Öppen kod banar väg för säkrare vätgasanläggningar

När användningen av vätgas ökar behövs effektiva och tillgängliga metoder för att bedöma vad som händer vid en explosion. Forskare vid Luleå tekniska universitet har nu tagit fram ett öppet beräkningsverktyg som följer hela förloppet – från att gasen antänds till hur tryckvågen påverkar en byggnad eller skyddsvägg.

Vätgas kan bidra till att minska industrins koldioxidutsläpp, bland annat genom att ersätta kol i järn- och stålproduktion. Men fler anläggningar för produktion, lagring och användning av vätgas innebär också att explosionsriskerna måste kunna bedömas på ett tillförlitligt sätt.

För att i detalj undersöka vilka skador en gasexplosion kan orsaka krävs avancerade datorsimuleringar. Beräkningarna behöver fånga både förbränningen, tryckvågens rörelse och hur en byggnad eller skyddsvägg reagerar på belastningen.

Detta kallas fluid-strukturinteraktion, FSI. Enkelt uttryckt kopplas en beräkning av gasens förbränning och den efterföljande tryckvågen samman med en beräkning av konstruktionens respons då interaktionen dem sinsemellan sker. På så sätt går det att följa hela händelseförloppet – från antändning till att en vägg böjs, skadas eller i värsta fall kollapsar.

Dyra program blir en svart låda

Sådana beräkningar görs vanligtvis med kommersiella programvaror. Licenserna kan vara kostsamma och källkoden är ofta stängd. Forskare och ingenjörer kan då se vilka värden som matas in och vilket resultat som kommer ut, men inte alltid granska exakt vad som händer däremellan varpå felsökning och eventuell manipulation ej blir möjlig.

Lucas Andersson, doktorand i brandteknik vid Luleå tekniska universitet, har nu utvecklat ett arbetsflöde där hela beräkningskedjan bygger på öppen källkod.

– När koden är öppen går det att undersöka hur beräkningarna är uppbyggda, upptäcka eventuella fel och anpassa metoden efter den anläggning eller konstruktion som ska studeras. Användarna blir inte heller bundna till en viss kommersiell programvara, säger Lucas Andersson.

Arbetsflödet kombinerar tre öppna verktyg. Ett beräknar gasens förbränning och tryckvågens utbredning, ett annat beräknar hur konstruktionen reagerar och ett tredje kopplar samman de båda beräkningarna.

Testat mot en verklig vätgasexplosion

För att undersöka metodens tillförlitlighet har forskaren jämfört simuleringarna med resultat från ett tidigare experiment. I försöket detonerades en blandning av vätgas och luft intill en skyddsvägg av armerad betong. Trycket mot väggen och väggens utböjning mättes i ett antal punkter och kunde sedan jämföras med datormodellens resultat.

De första studierna visar att arbetsflödet på ett träffsäkert sätt kan återge explosionens belastning på väggen. Beräkningstiden var dessutom relativt kort. Metoden behöver utvecklas och testas vidare, bland annat för fler typer av explosioner och konstruktioner.

– Målet är att göra avancerade säkerhetsberäkningar av gasexplosioner mer tillgängliga och transparenta. På sikt kan det ge bättre underlag för att utforma exempelvis byggnader och skyddsväggar vid vätgasanläggningar, säger Lucas Andersson.

Den öppna lösningen kan också göra det lättare för andra forskare att kontrollera resultaten, vidareutveckla metoden och jämföra olika säkerhetsåtgärder, men även göra det möjligt för industrin att ta del av modellen i lämpliga situationer Det kan bidra till säkrare vätgasanläggningar, utan att avancerade konsekvensberäkningar blir förbehållna organisationer som har råd med dyra programlicenser.