| Περίληψη: | Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η υπολογιστική διερεύνηση της πολυφασικής ροής που δημιουργείται στο εσωτερικό του συστήματος DIFIS κατά τη χρήση του ως σύστημα έγκαιρης επέμβασης σε περιπτώσεις υπεράκτιων υποθαλάσσιων εκρήξεων.
Το σύστημα DIFIS, αποτελείται από την ανεστραμμένη χοάνη, η οποία συλλέγει αρχικά το διαρρέον μίγμα, τον αγωγό ανύψωσης και μια αποθηκευτική δεξαμενή. Είχε αρχικά σχεδιαστεί για την επέμβαση σε περιπτώσεις διαρροών από ναυάγια, βασιζόμενο στη διαφορά πυκνοτήτων μεταξύ του πετρελαίου και του θαλασσινού νερού, η οποία δημιουργεί την απαραίτητη άνωση ώστε να οδηγηθεί το πετρέλαιο ελεγχόμενα μέσω του αγωγού ανύψωσης στην αποθηκευτική δεξαμενή.
Στις περιπτώσεις υποθαλάσσιων εκρήξεων, η παρουσία φυσικού αερίου στο διαρρέον μίγμα σε συνδυασμό με τους ιδιαίτερα αυξημένους ρυθμούς ροής σε σχέση με τα ναυάγια, καθώς και η ύπαρξη θαλάσσιων ρευμάτων που μπορούν να παρασύρουν το μίγμα εκτός συστήματος, καθιστούν αναγκαία την αναθεώρηση των διαστάσεων και της θέσης του, προκειμένου να εξασφαλισθεί η απρόσκοπτη λειτουργία του. Εξετάζονται τα είδη διφασικής, τριφασικής και τετραφασικής ροής που αναπτύσσονται στο εσωτερικό με την παρουσία θαλασσινού νερού και ποσοτήτων πετρελαίου, μεθανίου αλλά και υδριτών μεθανίου.
Σε πρώτο στάδιο, πραγματοποιείται προκαταρκτική μελέτη με τη χρήση θεωρητικού μοντέλου βασισμένου στην ομογενή διφασική ροή νερού - πετρελαίου και κατόπιν διδιάστατη αξονοσυμμετρική και τρισδιάστατη υπολογιστική προσομοίωση, στις οποίες μελετώνται 4 είδη πετρελαίου διαφορετικών ιδιοτήτων.
Στη συνέχεια, για την αναλυτικότερη μελέτη του συστήματος επιλέγονται δύο ενδεικτικοί τύποι πετρελαίου που συναντώνται στον κόλπο του Μεξικού (Mars crude oil) και στο πεδίο Norne (Svale crude oil), ανοικτά των Νορβηγικών ακτών και εξετάζεται αρχικά η θέση στην οποία πρέπει να τοποθετηθεί το σύστημα, λαμβάνοντας υπόψη για πρώτη φορά τις συνθήκες θαλασσίων ρευμάτων που επικρατούν στο σημείο της διαρροής, προκειμένου να εξασφαλισθεί η απορρόφηση του διαρρέοντος μίγματος.
Για την ακριβέστερη εκτίμηση της απαιτούμενης διαμόρφωσης του κάτω μέρους του συστήματος ώστε να μπορεί να ανταποκριθεί στις τυπικές συνθήκες του σημείου διαρροής, εξετάζονται:
• Οι μηχανισμοί διάσπασης και η μετέπειτα πλευρική επέκταση της διαρρέουσας δέσμης κατά την άνοδό της.
• Η επίδραση των θαλάσσιων ρευμάτων στην τροχιά της διαρρέουσας δέσμης.
• Η διαμόρφωση της ροής στο εσωτερικό της ανεστραμμένης χοάνης μετά την τοποθέτησή της σε χαμηλότερο ύψος.
Πραγματοποιείται διαστατική ανάλυση δέσμης και στη συνέχεια ανάλυση της τροχιάς με βάση εμπειρικές σχέσεις που έχουν προκύψει από ικανό αριθμό πειραματικών αποτελεσμάτων για όλες τις εξεταζόμενες περιπτώσεις διαρροής και τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με αυτά των αντίστοιχων προσομοιώσεων. Η παρατηρούμενη έντονη εκτροπή, σε συνδυασμό με την ύπαρξη μοναδικού σημείου διαρροής ύστερα από την επέμβαση στην περιοχή του ατυχήματος και την τοποθέτηση BOP (Blowout Preventer), οδηγεί στην επανεκτίμηση των διαστάσεων και της θέσης τοποθέτησης της ανεστραμμένης χοάνης.
Στη συνέχεια, μελετάται η διφασική ροή θαλασσινού νερού - πετρελαίου και η τριφασική θαλασσινού νερού - πετρελαίου - μεθανίου στο εσωτερικό του αγωγού ανύψωσης. Πραγματοποιούνται τρισδιάστατοι αριθμητικοί υπολογισμοί για τα δύο είδη πετρελαίου και τρεις διαφορετικές περιπτώσεις διαρροής για το καθένα, στα πρώτα μέτρα του αγωγού, με στόχο να διαφανεί η δυνατότητα του συστήματος να τις απορροφήσει.
Παρουσιάζονται αποτελέσματα που αφορούν την κατανομή των φάσεων στο εσωτερικό του αγωγού ανύψωσης, την αναπτυσσόμενη ταχύτητα μίγματος καθώς και τη συσχέτισή της με την παρουσία των δευτερευουσών φάσεων, ενώ κατασκευάζονται ροϊκοί χάρτες που αναπαριστούν τη συμπεριφορά του μίγματος μέσω της αποτύπωσης των περιοχών ροής και των συνθηκών στις οποίες εμφανίζονται. Επιπλέον, γίνεται σύγκριση των ροϊκών χαρτών με κατάλληλα θεωρητικά μοντέλα διφασικής ροής, προτείνεται ένα νέο μοντέλο για την οριοθέτηση μεταξύ δύο παρατηρούμενων ροϊκών περιοχών και αναλύεται η διασύνδεση μεταξύ του ρυθμού παραμόρφωσης της ροής με τη διάσπαση των δομών των δευτερευουσών φάσεων.
Τέλος, εξετάζονται οι θερμοκρασιακές κατανομές που διαμορφώνονται στο εσωτερικό του αγωγού ανύψωσης και μοντελοποιείται η δημιουργία υδριτών μεθανίου μέσω User Defined Function, για την προσομοίωση της τετραφασικής ροής θαλασσινού νερού - πετρελαίου - μεθανίου - υδριτών και τη διερεύνηση της πιθανότητας φραγής της ροής.
Στο παρατιθέμενο Παράρτημα, παρουσιάζεται η διαδικασία επιλογής του κατάλληλου μοντέλου τύρβης για την υπολογιστική διερεύνηση, συμπληρωματικά αποτελέσματα αναφορικά με την κατανομή πίεσης στο εσωτερικό του αγωγού ανύψωσης, η συνάρτηση μετατροπής του μεθανίου σε υδρίτες (User Defined Function) και μια εναλλακτική πρόταση λειτουργίας της αποθηκευτικής δεξαμενής του συστήματος με τη χρήση μεθόδου έγχυσης αέρα για τη μεταφορά του συσσωρευμένου πετρελαίου.
Στόχος της υπολογιστικής διερεύνησης της πολυφασικής ροής στο εσωτερικό του συστήματος DIFIS είναι η επέκταση της χρήσης του ως μηχανισμό πρόληψης της ρύπανσης του θαλάσσιου περιβάλλοντος σε περιπτώσεις υποθαλάσσιων εκρήξεων, με εφαρμογή κατευθείαν στο σημείο του ατυχήματος.
|
|---|
