CCS（二酸化炭素回収・貯留）システムにおける大規模な二酸化炭素漏洩により、安全弁の重大な設計上の欠陥が露呈しました。窒息による大惨事を引き起こしかねなかったこの事故は、OpenFOAMを用いた3D CFDシミュレーションによって分析されました。結果は、空気より密度の高いCO2が低い場所に危険に蓄積し、元の設計では想定されていなかった致死性のガスポケットを形成することを示しています。💀
CO2拡散シナリオのモデリングとシミュレーション 🧪
事故を再現するため、AutoCAD Plant 3Dで作成されたプラントのデジタルツインを出発点とし、配管と欠陥のあるバルブがモデル化されました。実際の環境形状は、Bentley ContextCaptureを使用した写真測量法により取得され、地形と周囲の構造物の点群データが統合されました。OpenFOAMでは、圧縮性流れに対するナビエ・ストークス方程式が、k-ε乱流モデルと、蓄積の可能性がある領域で細分化されたメッシュを使用して解かれました。600秒間の過渡シミュレーションの結果、地表レベルでは、わずか3分でCO2濃度が体積比10%を超え、これは人間の生命にとって即座に危険とみなされる閾値であることが明らかになりました。
可視化と産業安全への教訓 🛡️
リスクの可視化はLumionで行われ、CO2濃度場がプラントのリアルな3Dモデル上に統合されました。結果として得られたアニメーションは、ガスが粘性流体のように移動し、溝、地下室、地形の窪地を満たしていく様子を明確に示しています。この分析は、CCSシステムには、冗長性を持ったバルブの再設計、低地への濃度センサーの設置、そして強制換気システムが必要であることを実証しています。CFDシミュレーションは故障の説明をするだけでなく、炭素回収施設の安全認証に必須のツールとなります。
CFDエンジニアとして、CCSシステムの漏洩時における低地での致死的なCO2拡散を正確にモデル化するために、OpenFOAMで調整すべき主要なパラメータは何か、そしてその結果を実験データでどのように検証するのか？
(追記: 大惨事のシミュレーションは、コンピューターが燃え尽きて自分自身が大惨事にならない限り楽しいものです。)