1. Benchmark analysis of accident modelling software applied to hydrogen storage
- Author
-
Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Química, Pastor Ferrer, Elsa, Planas Cuchi, Eulàlia, Saturnino, Lorenza, Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Química, Pastor Ferrer, Elsa, Planas Cuchi, Eulàlia, and Saturnino, Lorenza
- Abstract
Les emissions mundials de gasos d'efecte hivernacle han augmentat a nivells sense precedents, provocant un fort enfocament en la descarbonització. L’hidrogen, especialment quan es produeix de manera renovable, emergeix com un vector d’energia prometedor i lliure de CO2 per als sectors de la indústria, el transport i l’energia. Nogensmenys, la transició a l’hidrogen implica desafiaments tècnics significatius, particularment en la producció contínua i l’emmagatzematge segur. Classificat com una substància perillosa segons la Directiva SEVESO III, l’hidrogen planteja riscos d’accidents greus, fet que requereix una rigorosa Avaluació Quantitativa de Riscos (QRA). L’estimació precisa de les conseqüències és crítica per a una avaluació fiable de riscos. Aquest treball va realitzar una anàlisi de referència de les eines de programari Phast, HyRAM i ALOHA per avaluar les seves capacitats en la modelització de la dispersió i la ignició d’hidrogen gasós de fuites de tancs pressuritzats, centrant-se en la precisió dels seus resultats. Per validar els resultats de les simulacions s’han utilitzat dades experimentals de tres estudis, cobrint pressions de 60 a 400 bars i diàmetres d’orificis de 0.5 mm a 52.5 mm. ALOHA presenta limitacions significatives ja que no va poder produir resultats per a la majoria dels estudis experimentals que involucraven dolls d’hidrogen a petita i mitjana escala perquè no proporciona resultats per a distàncies menors a 10 metres i només simula dolls de foc verticals. La comparació de Phast i HyRAM ha mostrat que ambdues eines generalment subestimen les concentracions d’hidrogen, amb Phast funcionant lleugerament millor que HyRAM, especialment en concentracions més altes. Ambdues eines tendeixen a sobreestimar la longitud de la flama, excepte en les simulacions de l’orifici de fuita més petit. Per a dolls de foc a gran escala, Phast va sobreestimar la radiació, mentre que HyRAM la va subestimar., Les emisiones mundiales de gases de efecto invernadero han aumentado a niveles sin precedentes, provocando un fuerte enfoque en la descarbonización. El hidrógeno, especialmente cuando se produce de manera renovable, emerge como un vector de energía prometedor y libre de CO2 para los sectores de la industria, el transporte y la energía. No obstante, la transición al hidrógeno implica desafíos técnicos significativos, particularmente en la producción continua y el almacenamiento seguro. Clasificado como una sustancia peligrosa según la Directiva SEVESO III, el hidrógeno plantea riesgos de accidentes graves, lo que requiere una rigurosa Evaluación Cuantitativa de Riesgos (QRA). La estimación precisa de las consecuencias es crítica para una evaluación fiable de riesgos. Este trabajo realiza un análisis de referencia de las herramientas de software Phast, HyRAM y ALOHA para evaluar sus capacidades en la modelización de la dispersión y la ignición de hidrógeno gaseoso de fugas de tanques presurizados, centrándose en la precisión de sus resultados. Para validar los resultados de las simulaciones se han utilizado datos experimentales de tres estudios, cubriendo presiones de 60 a 400 bares y diámetros de orificios de 0.5 mm a 52.5 mm. ALOHA presenta limitaciones significativas ya que no pudo producir resultados para la mayoría de los estudios experimentales que involucraban chorros de hidrógeno a pequeña y mediana escala porque no proporciona resultados para distancias menores a 10 metros y solo simula dardos de fuego verticales. La comparación de Phast y HyRAM ha mostrado que ambas herramientas generalmente subestiman las concentraciones de hidrógeno, con Phast funcionando ligeramente mejor que HyRAM, especialmente en concentraciones más altas. Ambas herramientas tienden a sobreestimar la longitud de la llama, excepto en las simulaciones del orificio de fuga más pequeño. Para dardos de fuego a gran escala, Phast sobreestimó la radiación, mientras que HyRAM la subestimó., Global greenhouse gas emissions have surged to unprecedented levels, prompting a strong focus on decarbonization. Hydrogen, especially when produced renewably, emerges as a promising CO2-free energy vector for industry, transport, and power sectors. However, the transition to hydrogen involves significant technical challenges, particularly in continuous production and safe storage. Classified as a hazardous substance under the SEVESO III Directive, hydrogen poses risks of major accidents, necessitating rigorous Quantitative Risk Assessment (QRA). Accurate consequence estimation is critical for reliable risk assessment. This study conducted a benchmark analysis of Phast, HyRAM, and ALOHA software tools to evaluate their capabilities in modelling the dispersion and ignition of gaseous hydrogen from pressurized tank leaks, focusing on the accuracy of their results. Real-world experimental data from three studies were used to validate simulation outcomes, covering pressures from 60 to 400 bar and hole diameters from 0.5 mm to 52.5 mm. ALOHA demonstrated significant limitations in this study. It was unable to produce results for most experimental studies involving small and medium-scale hydrogen jets because it does not display distances shorter than 10 meters and is restricted to simulating vertical jet fires only. The comparison of Phast and HyRAM revealed that both tools generally underestimated hydrogen concentrations, with Phast performing slightly better than HyRAM, especially at higher concentrations. Atmospheric stability influenced dispersion but not jet fire characteristics. Both tools tended to overpredict flame length, except in the smallest release hole simulations. For large-scale jet fires, Phast overpredicted radiation, while HyRAM underpredicted it., Incoming
- Published
- 2024