Risk-based simplified fire models and methods

Sikker design av industrikompleks som kan være utsatt for brann forårsaket av utslipp av brennbare væsker eller gasser er utfordrende. På den ene side gjør dagens teknologi det mulig å effektivt kontrollere brannrisiko gjennom implementering av barrierer som passive og aktive brannvannsystemer. Men på den andre siden så er absolutt sikker kontroll av alle mulige brannscenarioer svært kostbart. Generelt sett er det akseptert at man må balansere den begrensende effekten av tiltaket og kostnaden for tiltaket. I beslutningsprosesser hvor denne balansegangen må etableres må utførende personell stole på at de har metoder og verktøy som gjør dem i stand til å ta treffsikre beslutninger i prosjekter med tette tidsfrister og/eller under operasjon av anlegget. Dette prosjektet har levert modeller med tilhørende retningslinjer som gjør utførende fagperson i stand til å finne optimale løsninger som balanserer risikoreduksjon og kostnad knyttet til tiltak som beskytter strukturelle komponenter og prosessutstyr utsatt for brannlaster under ulykkeshendelser. Enkelte av modellene er skreddersydde for konvensjonelle olje- og gassanlegg, men metodikk og retningslinjer er generelt anvendbare for anlegg som håndterer brennbare fluider inkludert anlegg som håndterer hydrogen, metanol og ammoniakk særlig aktuelt for fornybarsektoren. Den sentrale forbedringen er relatert til verktøy for vurdering av behov for passiv beskyttelse av sekundærstruktur (slik som rørgater og rørstøtter). Beskyttelse av denne typen strukturer med passive tiltak er et viktig kostnadsdrivende element. Det er også etablert kunnskapsgrunnlag som forsterker arbeidsprosessene knyttet til passiv brannbeskyttelse av prosessutstyr og hovedbærestruktur. De etablerte modellene identifiserer temperaturrespons til objektene som er utsatt for brann, der konvensjonelle metoder kun beregnet selve brannlasten (energitilførsel per arealenhet med tilhørende varighet på eksponeringen). Temperaturovergang er en komplisert fysisk prosess, men ved hjelp av statistisk analyse av store mengder empiriske data generert av utviklede avanserte modeller har prosjektet klart å etablere forenklede modeller og arbeidsprosesser (retningslinjer) som tar hensyn til de drivende faktorene. Drivende faktorer er globale geometriske forhold (størrelse og generell layout), mengde brennbart materiale tilgjengelig i prosessanlegget, kapasitet til sikkerhetssystemer som trykkavlaster prosessystemet, design av aktive brannvannsystemer samt materialegenskaper til eksponerte objekter (profil, materialtype og godstykkelse). Kunnskapen er gjort tilgjengelige gjennom ett sett av rapporter som beskriver modeller og retningslinjer. Det er også etablert verktøy som er tilgjengelig kommersielt gjennom deltagende partnere.

Metoder, modeller og retningslinjer vil bety en betydelig forbedring av arbeidsprosessen for bestemmelse av branntekniske tiltak på komplekse industrielle anlegg - inklusive anlegg innen fornybarsektoren som håndterer farlige stoff (hydrogen, ammoniakk og metanol). Metodene vil gjøre designerne i stand til å finne gode løsninger som ivaretar et krav til sikkerhetsnivå og samtidig er kostnadseffektive. Dette gjelder særlig bruk av ressurser for å bestemme behov for passiv brannbeskyttelse av sekundærstruktur. I tillegg er det en betydelig effekt at høyere nivå av konsistens på tvers av prosjekter og anlegg industrien vil oppnås. Resultatene (modeller og retningslinjer) fra prosjektet vil bli brukt som sentral referanse i 2023 revisjon av NORSOK Z-013 Risk and Emergency preparedness assessment (se www.standard.no).

Current industry practice does in general not adequately reflect the time-dependent behaviour of the load and the non-linear dynamic response of the steel structures and equipment, which in many cases may lead to overly conservative design of the integrity with respect to such loads. On the other hand, in some cases the general industry practice not reflecting the dynamic behaviour of the phenomenon may lead to insufficient integrity, which lead to increased cost of accidents in the long run. There exist advanced CFD models capable of simulation realistic fires in industrial environments and structural response models that reflect the dynamic behaviour separately, but no consistent fully coupled effective risk-based model for engineering purposes that reflect the interdependence between the nature of the fire load and the response model. The research activities executed in the project will build the bridge between the risk factors causing fires, the time-dependent behaviour of fires originating from oil and gas hydrocarbon systems and the dynamic response of objects subjected to the heat load generated by the fire. The results generated by the research activities will provide the basis for tailoring of effective engineering models build into a risk analysis frame work in compliance with regulatory requirements.