No description available.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:42:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7455_1.pdf: 1724462 bytes, checksum: 37576cc1af1d39240ac4500389934e30 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2005 / A principal preocupação com a exploração de poços de petróleo, em se tratando de segurança operacional, é a possibilidade de blowout durante as operações de perfuração. Blowout é a liberação de hidrocarbonetos sob pressão. Caso ocorra a ignição imediata desses hidrocarbonetos, o incêndio esperado é um jet fire. O jet fire são chamas difusivas resultante da combustão de líquidos ou gases liberados sob pressão de forma contínua. Normalmente, a energia térmica liberada pelo jet fire é muito alta e, portanto, bastante destrutiva para as estruturas adjacentes. O presente trabalho tem como objetivo estrutura uma metodologia para analisar as conseqüências de um blowout durante a perfuração de poços offshore. A metodologia desenvolvida foi baseada no modelo de gerenciamento dos riscos de incêndio proposto pela Society of Fire Protection Engineers (SFPE) e foca o impacto da energia térmica em seres humanos em plataformas offshore. A metodologia desenvolvida foi aplicada em exemplos práticos. Os estudos de caso foram estruturados da seguinte maneira, o primeiro com uma alta vazão de gás natural e sem a influência do vento; o segundo com baixa vazão de gás natural sem a influencia do vento e por fim, o terceiro com baixa vazão de gás natural levando em consideração a ação do vento. Os resultados obtidos mostraram a seriedade do problema em questão. Desenvolveu-se um software para estimar a energia térmica irradiada pela chama e os impactos desta energia em seres humanos

Entre els accidents greus que poden ocórrer a les instal·lacions industrials o durant el transport de substàncies perilloses, els dolls de foc presenten un especial interès. Tot i que tenen una distància relativament més curta d'afectació que altres accidents greus, es caracteritzen per originar grans fluxos de calor i, en cas de contacte de la flama amb un equip, originen sovint un efecte domino, desencadenant una subseqüent explosió, incendi o altres esdeveniments amb greus conseqüències.Diversos estudis experimentals i teòrics han estat efectuats; no obstant això, la majoria d'aquests han estat enfocats a dolls de foc a escala de laboratori, flames subsòniques o torxes, les condicions de les quals difereixen significativament d'aquelles trobades en dolls de foc accidentals reals, que normalment assoleixen majors longituds de flama i velocitats de sortida sònica. Aquesta manca d'investigació és la raó per explicar perquè els dolls de foc eren encara molt mal coneguts i la predicció dels seus efectes i conseqüències era encara un problema. Aquesta tesi ha estat elaborada per a obtenir informació nova i útil sobre els dolls de foc, millorant la comprensió de la seva geometría i de les característiques tèrmiques, mitjançant l'anàlisi, l'experimentació i el modelatge matemàtic.Aquest estudi s'ha centrat alhora en dades existents i en noves dades experimentals, implicant Aixa dolls de foc verticals i horitzontals alliberats en absència de vent, implicant diversos combustibles (hidrogen, metà i propà). L'estudi comprèn una àmplia gamma de variables d'operació (velocitats de sortida del combustible, pressions en la canonada i diàmetres d'orifici de sortida). L'estudi experimental ha implicat dolls de foc amb flames de fins a 10.3 m de longitud i 1.5 m d'amplada. El combustible utilitzat ha estat propà, amb velocitats de sortida sònica i subsònica, utilitzant diversos diàmetres d'orifici de sortida. Els dolls de foc han estat filmats amb dues càmeres de vídeo (VHS) i una càmera termográfica d'alta velocitat (IR). Les principals característiques geomètriques de les flames (dimensions i forma) han estat analitzades en funció de la velocitat de sortida del combustible,del flux màssic i del diàmetre d'orifici de sortida. L'anàlisi i tractament d'imatges infraroges i de les mesures obtingudes amb tres sensors de flux de calor situats a diferents distàncies de la sortida del doll de foc han permès l'obtenció de les seves principals característiques de radiació: flux de calor irradiat als voltants (persones i instal·lacions) en funció de la distancia, poder emissiu i emisivitat de les flames. Diverses expressions han estat proposades per estimar les dimensions de la flama en funció de diverses variables (flux màssic, diàmetre d'orifici de sortida i nombres de Froude i Reynolds). Els resultats i expressions obtinguts en aquest estudi contribueixen a una millor comprensió dels dolls de foc, representant un avanç en les metodologies i l'establiment de noves mesures, normes i polítiques de planificació per a la prevenció i/o el control d'aquest tipus d'accident greu amb foc, tant en establiments industrials com en el transport de materials perillosos. / Among the major accidents that can occur in processing plants or in the transportation of hazardous materials, jet fires are of particular interest. Although they have a relatively shorter distance of influence than other major accidents, they are characterized by high heat fluxes and if there is flame impingement they can originate a domino effect, leading to a subsequent explosion, large fire, or other events with severe effects. Several experimental and theoretical studies have been carried out; however, most of those works have been focused on small-scale jet fires, subsonic flames or flares, the conditions of which significantly differ from those found in real accidental jet fires, usually reaching larger flame lengths and sonic exit velocities. This lack of research is the reason to explain why the current knowledge of jet fires was still rather poor and the accurate prediction of their effects and consequences was still a problem. The present thesis has been addressed to produce a significant amount of novel and useful information on jet fires, by improving understanding of jet fire structure, reach and radiative features, through analyses, experiment and mathematical modelling. This study has been focused on both existing and also new experimental jet flame data, comprising all together, turbulent non-premixed jet flames vertically and horizontally released into still air, involving several fuels (hydrogen, methane and propane), over a wide range of operational conditions (jet exit velocities, release pressures and pipe diameters). The experimental study developed in this thesis has concerned relatively large jet fires with flames of up to 10.3 m in length and 1.5 m in width. The fuel was propane, and both sonic and subsonic jet exit velocities were obtained from different outlet diameters. The jet fires were filmed with two videocameras registering visible light (VHS) and a thermographic camera (IR). The main geometrical features of the flames were analyzed as a function of the fuel velocity, mass flow rate and jet outlet diameter: jet flame size and flame shape. The treatment of infrared images and measurements obtained from three heat flow sensors located at different distances from the jet fire outlet also led the main radiative features of jet fires to be obtained: incident thermal radiation heat over a target, surface emissive power and emissivity of the flames.Expressions for estimating jet flame reach as a function of several variables (mass flow rate, orifice exit diameter, Froude and Reynolds numbers) have also been proposed. The results and the expressions obtained in this study contribute to a better understanding of jet fires for accurate risk assessment, allowing the obtention of important advances in risk assessment methodologies and the establishment of new measures, regulations, and risk planning policies for the prevention and/or control of this type of major fire, occurred world-wide in industrial establishments and in the transportation of hazardous materials.

Vätgas är en energibärare som kan vara en av pusselbitarna i omställningen till en mer klimatneutral värld. Infrastrukturen byggs ut, industrin växer och vätgasfordon blir vanligare. Vätgas är ett ämne med de bra egenskaperna att det kan lagra kemisk energi och från förnybar el tillverkas med elektrolys, men det har också den riskabla egenskapen att det är mycket brandfarligt. Vid läckage av vätgas finns risken att en jetflamma med höga temperaturer uppstår vilket påverkar omgivningen där det sker. Standarder för jetbrandtester är idag baserade på tester med propan, men då vätgas har andra egenskaper behövs ökad kunskap för att minska riskerna vid olyckor. Studien syftar till att via litteraturstudier samla information om storskaliga jetbrandtester, vilken utrustning som används, hur material påverkas av jetflammor och vilka standarder som finns för jetflammor och jetbrandtester. Ett av syftena är också att med intervjustudie ta reda på hur räddningstjänsten i Luleå ser på utvecklingen av vätgasinfrastruktur och om de har några rutiner för olyckor med vätgas. Det finns en vision vid Luleå tekniska universitet att det i framtiden ska finnas en anläggning för att utföra jetbrandtester av vätgas och andra bränslen i Luleå. Studien syftar därför också till att via intervju ta reda på om räddningstjänsten i Luleå skulle ha någon användning för en sådan anläggning. Jetbrandtester kan enligt standarden SS-ISO 22899-1:2021 utföras i mindre skala med propan som bränsle och ändå ge liknande resultat som vid storskaliga jetbrandtester med naturgas. Jetbrandtestet utförs för att testa brandmotstånd genom integritet (E) och isolerande förmåga (I) för passiva brandskyddsmaterial som används till rör, paneler, konstruktionsstål och rör- och kabelgenomföringar. Testerna utförs enligt standarden med utrustning såsom munstycke, åter-cirkuleringskammare, skyddskammare, med mera. Enligt standarden SS-ISO 22899-1:2021 träffas testobjektet vid ett jetbrandtest med en jetflamma av propan på 1 meters avstånd. Det korta avståndet medför att propanet inte fullt hinner förbrännas vilket skapar temperaturskillnader på testobjektets yta när det träffas av flamman. Det bildas en ”kall” och en ”varm” zon på ytan där den ”kalla” zonen är den punkt som i direkt kontakt med jetflamman utsätts för mekanisk kraft i form av erosion. För vätgas hinner flamman stabilisera sig på en meters avstånd vilket gör att testobjektet träffas av en fullt utvecklad flamma och därför både utsätts för termiska laster i form av en enhetlig ”varm” zon och mekaniska laster i form av erosion. Denna skillnad kan göra att passiva brandskyddsmaterial vid jetflammor av vätgas inte klarar av att upprätthålla det krav på brandmotstånd som ställs. Detta är främst aktuellt att undersöka för reaktiva passiva brandskyddamaterial då de är mer känsliga för erosion än icke-reaktiva passiva brandskyddsmaterial. Om så är fallet att passiva brandskyddsmaterial inte klarar av att motstå jetflammor av vätgas lika bra som för propan kanske en standard för jetbrandtester med vätgas skulle behöva tas fram. Det kan vid intervjun med PärJohan Fredrickson som är sektionschef för myndighetsutövningen vid Luleå räddningstjänst konstateras att de verkar vara väl informerade om utvecklingen av vätgasinfrastrukturen och att de har varit delaktiga i vätgasfrågor sedan några år tillbaka. De har samarbeten med andra räddningstjänster och de försöker tidigt vara med i dialogen när nya processer och verksamheter utvecklas. De har i dagsläget inte några operativa övningar med jetflammor av vätgas men de arbetar förebyggande genom att ta fram insatsplaner tillsammans med de industriella verksamheter som hanterar vätgas. De kan från ett förebyggande perspektiv se hur räddningstjänsten kanske skulle kunna ha användning av en anläggning för att genomföra jetbrandtester med vätgas. Men om det finns något operativt behov behöver vidare utredas med personal på räddningstjänsten som arbetar inom de operativa resurserna. / Hydrogen is an energy-carrier that can be a piece in the change for a climate neutral world. The infrastructure and industry expand, and hydrogen vehicles becomes more common. Some good characteristics with hydrogen are that it from renewable energy can be produced through electrolysis and store chemical energy, but it also has the risky characteristic that its very flammable. If hydrogen gas would leak from a container there is the risk of a jet flame with high temperatures that can affect the surroundings. Today’s standards for jet fire testing are based on propane gas, but because hydrogen has so many different characteristics there might be a need for more knowledge to prevent risks and accidents. Through a literature study this report aims to gather information about large scale jet fire testing, what equipment that is used, how materials react to jet flames, and what standards that are current for jet fire testing and jet flames. A purpose is to through an interview-study figure out how the rescue service in Luleå sees on the development in hydrogen infrastructure and if they have any routines for accidents with hydrogen. Luleå University of Technology has a vision to in the future have a facility in Luleå where they can perform jet fire testing with hydrogen and other flammable fuels. One purpose of the study is therefore to interview the rescue service in Luleå to investigate if they would have any interest in such facility and what use they could have of it. According to the standard SS-ISO 22899-1:2021, jet fire tests with propane gas can be performed in a smaller scale and still give similar results as for large scale jet fire tests with natural gas. The jet fire test is performed to determine the fire resistance regarding integrity (E) and isolating capacity (I) for passive fire protection materials that are used for pipes, panels, structural steelwork, and pipe penetration seals. The gear that is used for the tests are a nozzle, flame re-circulation chamber, protective chamber etc. A propane flame hits the object of testing from 1 meter according to the standard. Because of the short distance, the propane flame does not reach full combustion which leads to a temperature difference on the object of testing that is encountered with the jet flame. A “cold” and “hot” zone is therefore created at the surface where the “cold” zone appears at the center core of the jet flame. At this core, the object of testing is exposed to a higher mechanical force in terms of erosion than other parts of the object. For hydrogen the jet flame stabilizes in 1 meter which changes how the flame affects the object of testing. The object is instead hit by a fully combusted jet flame that exposes it to high thermal load with a uniform “hot” zone and mechanical load of erosion. That difference could change how passive fire protection (PFP) materials are able to resist jet flames with hydrogen as the tests for PFP materials are done with propane. This would mainly be topical for reactive PFP materials as they are more sensitive to erosion than non-reactive PFP materials and a standard for jet fire tests with hydrogen may become relevant if PFP materials fail to maintain the requirements that are set for propane. The interview with section manager PärJohan Fredrickson that works at Luleå rescue service shows that Luleå rescue service seems to be well informed about the development of hydrogen infrastructure. Since a few years back they have been involved with questions relating to hydrogen, they have collaborations with other rescue services around the country and they try to get involved as early as possible when new processes and operations are formed. They do not seem to do any exercises where they train for jet fire accidents with hydrogen involved but they are working to prevent accidents with hydrogen. Action plans has been and are being developed together with the operations that are handling the hydrogen. The rescue service could from a preventive perspective have a use of a facility for jet fire testing with hydrogen. But it must be further investigated if there is an operative need to use such a facility.

Le projet de la thèse a consisté au développement et à l’évaluation des performances d’une mousse syntactique phénolique pour la réalisation d’un système sandwich multicouche (cœur/peau en matériau composite). Il permet d’assurer la protection thermique, mécanique et au feu en particulier contre l’impact d’un feu torche. Un feu torche peut survenir sur un site pétrochimique suite à l’inflammation d’une fuite de fluides inflammables sous pression pouvant être très dévastateur par son effet abrasif et le flux convectif et radiatif intense. Le travail s’est essentiellement axé sur l’étude de l’efficacité de la mousse syntactique phénolique à partir d’une analyse de la relation microstructure-propriété. Les exigences de mise en œuvre ont imposé une maîtrise de la formulation par une bonne compréhension de la réactivité de la résine, notamment par rapport aux différentes transformations physiques (gélification, vitrification) qui ont lieu pendant le processus de réticulation. Il s’agit alors d’optimiser le dosage des différents composés actifs et additifs vis-à-vis des contraintes de mise en œuvre afin de parvenir à des propriétés optimales du matériau final. L’efficacité de ce dernier dans les conditions normales d’utilisation a été déterminée par une phase d’expérimentation complète sur ses propriétés mécaniques, thermiques et thermomécaniques. Des tests au feu ont permis d’étudier son comportement au feu afin de vérifier ses propriétés protectrices sous l’impact d’une flamme issue d’un feu torche. Enfin, un essai instrumenté capable de reproduire en condition réelle une fuite de gaz de propane à haute pression a été mis au point pour évaluer la performance au feu torche d’un prototype industriel complet. En parallèle, un modèle numérique simplifié a été proposé afin de simuler l’impact d’un tel feu. / This work consisted in the development and the evaluation of a phenolic syntactic foam performance for the production of a multilayer sandwich system (core/skin in composite material). It ensures thermal, mechanical and fire protection, in particular against the impact of a jet fire. A jet fire can occur on a petrochemical site resulting from the combustion of a fuel continuously released under pressure. It can be very devastating for its abrasive effect and intense convective and radiative flux. The work focuses mainly on the study of the effectiveness of the phenolic syntactic foam through the analysis of the relationship microstructure-propriety. The manufacturing process requirements imposed to control the elaboration via a good understanding of the reactivity of the resin, especially in relation to various physical transformations (gelation, vitrification) that take place during the curing mechanisms. That involves optimizing the proportions of the various active compounds and additives depending on the working conditions in order to achieve optimal properties of the final material. The effectiveness of this final material under normal conditions of use was determined by a complete testing phase on its mechanical, thermal and thermomechanical properties. Fire tests were also conducted to investigate the material burning behavior to ensure its protective properties under a jet flame impact. Finally, a large-scale instrumented test, reproducing in real conditions a propane gas leak at high pressure, was developed to evaluate the resistance to a jet fire of a complete industrial prototype. In parallel, a simplified numerical model was also proposed to simulate the impact of such a fire.