Preliminary assessment of the vertical release of liquefied chlorine inside a depression

Abstract

Toxic industrial chemicals (TICs) are used in most places and can pose a threat due to accidents, terror, or sabotage. Many of the most common TICs are gasses at ambient atmosphere, such as chlorine, ammonia, and sulfur dioxide, but are stored and transported as liquids in pressurized containers. This study addresses the release of chlorine from such a container. There exist a considerable knowledge gap and lack of reliable predictive models for calculating the dispersion and transport of dense gasses such as chlorine when released into the atmosphere. Existing models have a general tendency to severely over predict the hazard areas and very large differences in the predictions are obtained using well established approaches. These differences are believed to be primarily related to poor source modelling, especially for large scale releases. It therefore exist a need to improve our fundamental knowledge of the physical processes involved and to develop improved and reliable predictive models for large scale releases of dense gasses. This study constitutes a part of a recently initiated joint effort between the US Department of Homeland Security/Chemical Security Analysis Centre (CSAC), Naval Surface Warfare Centre Dahlgren Division (NSWCDD), and FFI with the objective to address these issues and in particular consider large scale releases of liquefied chlorine. The work consists of both theoretical and computational modelling of dense gas dispersion and transport supported by a large scale field test in which two tons of liquefied chlorine will be released. These experiments are planned to be conducted in the USA in the second half of 2009. The objective of this study is to aid the planning of these field tests. The study focuses primarily on the necessary size and geometry of the depression for a release as large as this. The following recommendations are made: • The shape of the depression used in this study seems a viable geometry to contain the initial cloud and prevent spill-over of liquid chlorine • It is recommended that in order to contain the initial cloud resulting from the release of chlorine from a pressurized tank, the depression should have a radius of minimum 18 - 20 m and a depth of 1.5 – 2.0 m. The lateral and vertical dimensions stated above must be regarded as a minimum. • A concrete slab (approximately 1 m diameter) e.g. should be placed directly beneath the release point in order to prevent significant erosion which adversely would affect the experiment.

Toksiske industrikjemikalier (TICs) er i utstrakt bruk de fleste steder og kan utgjøre en fare ved uhell, terror eller sabotasje. Mange av de vanligste TIC er gasser ved normal atmosfære, slik som for eksempel klor, ammoniakk og svoveldioksid, men lagres og transporteres ofte som væsker i trykksatte tanker. Denne rapporten adresserer utslipp fra slike tanker. Det eksisterer et betydelig kunnskapsgap og mangel på pålitelige modeller for å beregne spredning og transport av tunge gasser ved utslipp i atmosfæren, slik som klor. Eksisterende modeller har generelt en tendens til å overpredikere fareområdene, og veldig store forskjeller oppnås ved bruk av etablerte metoder. Forskjellene er antatt i hovedsak å være relatert til mangelfull kildemodellering, spesielt for store utslipp. Det er derfor et behov for å forbedre den fundamentale kunnskapen om de fysiske prosesser som inngår og utvikle bedre og mer pålitelige modeller for storskala utslipp av tunge gasser. Denne studien er en del av et nylig startet samarbeid mellom US Department of Homeland Security/Chemical Security Analysis Centre (CSAC), Naval Surface Warfare Centre Division Dahlgren (NSWCDD) og FFI som har til hensikt å adressere disse spørsmålene, og spesielt se på storskala utslipp av væskeformig klor. Arbeidet består både av teoretisk og beregningsmessig modellering av spredning og transport av tunggass, støttet av storskala felttest der to tonn trykksatt flytende klor skal slippes ut. Disse eksperimentene planlegges utført i USA i andre halvdel av 2009. Formålet med denne innledende studien er å understøtte planleggingen av disse eksperimentene. Studien fokuserer spesielt på hvilken form og størrelse en slik forsenking bør ha for et utslipp av denne størrelse. Forstudien konkluderer med følgende: • Den geometriske utformingen av forsenkingen brukt i denne studien ser ut til å være hensiktsmessig for å holde på den inisielle klorskyen og hindre at klor i væskeform spres over kanten. • Anbefalt størrelse på forsenkingen er en radius på 18 – 20 m med en dybde 1,5 – 2,0 m. • For å forhindre signifikant erosjon bør det for eksempel plasseres en betongplate (1 m i diameter) rett under utslippspunktet.