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Tesi etd-04202017-102022


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
FERRARA, ALESSIO
email address
a.ferrara9@hotmail.com
URN
etd-04202017-102022
Title
Valutazione della vulnerabilita' di stabilimenti chimici da attacchi esterni: un approccio quantitativo per la progettazione delle barriere di protezione
Struttura
INGEGNERIA CIVILE E INDUSTRIALE
Corso di studi
INGEGNERIA CHIMICA
Commissione
relatore Landucci, Gabriele
Parole chiave
  • domino
  • vulnerabilità
  • security
  • teoria dei grafi
  • bayesian networks
  • reti bayesiane
  • graph theory
Data inizio appello
12/05/2017;
Consultabilità
parziale
Data di rilascio
12/05/2020
Riassunto analitico
La minaccia degli attentati terroristici è un problema attuale ed in crescita esponenziale. Sulla base anche dei recenti avvenimenti, gli impianti chimici rappresentano un bersaglio appetibile in quanto contenenti grandi quantità di sostanze pericolose, che possono essere considerate come un vettore di propagazione allo scopo di ottenere danni di elevata entità e quindi generare il terrore.
I metodi di analisi della sicurezza rispetto ad attacchi esterni verso gli impianti chimici risultano non esaustivi e non permettono di capire quali siano le apparecchiature più pericolose in relazione a tali attacchi. La teoria dei grafi permette invece di effettuare analisi allo scopo di determinare quale serbatoio in un parco stoccaggi rappresenti il più critico in relazione alla sua attrattività. Quest'ultima dipende sia dalla difficoltà per l'aggressore nel compiere il suo intento sia dalle conseguenze previste. Nel presente lavoro sono stati sviluppati dei metodi per calcolare entrambe queste variabili e determinare di conseguenza l’attrattività di ciascuna apparecchiatura. È stato fatto uso di grafi, costituiti da nodi e archi, creati sulla base delle caratteristiche di ciascun sito industriale ed analizzati tramite l’uso di metriche specifiche.
Sono state analizzate due tipologie di attacco tipiche degli attacchi terroristici in cui è stato fatto uso di esplosivi artigianali. La prima fa uso di larghe quantità di un esplosivo poco efficace ma semplice da fabbricare (una miscela di nitrato d’ammonio, olio combustibile e materiale inerte) che viene caricato su un camion e fatto esplodere dall’esterno dell’impianto collocando il camion in prossimità del confine. La seconda tipologia di attacco consiste nell’intrusione del terrorista all’interno dell’impianto, equipaggiato con un esplosivo con effetti maggiori rispetto al precedente ma più complesso e costoso da fabbricare (perossido di acetone). L’esplosivo può essere fabbricato solo in quantità modeste e viene trasportato all’interno di uno zaino.
Allo scopo di illustrare nel dettaglio le metodologie è stato fatto uso di un caso semplificato, in cui la descrizione dei procedimenti per l’analisi è affiancata alla sua applicazione pratica nel contesto di un parco stoccaggi semplice, composto da quattro tank atmosferici. Anche i bersagli esterni come le aree residenziali vengono inclusi in tale caso semplificato, in modo da tenere di conto delle conseguenze complessive dell’aggressione, dato che lo scopo dei terroristi è creare il danno maggiore possibile e quindi incutere paura.
Sono state calcolate innanzitutto le conseguenze relative agli incendi derivati dallo sversamento del materiale infiammabile dai serbatoi mediante il software ALOHA e le conseguenze legate allo scoppio degli esplosivi mediante correlazioni fornite in letteratura. Sulla base delle conseguenze calcolate è possibile creare dei grafi in cui tali effetti fisici vengono trasformati in frecce con un loro peso stabilito sulla base di soglie per l’irraggiamento e le sovrappressioni. Tramite il software R-igraph sono stati calcolati gli indici di nodo e di grafo (dipendenti sia dal tipo di connessioni che dal loro peso) per stabilire quali serbatoi risultano i più critici in quanto maggiormente capaci di generare un effetto a cascata, sulla base sia del tipo di attacco che di altre variabili specifiche come la posizione relativa del camion rispetto ai serbatoi.
È stato fatto uso di protezioni di tipo attivo come gli sprinkler antincendio, capaci di ridurre gli effetti di irraggiamento e normalmente equipaggiati sui serbatoi di stoccaggio per le comuni pratiche industriali, in modo da analizzare la variazione delle metriche di grafo ed ottenere una stima più realistica della vulnerabilità dell’impianto. Successivamente sono state inserite nell’analisi le protezioni passive in modo differenziato per le due tipologie di attacco. Nel primo caso (attacco mediante il camion) è stato fatto uso di barriere inserite davanti ai serbatoi allo scopo di proteggerli dalle esplosioni; una prima tipologia di queste consiste in blast wall, muri progettati in modo da ottenere delle efficienze di protezione molto alte, la seconda tipologia invece consiste in muri in mattoni e calcestruzzo non capaci di proteggere efficacemente i serbatoi. Nel secondo caso di attacco, quello con zaino esplosivo, è stato fatto ricorso a protezioni passive da incendio (PFP) che ritardano la rottura del serbatoio esposto ad irraggiamento e dunque ostacolano l’effetto domino.
In entrambi i casi di presenza di protezioni passive sono state ipotizzate ed analizzate più configurazioni possibili (posizionamento dei muri di protezione, rivestimento di un certo numero di serbatoi con PFP) in modo da individuare quali siano quelle più vantaggiose. A tale scopo sono state effettuate delle analisi di ottimizzazione mediante il metodo del punto di riferimento, in cui dati due criteri X e Y vengono comparate in un grafico le diverse alternative costituite da coppie di valori dei criteri. In questo modo è possibile trovare quale coppia sia quella più vicina al punto ottimale (l’Utopia, costituita dai valori più vantaggiosi per entrambi i criteri). È bene sottolineare che nel caso di attacco mediante zaino esplosivo l’allocazione delle protezioni passive e la successiva analisi di ottimizzazione sono basate sui risultati ottenuti in presenza di sole protezioni attive. Gli indici di grafo ottenuti in presenza degli sprinkler “guidano” l’allocazione delle protezioni passive da incendio in modo da trovare il sistema di protezione più efficiente in termini di riduzione della vulnerabilità dell’impianto e dei costi.
Oltre alla teoria dei grafi, in questo lavoro di tesi è stato impostato un metodo per definire quanto sia difficoltoso per l’assalitore raggiungere il suo obiettivo. Sviluppando alcune analisi proposte in precedenti lavori di tesi ed in letteratura, è stato creato un indice di difficoltà basato sul rapporto tra due tempi caratteristici: quello necessario all’assalitore per raggiungere il serbatoio bersaglio e far esplodere l’esplosivo e quello necessario al personale di security per intervenire dopo aver rilevato l’intrusione. I dispositivi di protezione fisica come le recinzioni e la collocazione dei serbatoi all’interno dell’impianto hanno un’importanza notevole nel determinare tale indice di difficoltà. A partire da questa analisi e da quella effettuata tramite la teoria dei grafi (collegata alle conseguenze dell’azione del terrorista) è stata impostata un’analisi di attrattività. Confrontando le criticità legate alla difficoltà di attacco e agli indici di grafo (i serbatoi con valori più elevati di alcuni degli indici necessitano maggiore attenzione) è possibile capire quali sono i bersagli più attrattivi per l’assalitore.
Tutte le analisi presentate vengono infine applicate ad un caso di applicazione industriale: un parco stoccaggi costituito da 34 serbatoi. Le analisi sono state ripetute secondo le due modalità di attacco in presenza ed in assenza di protezioni, sia passive che attive. É stato determinato così un ranking di attrattività dei vari serbatoi.





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