the circuit breaker 300BT1E. Arc voltage 625 V Arc at HV side without switch failure. Arc voltage 525 V Arc at HV side of the failure of the generator switch. Arc voltage 525 V Arc at HV side of the failure of the circuit breaker 300BT1E. Arc voltage 525 V Arc at HV side without switch failure. Arc voltage 775 V Arc at HV side of the failure of Generator switch. Arc voltage 775 V Arc at HV with the failure of the circuit breaker 300BT1E. Arc voltage 775 V Arc at HV side without switch failure. Arc voltage 1025 V Arc at HV side of the failure of Generator switch. Arc voltage 1025 V Arc at HV side of the failure of the circuit breaker 300BT1E. Arc voltage 1025 V © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 10,4 130,8 20,9 13,9 174,5 27,8 17,4 218,1 34,8 2,1 31,7 4,3 3,1 46,8 8,3 4,2 61,8 8,3 35 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle II Blaafalli Vik, elektriske feilscenarier Exceedancekurver for lysbueenergi, med sensitivitet for forskjellige sannsynligheter av lysbuelengder © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 36 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle II Blaafalli Vik, exceedancekurver for trykk i trafocellen, to forskjellige åpningstrykk for trafoporten 1.0E-02 Layout A,Transformer cell 100% Layout A, Transformer cell 20% Layout B, Transformer cell 100% Layout B, Transformer cell 20% Frequency [per year] 1.0E-03 1.0E-04 1.0E-05 1.0E-06 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 Pressure [barg] © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 37 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle II Blaafalli Vik, exceedancekurver for trykk i trafogangen, to forskjellige åpningstrykk for trafoporten 1.0E-02 Layout A, Right wall, end corridor (100%) Layout A, Right wall, end corridor (20%) Layout B, Right wall, end corridor (100%) Layout B, Right wall, end corridor (20%) Frequency [per year] 1.0E-03 1.0E-04 1.0E-05 1.0E-06 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 Pressure [barg] © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 38 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle II Blaafalli Vik Konklusjon: • To sensitiviteter har blitt undersøkt 1) Sensitivitet av fordelingen av sannsynlighet for forskjellige lysbuelengder • Påvirker frekvensene til de elektriske feilscenariene • Eksplosjonsscenariene endres ikke 2) Åpningstrykket til porten til trafocellen • To sett med eksplosjonssimuleringer • Denne metoden tillater oss å optimalisere sensitive designparametre © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 40 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle II Blaafalli Vik Konklusjon: • Det har blitt utført simuleringer med to forskjellige åpningstrykk til porten til trafocellen • Layout A, påpning = 1,0 bar, iht. prosjektbeskrivelse • Layout B, påpning = 0,2 bar, sensitivitet • Exceedancekurven viser • Layout A gir litt høyere trykk inne i trafocellen • Layout B gir nesten identiske resultater for trafogangen • Dette skyldes at volumet av trafogangen ikke er stort nok til at trykkbølgen kan ekspandere © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 41 Bestemmelse av trykkforhold ved oljedamp sekundæreksplosjon - Brannforum 2015, Sarpsborg, 3. – 4. februar 2015 Eksempeltilfelle II Blaafalli Vik Konklusjon: • NB! Layout med høye åpningstrykk : • Fordrer at man bruker mer ressurser på styrkeberegninger av trafocellen • Forsikrer seg om at man ikke får en hendelse som eskalerer nar porten først åpner © GexCon Italy s.r.l. www.gexcon.com 42