| Περίληψη: | H παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την τρισδιάστατη διερεύνηση της μεταβολής της θερμοκρασίας ενός κρυογονικού σωλήνα ανεφοδιασμού πλοίου με Υγροποιημένο Φυσικό Αέριο (LNG), κατά τη διάρκεια της διαδικασίας πρόψυξης. Προκειμένου να εισέλθει με ασφάλεια και χωρίς θερμικές απώλειες το Υγροποιημένο Φυσικό Αέριο (LNG) από τους αγωγούς κατά τη διάρκεια ανεφοδιασμού πλοίου (bunkering), πρέπει οι αγωγοί να έχουν την επιθυμητή θερμοκρασία, πρώτον για να μην υπάρξει κάποιο κατασκευαστικό ή θερμικό «σοκ» στο σωλήνα λόγω της πολύ χαμηλής θερμοκρασίας του LNG (-162 ℃) και δεύτερον για την επίτευξη του υψηλότερου δυνατού ρυθμού ροής του, χωρίς αυτό να εξατμίζεται. Η λειτουργική θερμοκρασία του LNG είναι κατά προσέγγιση -162 ℃, συνεπώς η άμεση είσοδος σε σωλήνα με θερμοκρασία περιβάλλοντος (25-30 ℃), χωρίς πρόψυξη, μπορεί να προκαλέσει παραμόρφωση λόγω συστολής – συρρίκνωσης του σωλήνα ή παραμόρφωση λόγω κάμψης που οφείλεται στην υψηλή θερμική καταπόνηση, λόγω της μεγάλης θερμοκρασιακής διαφοράς μεταξύ της περιοχής εισόδου και εξόδου ή του πάνω και του κάτω μέρους του σωλήνα μιας και το φαινόμενο της ψύξης με τόσο χαμηλές θερμοκρασίες εξελίσσεται πολύ γρήγορα. Η πρόψυξη είναι το βασικό στάδιο για να διασφαλιστεί ότι το LNG μπορεί να ρέει χωρίς απώλειες και τυχόν κατασκευαστικούς κινδύνους.
Για να επιτευχθεί, χρησιμοποιείται κρύο αέριο (συνήθως μεθάνιο), ώστε να παγώσει επιτυχώς και ομαλώς ο σωλήνας από τον οποίο θα ρεύσει το LNG. Το αέριο αυτό συχνά προέρχεται από την εξάτμιση του LNG κατά τη ροή του στο δίκτυο σωληνώσεων και ονομάζεται BOG (Boil of Gas – εξατμιζόμενο αέριο). Διαμέσου της πρόψυξης ο σωλήνας πρέπει να φτάσει σε θερμοκρασία -95 με -118 ℃. Τότε μπορεί να αρχίσει να ρέει το LNG και να έχει εξασφαλιστεί η ασφαλής λειτουργία του κρυογονικού αγωγού. Αυτό, διότι όταν το μεθάνιο (BOG) εγχυθεί στο σωλήνα και αρχίσει να ρέει, μέσω μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή με την εσωτερική επιφάνεια του σωλήνα και με αγωγή μεταξύ της εσωτερικής και εξωτερικής επιφάνειας του, η θερμοκρασία του σωλήνα πέφτει και αρχίζει να ψύχεται ενώ ταυτόχρονα αυτή του BOG αυξάνεται. Στη συγκεκριμένη εργασία μελετήθηκε η πτώση της θερμοκρασίας πρότυπου κρυογονικού αγωγού δύο (2) μέτρων της εταιρείας (FW-FERNWÄRME-TECHNIK), κατά τη διάρκεια ροής μεθανίου (BOG) με 3 διαφορετικές τιμές ταχύτητας εισόδου 0.5 m/sec, 1.0 m/sec και 2.0 m/sec. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό ANSYS v.16 για το σχεδιασμό της γεωμετρίας του αγωγού και τη δημιουργία του υπολογιστικού πλέγματος και στη συνέχεια ο κώδικας Fluent για την επίλυση και την εξαγωγή αποτελεσμάτων της τρισδιάστατης αυτής προσομοίωσης. Το μοντέλο της (FW-FERNWÄRME-TECHNIK) που σχεδιάστηκε αποτελούνταν από έναν οριζόντιο αγωγό τύπου pipe-in-pipe, δηλαδή σωλήνα μέσα σε σωλήνα, με δύο επιπλέον στρώματα μονώσεων, το ένα από άκαμπτο αφρό πολυουρεθάνης και το άλλο από ένα στρώμα αέρα σε υποπίεση ένα (1) mbar σε συνθήκες κενού για καλύτερη μόνωση και αποτελεσματικότερη ψύξη του μέσα σωλήνα του συστήματος από τον οποίο και θα ρεύσει το LNG οπότε και πρέπει να προ-ψύξουμε.
Στόχος είναι να αναπτυχθεί η κατάλληλη τεχνογνωσία για τη μοντελοποίηση των σωληνώσεων που χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις ανεφοδιασμού πλοίων με LNG καθώς και για την προσομοίωση ροής σε κρυογονικές συνθήκες σε αυτές τις εγκαταστάσεις.
|
|---|
