NAVI A GAS LIQUEFATTO: RISCHIO DI INCENDIO ED ESPLOSIONE [ Fire and explosion risk analysis and evaluation for LNG ships]

“Nella pianificazione urbana, le rotte marittime del GNL non dovrebbero trovarsi in luoghi o unità ad alta densità di persone o cose; quando si verifica l’incidente della nave GNL, le persone e i materiali di valore dovrebbero essere evacuati in tempo in aree sicure, per evitare danni alle proprietà e alle persone”

La pubblicazione a cui facciamo riferimento è leggibile in versione completa qui(*). Gli autori, LI Jianhuaa
e HUANG Zhenghua, del Department of Fire Command, Chinese People’s Armed Police Force Academy, Langfang 065000, Hebei, China si propongono la valutazione del rischio di incendio ed esplosione a cui sono soggette le navi che trasportano, immagazzinano o rigassificano gas naturale liquefatto (GNL) utilizzando il metodo Dow, il modello BLEVE e il modello VCE. L’indice di rischio di incendio ed esplosione è risultato assai elevato se non viene mitigato da opportune e stringenti misure di sicurezza che gli autori consigliano che siano applicati come riferimenti inderogabili alla gestione scientifica della navigazione da parte delle imprese impegnate nella filiera del gas liquefatto.
La pubblicazione in oggetto è divenuta un punto di riferimento assai importante per le analisi successive. Le conclusioni in merito alle conseguenze pur apparendo assai caute rispetto ad altre di cui parleremo non appaiono tuttavia molto rassicuranti: “se esposto alla radiazione della palla di fuoco dopo 15 secondi ed entro 1400 m dalla nave GNL, oltre il 50% delle persone morirebbe; entro 1600 m oltre il 50% subirebbe ustioni di secondo grado; entro 2300 m più del 50% sarebbero di primo grado. Vale a dire che le conseguenze dell’esplosione di vapore in espansione di liquido bollente (BLEVE) sono molto gravi, il che può causare enormi danni materiali e vittime“. Notare la durata considerata. Il dato del 50% di vittime entro un raggio di 1400 metri dalla nave è, infatti, relativo a soli 15 secondi della esplosione della palla di fuoco. Cosa accadrebbe nelle ore successive in un centro abitato in seguito alla propagazione degli eventi seguenti alla “palla di fuoco” non è preso in considerazione dagli autori…

Nell’introduzione gli autori dopo averci ricordato che il gas naturale liquefatto (GNL) è un fluido liquido composto essenzialmente da metano, contenente tracce di etano, propano, azoto e altri componenti con densità di 447 kg/m3, meno della metà di quella dell’acqua, si mostrano consapevoli del fatto che le importazioni cinesi di gas naturale liquefatto via mare registreranno una rapida crescita e come si necessario di conseguenza attenzionare, analizzandolo e valutandolo opportunamente, il grande rischio di incendio ed esplosione a cui sono soggette le navi GNL per “risolvere efficacemente i problemi nel trasporto a lunga distanza”.

Dopo aver descritto le caratteristiche della nave LNG (1) gli autori passano in rassegna le diverse tipologie di rischi di incendio ed esplosione a cui è soggetta una nave adibita a trasporto, stoccaggio e/o rigassficazione GNL.

Pericolo d'incendio
Il GNL è una sostanza altamente infiammabile ed esplosiva con punto di accensione di 650 (n.d.a. punto di accensione è la temperatura alla quale una sostanza combustibile liquida produce vapori sufficienti a mantenere la combustione una volta iniziata), rapida propagazione della fiamma, grande velocità di combustione, circa 2 volte superiore alla benzina, alta temperatura di fiamma, quindi la combustione produce forte calore radiante, facile formazione di ampia area di incendio, con caratteristiche di recrudescenza, riesplosione, di difficile estirpazione.
Il gas naturale liquefatto è immagazzinato nelle navi a bassa temperatura (-162°C ) e pressione atmosferica. Il liquido trovandosi a temperatura ultra bassa, nel momento in cui si trovasse a contatto con lo scafo generale, poiché il raffreddamento locale produce uno stress termico eccessivo, renderà avrebbe il potere di infragilire lo scafo sino alla fratturazione spontanea con perdita di duttilità e conseguente messa in pericolo dell'intera struttura della nave. 
La vaporizzazione del GNL, a temperatura ambiente, avviene con facilità. I vapori che si formano fanno salire facilmente la pressione e la temperatura all'interno della stiva, rischiando così il danneggiamento della struttura. La rottura combinata della condotta e del sistema di carico e scarico, la rottura nella stiva di contenimento del liquido, collisioni e altri fattori possono portare alla fuoriuscita di gas liquefatto, in grado di provocare incidenti in caso di incendio.
Rischio di esplosione della nuvola di vapore
Il punto di ebollizione del GNL (tenendo conto del metano) è -162°C, facilmente gassificabile. Una unità di volume di GNL, se rigassificato, aumenterà di 625 volte. Se i serbatoi sferici di gas naturale liquefatto nella nave GNL perdessero, il flash di vaporizzazione iniziale dato dalla fuoriuscita di gas naturale liquefatto si verserà nell'aria, generando molto vapore istantaneamente; mescolandosi con l'aria circostante
forma nebbia di vapore freddo e fumo bianco a seguito della condensazione nell'aria, diluendosi e scaldandosi sino a formare una nuvola di gas infiammabile se miscelata con l'aria sino a raggiungere concentrazioni esplosive (5% – 15%), che porteranno all'esplosione della nuvola di vapore nel caso di accensione tramite fiamma.
Pericolo di esplosione di vapore in espansione di liquido bollente
Se i serbatoi sferici di gas naturale liquefatto sulla nave venissero riscaldati o esposti a fiamme esterne per un lungo periodo,
la tenuta dei serbatoi sferici diminuirebbe gradualmente. Oltre una certa misura, la sfera esploderebbe improvvisamente; la pressione risultante si riduce velocemente e il gas naturale liquefatto vaporizza e brucia rapidamente, provocando incidenti con esplosione di vapore in espansione di liquido bollente. L'energia dell'esplosione del vapore deriva da due fattori. Il contenitore sferico di gas naturale liquefatto è un contenitore ad alta pressione; il suo scoppio improvviso può rilasciare una tremenda quantità di energia e produrre onde d'urto così da lanciare pezzi di container in lontananza. Dall'altro, l'intensa energia radiante può rilasciare un calore enorme, provocando un'enorme palla di fuoco e una forte radiazione termica.

Gli autori dello studio proseguono applicando il metodo DOW al fine di identificare, analizzare e valutare i rischi di incendio ed esplosione intrinseci o potenziali nella produzione o nel processo operativo, e la gravità delle conseguenze che ne derivano e per identificare i sistemi da attenzionare o il rischio di un'azione in base all'indice, al livello o alla probabilità impostati, quindi per determinare la probabilità di accadimento e il grado di rischio al fine ultimo di calcolare il coefficiente di compensazione della sicurezza C.
Riportano quindi in due tabelle i risultati del calcolo del metodo DOW applicati alla nave GNL considerata valutando l'indice di sicurezza dell'unità di valutazione prima e dopo la compensazione delle misure di sicurezza. 
Infine dopo aver passato in rassegna i modelli fisico-matematici adottati per: la valutazione del rischio di esplosione della nuvola di vapore della nave LNG; la valutazione del rischio dell'esplosione di vapore in espansione liquida bollente nella nave giungono infine alla discussione e alle conclusioni di seguito riportate. 
Discussione
La previsione del rischio dell'esplosione della nuvola di vapore dipende dai materiali delle apparecchiature, dall'affidabilità del sistema, dal funzionamento, livello di gestione, condizioni ambientali, condizioni meteorologiche e molti altri fattori. Nella previsione del rischio di vapore
esplosioni di nubi, le condizioni iniziali erano ideali. Se tutte le apparecchiature di monitoraggio automatico si guastano, i tubi corrispondenti e le valvole non sono in grado di chiudersi, causando enormi e rapide perdite di GNL a bordo, che si mescola con l'aria circostante e forma un'ampia copertura di 'nube premiscelate', dove la quantità di gas che presto sale nel cielo quando viene rilasciata non è messa in conto. Quindi i risultati previsti hanno una certa deviazione dalla situazione reale.
Nella pianificazione urbana, le rotte marittime del GNL non dovrebbero trovarsi in luoghi o unità ad alta densità di persone o cose; quando si verifica l'incidente della nave GNL, le persone e i materiali di valore dovrebbero essere evacuati in tempo in aree sicure, per evitare danni alle proprietà e alle persone.
Si può vedere dai risultati della valutazione di cui sopra, il raggio di danno disegnato dal metodo DOW è molto più piccolo di quello
disegnato da questi ultimi due. Il motivo è che secondo il metodo DOW (settima edizione), i valori del fattore di rischio sono
generalmente inferiore a 8.0, se maggiore di 8.0, prendendo il massimo 8.0. Nella valutazione della nave GNL di 147.000 m3, abbiamo trovato che il calcolo del fattore di rischio della nave è 28,97. Se il valore è 28,97, il raggio del danno finale è coerente con la conclusione del modello di valutazione quantitativa dell'esplosione della nuvola di vapore (VCE).
Secondo i principi generali della valutazione della sicurezza, se un materiale pericoloso ha una varietà di forme di incidente, e ci sono differenze significative tra le conseguenze degli incidenti, abbiamo considerato la forma più grave di incidente.
Poiché la nave GNL ha forme accidentali di incendio, esplosione di nuvola di vapore (VCE) e nuvola di vapore in espansione di liquido bollente esplosione (BLEVE) e altri, per la valutazione delle conseguenze degli incidenti e lo sviluppo della prevenzione degli incidenti le misure dovrebbero prendere in considerazione l'esplosione di nube di vapore in espansione di liquido bollente (BLEVE).
Conclusioni 
Secondo il metodo dell'indice di rischio di incendio ed esplosione della DOW Chemical Company degli Stati Uniti, scopriamo che, l'indice di rischio di incendio ed esplosione F&EI è 168 e il grado di rischio è 'molto grande' prima delle misura di sicurezza compensazioni, in caso di incidente di incendio ed esplosione, il raggio di pericolo effettivo è 127,9 m e l'area di pericolo è 51365,4 m2 e l'83% delle strutture in questa regione sarà distrutto. Dopo le compensazioni delle misure di sicurezza, incendi e l'indice di rischio di esplosione F&EI scende a 67,2, il raggio di pericolo diminuisce a 102,1 m, l'area di pericolo diminuisce a 32732,6 m2,il grado di rischio è 'leggero', una caduta di tre livelli di rischio, che riduce notevolmente il rischio di incendio ed esplosione. Pertanto, la sicurezza le misure della nave GNL sono perfette, con una maggiore sicurezza.
Attraverso il modello di valutazione quantitativa dell'esplosione di nuvola di vapore (VCE), si può dedurre che, in 214,7 m di raggio da
il centro della nave GNL, gli edifici e le apparecchiature di lavorazione verrebbero pesantemente colpiti; L'1% delle persone rimarrebbe uccisa da lesioni per lesioni a carico dei polmoni, oltre il 50% subirebbe la rottura del timpano, oltre il 50% rimarrebbe ferita da detriti. Entro un raggio di 429,5 m, l'esterno di strutture ed edifici appare un danno riparabile; l'1% delle persone ha subito la rottura del timpano; 1% ferito da detriti. Entro un raggio di 1073,7 m, vetri rotti, persone ferite dai detriti. In un raggio di 2863,1 m, il 10% dei vetri sarebbe rotto. Vale a dire, anche la conseguenza dell'esplosione della nuvola di vapore (VCE) è grave, il che provoca enormi perdite di proprietà e vittime allo stesso modo.
Attraverso il modello di valutazione quantitativa dell'esplosione della nuvola di vapore in espansione del liquido bollente (BLEVE), può essere previsto che, se esposto alla radiazione della palla di fuoco dopo 15 secondi ed entro 1400 m dalla nave GNL, oltre il 50% delle persone morirebbe; entro 1600 m oltre il 50% subirebbe ustioni di secondo grado; entro 2300 m più del 50% sarebbero di primo grado. Vale a dire che le conseguenze dell'esplosione di vapore in espansione di liquido bollente (BLEVE) sono molto gravi, il che può causare enormi danni materiali e vittime. 

Riportiamo le (loro) previsioni di crescita del settore

Ricordiamo che tra gli azionisti di Golar LNG (il rigassificatore che vorrebbero piazzare nel porto di Piombino) è presente anche il fondo BlackRock, che ne possiede il 4,1 per cento delle azioni. BlackRock figura come maggiore azionista di molte delle principali aziende statunitensi che esportano gas liquefatto, come Cheniere Energy, Tellurian e Sempra.

Per chi pensasse che gli incidenti coinvolgenti impianti LNG siano solo un ricordo del passato legga qui:
FREEPORT, TX. (KGNS) – Un’esplosione in un terminale di gas naturale liquefatto (GNL) in Texas (8 giugno 2022), su terraferma, ha lasciato sconvolti i residenti nelle vicinanze e sta ritirando una notevole quantità di carburante dal mercato in un momento in cui la domanda globale è in aumento. Freeport LNG sarà inattivo per almeno tre settimane, ha detto la società giovedì, a seguito di un incendio nel suo impianto di esportazione a sud di Houston mercoledì. Pochi dettagli sono stati rilasciati su quanto accaduto, ma la società ha affermato che nessuno è rimasto ferito e la causa dell’esplosione è sotto inchiesta.
Normalmente, Freeport LNG esporta circa due miliardi di piedi cubi di gas naturale liquefatto al giorno, circa il 15% delle esportazioni di GNL della nazione. L’arresto arriva in un momento in cui la domanda globale di GNL è alta perché molte nazioni stanno cercando di svezzarsi dal gas russo, che viene inviato in Europa principalmente attraverso gasdotti; nel frattempo, le esportazioni statunitensi continuano a crescere.

(1) I principali parametri tecnici di una nave GNL da 147000 m3 di tipo MOSS: lunghezza 292 m, larghezza 48,1 m, profondità 22,5 m, calibro marino 11,5 m, carico 70620 t; Capacità di stiva di liquidi 147200 m3; Il sistema di contenimento del carico è in lega di alluminio a una sfera serbatoio, il cui diametro interno è di 40,44 m, e tre serbatoi sferici in lega di alluminio ad elevazione verticale, diametro interno 40,44 m e 2,65 m di dislivello; Il 98,5% del carico è 145000 m3 (-163 ); Il tasso di evaporazione del GNL è 0,13% / d; L’host è una turbina a vapore (turbina ad alta + bassa pressione, scatola ingranaggi), la potenza MCR è di circa 26 MW; Due dual fuel (HFO e / o GNL) caldaie a vapore; Le pompe del carico sono 4 serbatoi sferici × 2 set / serbatoio sferico × 1375 m3 / he le pompe irroratrici sono 4 set × 55 m3/ora; I generatori sono un gruppo di generatori diesel e 2 gruppi di generatori a turbina a vapore, ciascuno da 2.700 kW; il generatore di emergenza è di circa 700kVA; La quota è fino a 49 persone per scompartimento con 40 scomparti; Zona decorativa è di circa 2780 m2 ; La vita dello scafo è di 40 anni. Le caratteristiche tecniche del serbatoio sferico MOSS sono la pressione di progetto 0,5 MPa, la pressione massima di esercizio 0,45 MPa, temperatura interna progettata -196, temperatura interna di lavoro -162,3°C. Il materiale del contenitore interno è estruso in schiuma di polistirene. Il materiale esterno è una pellicola di alluminio di 0,25 mm di spessore. Il serbatoio dell’emisfero superiore e inferiore è con modulo di isolamento SG. I vantaggi della nave di tipo MOSS sono che la struttura in lega di alluminio è solida, non subisce danneggiamento se non direttamente in seguito ad impatto; nessun irrigidimento interno, controllo facile e sicuro; effetti di sloshing meno liquidi, senza limitazioni di carico. Gli svantaggi sono che la nave ha una grande dimensione e un grande boccaporto sul ponte. La struttura della coperta non è continua e risulta sollecitata in vari punti. Il baricentro del carico liquido è alto, difficile da manipolare, soprattutto nel ponte superiore nelle zone più esposte ai venti. Nella grande nave, anche se la poppa è di diversi strati più alta della nave, la vista dal timone non è ideale.

(*) https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705812031359?ref=pdf_download&fr=RR-2&rr=72133905cfe90e1a

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