Αριθμητική προσομοίωση των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα κατά τον ανεφοδιασμό πλοίου με υγροποιημένο φυσικό αέριο χρησιμοποιώντας τρισδιάστατο αγωγό
Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την διαδικασία ανεφοδιασμού Υγροποιημένου Φυσικού Αερίου (LNG) σε πλοία. Για να πραγματοποιηθεί όμως ο ανεφοδιασμός πρέπει να προηγηθούν οι διεργασίες αδρανοποίησης (inerting) και καθαρισμού-πρόψυξης (purging-precooling). Πρώτα από όλα λαμβάνει χώρα η αδρα...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2021
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/14935 |
| id |
nemertes-10889-14935 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Υγροποιημένο φυσικό αέριο Αδρανοποίηση Καθαρισμός-πρόψυξη Ανεφοδιασμός Αριθμητική προσομοίωση Liquefied natural gas Inerting Purging-precooling Bunkering Numerical simulation |
| spellingShingle |
Υγροποιημένο φυσικό αέριο Αδρανοποίηση Καθαρισμός-πρόψυξη Ανεφοδιασμός Αριθμητική προσομοίωση Liquefied natural gas Inerting Purging-precooling Bunkering Numerical simulation Κούτρας, Δημήτριος Αριθμητική προσομοίωση των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα κατά τον ανεφοδιασμό πλοίου με υγροποιημένο φυσικό αέριο χρησιμοποιώντας τρισδιάστατο αγωγό |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την διαδικασία ανεφοδιασμού Υγροποιημένου Φυσικού Αερίου (LNG) σε πλοία. Για να πραγματοποιηθεί όμως ο ανεφοδιασμός πρέπει να προηγηθούν οι διεργασίες αδρανοποίησης (inerting) και καθαρισμού-πρόψυξης (purging-precooling). Πρώτα από όλα λαμβάνει χώρα η αδρανοποίηση (inerting). Στόχος αυτής της διαδικασίας είναι η απομάκρυνση του αέρα και αυτό επιτυγχάνεται με την εισροή αζώτου στο σωλήνα μέσω της διαδικασίας της αδρανοποίησης. Στη συνέχεια ακολουθεί η διεργασία του καθαρισμού-πρόψυξης (purging-precooling) όπου χρησιμοποιούνται ψυχροί ατμοί φυσικού αερίου για να απομακρυνθεί το άζωτο από τον αγωγό και έπειτα ακολουθεί η αργή ψύξη των σωληνώσεων, προκειμένου να αποφευχθεί ο κίνδυνος βλάβης των σωληνώσεων λόγω της απότομης αλλαγής της θερμοκρασίας. Κατόπιν γίνεται ο ανεφοδιασμός (bunkering) στον οποίο πραγματοποιείται η μεταφορά του LNG στις δεξαμενές του πλοίου. Μετά την ολοκλήρωση του ανεφοδιασμού γίνεται ξανά αδρανοποίηση των γραμμών ανεφοδιασμού για να αποτραπεί τυχόν έκρηξη λόγω των εύφλεκτων αερίων.
Η συγκεκριμένη διπλωματική ασχολείται με την αριθμητική προσομοίωση σε 3D γεωμετρία των τριών αυτών διεργασιών. Για την αδρανοποίηση η ταχύτητα εισαγωγής του αζώτου στον αγωγό ήταν 5m/s, όπως και η ταχύτητα εισαγωγής του μεθανίου κατά τον καθαρισμό-πρόψυξη. Ωστόσο η διαδικασία του ανεφοδιασμού μελετήθηκε για τρεις διαφορετικές ταχύτητες εισαγωγής του LNG στον αγωγό, οι οποίες ήταν 2.5m/s, 5m/s, 7m/s. Για την αριθμητική προσομοίωση χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό ANSYS v.16 για τον σχεδιασμό της γεωμετρίας του αγωγού και για την δημιουργία του υπολογιστικού πλέγματος. Έπειτα χρησιμοποιήθηκε ο κώδικας Fluent για την επίλυση της κάθε αριθμητικής προσομοίωσης. Πιο συγκεκριμένα, αναλύθηκαν οι κατανομές των ταχυτήτων για κάθε διεργασία, ενώ για την πρόψυξη, έγινε επιπλέον η ανάλυση της κατανομής θερμοκρασίας στον αγωγό.
Το μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε ήταν ένας οριζόντιος αγωγός μήκους πέντε μέτρων της εταιρείας FW-FERNWARME-TECHNIK. Ο αγωγός αυτός αποτελείται 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.
Στόχος είναι να αναπτυχθεί η κατάλληλη τεχνογνωσία για την μοντελοποίηση σωληνώσεων που χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις ανεφοδιασμού πλοίων με LNG όπως και για την προσομοίωση της ροής στις διεργασίες του ανεφοδιασμού που λαμβάνουν χώρα στις εγκαταστάσεις αυτές. |
| author2 |
Koutras, Dimitrios |
| author_facet |
Koutras, Dimitrios Κούτρας, Δημήτριος |
| author |
Κούτρας, Δημήτριος |
| author_sort |
Κούτρας, Δημήτριος |
| title |
Αριθμητική προσομοίωση των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα κατά τον ανεφοδιασμό πλοίου με υγροποιημένο φυσικό αέριο χρησιμοποιώντας τρισδιάστατο αγωγό |
| title_short |
Αριθμητική προσομοίωση των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα κατά τον ανεφοδιασμό πλοίου με υγροποιημένο φυσικό αέριο χρησιμοποιώντας τρισδιάστατο αγωγό |
| title_full |
Αριθμητική προσομοίωση των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα κατά τον ανεφοδιασμό πλοίου με υγροποιημένο φυσικό αέριο χρησιμοποιώντας τρισδιάστατο αγωγό |
| title_fullStr |
Αριθμητική προσομοίωση των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα κατά τον ανεφοδιασμό πλοίου με υγροποιημένο φυσικό αέριο χρησιμοποιώντας τρισδιάστατο αγωγό |
| title_full_unstemmed |
Αριθμητική προσομοίωση των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα κατά τον ανεφοδιασμό πλοίου με υγροποιημένο φυσικό αέριο χρησιμοποιώντας τρισδιάστατο αγωγό |
| title_sort |
αριθμητική προσομοίωση των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα κατά τον ανεφοδιασμό πλοίου με υγροποιημένο φυσικό αέριο χρησιμοποιώντας τρισδιάστατο αγωγό |
| publishDate |
2021 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/14935 |
| work_keys_str_mv |
AT koutrasdēmētrios arithmētikēprosomoiōsētōndiergasiōnpoulambanounchōrakatatonanephodiasmoploioumeygropoiēmenophysikoaeriochrēsimopoiōntastrisdiastatoagōgo AT koutrasdēmētrios numericalsimulationoftheprocessesthattakeplaceduringthebunkeringofashipwithliquefiednaturalgasusing3dpipe |
| _version_ |
1771297173853437952 |
| spelling |
nemertes-10889-149352022-09-05T06:57:59Z Αριθμητική προσομοίωση των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα κατά τον ανεφοδιασμό πλοίου με υγροποιημένο φυσικό αέριο χρησιμοποιώντας τρισδιάστατο αγωγό Numerical simulation of the processes that take place during the bunkering of a ship with liquefied natural gas using 3D pipe Κούτρας, Δημήτριος Koutras, Dimitrios Υγροποιημένο φυσικό αέριο Αδρανοποίηση Καθαρισμός-πρόψυξη Ανεφοδιασμός Αριθμητική προσομοίωση Liquefied natural gas Inerting Purging-precooling Bunkering Numerical simulation Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την διαδικασία ανεφοδιασμού Υγροποιημένου Φυσικού Αερίου (LNG) σε πλοία. Για να πραγματοποιηθεί όμως ο ανεφοδιασμός πρέπει να προηγηθούν οι διεργασίες αδρανοποίησης (inerting) και καθαρισμού-πρόψυξης (purging-precooling). Πρώτα από όλα λαμβάνει χώρα η αδρανοποίηση (inerting). Στόχος αυτής της διαδικασίας είναι η απομάκρυνση του αέρα και αυτό επιτυγχάνεται με την εισροή αζώτου στο σωλήνα μέσω της διαδικασίας της αδρανοποίησης. Στη συνέχεια ακολουθεί η διεργασία του καθαρισμού-πρόψυξης (purging-precooling) όπου χρησιμοποιούνται ψυχροί ατμοί φυσικού αερίου για να απομακρυνθεί το άζωτο από τον αγωγό και έπειτα ακολουθεί η αργή ψύξη των σωληνώσεων, προκειμένου να αποφευχθεί ο κίνδυνος βλάβης των σωληνώσεων λόγω της απότομης αλλαγής της θερμοκρασίας. Κατόπιν γίνεται ο ανεφοδιασμός (bunkering) στον οποίο πραγματοποιείται η μεταφορά του LNG στις δεξαμενές του πλοίου. Μετά την ολοκλήρωση του ανεφοδιασμού γίνεται ξανά αδρανοποίηση των γραμμών ανεφοδιασμού για να αποτραπεί τυχόν έκρηξη λόγω των εύφλεκτων αερίων. Η συγκεκριμένη διπλωματική ασχολείται με την αριθμητική προσομοίωση σε 3D γεωμετρία των τριών αυτών διεργασιών. Για την αδρανοποίηση η ταχύτητα εισαγωγής του αζώτου στον αγωγό ήταν 5m/s, όπως και η ταχύτητα εισαγωγής του μεθανίου κατά τον καθαρισμό-πρόψυξη. Ωστόσο η διαδικασία του ανεφοδιασμού μελετήθηκε για τρεις διαφορετικές ταχύτητες εισαγωγής του LNG στον αγωγό, οι οποίες ήταν 2.5m/s, 5m/s, 7m/s. Για την αριθμητική προσομοίωση χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό ANSYS v.16 για τον σχεδιασμό της γεωμετρίας του αγωγού και για την δημιουργία του υπολογιστικού πλέγματος. Έπειτα χρησιμοποιήθηκε ο κώδικας Fluent για την επίλυση της κάθε αριθμητικής προσομοίωσης. Πιο συγκεκριμένα, αναλύθηκαν οι κατανομές των ταχυτήτων για κάθε διεργασία, ενώ για την πρόψυξη, έγινε επιπλέον η ανάλυση της κατανομής θερμοκρασίας στον αγωγό. Το μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε ήταν ένας οριζόντιος αγωγός μήκους πέντε μέτρων της εταιρείας FW-FERNWARME-TECHNIK. Ο αγωγός αυτός αποτελείται 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. Στόχος είναι να αναπτυχθεί η κατάλληλη τεχνογνωσία για την μοντελοποίηση σωληνώσεων που χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις ανεφοδιασμού πλοίων με LNG όπως και για την προσομοίωση της ροής στις διεργασίες του ανεφοδιασμού που λαμβάνουν χώρα στις εγκαταστάσεις αυτές. This diploma thesis deals with the process of bunkering Liquified Natural Gas to ships. Before the bunkering process, inerting and purging-precooling have to take place. First of all, inerting occurs. The purpose of this procedure is to remove air and this is achieved by inserting nitrogen into the tube. This is followed by the purging-precooling process, where cold gas vapor is used to remove nitrogen from the pipe, followed by slow cooling of the pipelines in order to avoid the risk of damage to the pipes due to the sudden change of temperature. Afterwards there is the bunkering in which the LNG is transferred to the ship's tanks. After the completion of the bunkering, inerting occurs again to prevent any explosion due to the flammable gases. This diploma contends with numerical simulation in 3D geometry for these three processes. For inerting, the input velocity of nitrogen in the pipeline was 5 m/s, as well as the input velocity of methane during purging-precooling. However, the bunkering process was studied for three different LNG input velocities in the pipeline, which were 2.5 m/s, 5 m/s, 7 m/s. For numerical simulation ANSYS v.16 software was used to design the pipeline geometry and to create the computational grid. The Fluent code was then used to solve each numerical simulation. More specifically, the velocities and the phases’ distributions for each process were analyzed, while in precooling the analysis of the temperature distribution in the pipeline was also performed. The model used was a FW-FERNWARME-TECHNIK five-meter horizontal pipeline. This pipeline consists of a horizontal pipe-in-pipe pipeline, with two additional layers of insulation, one of rigid polyurethane foam and the other of a layer of air under pressure one (1) mbar in vacuum conditions. The aim is to develop the appropriate know-how for the modeling of pipelines used in LNG vessel bunkering facilities as well as for simulating the flow in the refueling processes that take place in these facilities. 2021-07-08T07:17:20Z 2021-07-08T07:17:20Z 2021-07-07 http://hdl.handle.net/10889/14935 gr application/pdf |
