Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/14605
Title: Υπολογιστική διερεύνηση ροής υγροποιημένου φυσικού αερίου (LNG) εντός προψυγμένου κρυογονικού αγωγού κατά τη διάρκεια διαδικασίας ανεφοδιασμού πλοίων
Other Titles: Computational investigation of LNG flow inside a precooled cryogenic pipe during a bunkering procedure on a ship
Authors: Τζαγάκης, Παύλος
Keywords: Κρυογονικοί αγωγοί
Υγροποιημένο φυσικό αέριο
Keywords (translated): Cryogenic pipes
Liquefied natural gas
Abstract: Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη των μεταβολών της θερμοκρασίας ενός κρυογονικού αγωγού πλοίου, κατά τη διάρκεια των διαδικασιών ανεφοδιασμού με Υγροποιημένο Φυσικό Αέριο (LNG). Ο βαθμός στον οποίο η ροή των διαφόρων ρευστών που χρησιμοποιούνται για την προετοιμασία του αγωγού για τον ανεφοδιασμό επηρεάζει τη θερμοκρασία του, διερευνήθηκαν με τις μεθόδους της Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής. Το LNG αποθηκεύεται υπό ατμοσφαιρική πίεση στους -162ο C. Η άμεση παροχέτευση του στο σύστημα ανεφοδιασμού του πλοίου που βρίσκεται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος θα προκαλέσει την ακαριαία εξάτμιση του και κατά συνέπεια τη ραγδαία αύξηση της πίεσης εντός του συστήματος. Επιπλέον, δύναται να προκαλέσει θερμικά «σοκ» στα τμήματα του συστήματος λόγω της απότομης μεταβολής της θερμοκρασίας. Προκειμένου να αποφευχθούν οι παραπάνω συνέπειες και να διασφαλιστεί η ασφαλής εισαγωγή του LNG, πραγματοποιείται μια σειρά διαδικασιών που προηγούνται της μαζικής φόρτωσης του καυσίμου και οι οποίες αποτελούν το αντικείμενο μελέτης της διπλωματικής εργασίας. Σε πρώτο στάδιο, προσομοιώνεται η εισαγωγή στον αγωγό αδρανούς αερίου (Αζώτου) θερμοκρασίας -45ο C, το οποίο «καθαρίζει» το σύστημα από τον αέρα που καταλαμβάνει το χώρο. Έπειτα, μελετάται η ροή ζεστού φυσικού αερίου σε θερμοκρασία -80ο C στον αδρανοποιημένο πλέον αγωγό, η οποία γίνεται με σκοπό την αποβολή του αζώτου για τη διατήρηση της σύστασης του προς αποθήκευση Φυσικού Αερίου σύμφωνα με τις προδιαγραφές. Με την ολοκλήρωση της εκτέλεσης των ανωτέρω διεργασιών, ξεκινά η διαδικασία της πρόψυξης. Σε αυτό το στάδιο μελετάται η πρόψυξη του κρυογονικού αγωγού σε θερμοκρασία κοντά σε αυτή του LNG, με τρία διαφορετικά προφίλ ταχυτήτων που κυμαίνονται από 0,006m/s έως 0,5m/s, 1m/s και 1,5m/s αντίστοιχα. Ο σχεδιασμός του αγωγού έγινε σύμφωνα με τα πρότυπα της FW - Fernwärme Technik. Πρόκειται για ένα σύστημα αγωγού εντός αγωγού με πολυστρωματική μόνωση άκαμπτου αφρού πολυουρεθάνης και κενού, τεχνολογία που πρωταγωνιστεί στην κατασκευή συστημάτων αποθήκευσης και μεταφοράς LNG. Για την κατασκευή της γεωμετρίας και του υπολογιστικού πλέγματος, καθώς και τη μοντελοποίηση των ροών και την εξαγωγή αποτελεσμάτων χρησιμοποιήθηκε ο κώδικας Fluent του λογισμικού Ansys 2020 R2. Στόχος των προσομοιώσεων αυτών είναι η ανάπτυξη της τεχνογνωσίας για την κατασκευή βέλτιστων συστημάτων ανεφοδιασμού πλοίων με LNG, μέσω της κατανόησης των ροϊκών αποτελεσμάτων σε αυτά.
Abstract (translated): The subject of this diploma thesis is the study of temperature changes of a ship’s cryogenic pipe, during Liquefied Natural Gas (LNG) bunkering procedures. The extent to which the flow of the various fluids used to prepare the pipeline for refueling affects its temperature, has been investigated using the methods of Computational Fluid Dynamics. LNG is stored under atmospheric pressure at -162ο C. Its immediate channeling through the supply system of the ship, which is at room temperature, will cause its instantaneous evaporation and consequently the rapid increase of the system’s pressure. In addition, it may cause thermal stress shocks to the system’s components due to the sudden change in temperature. In order to avoid the above consequences and to ensure the safe supply of LNG, a series of procedures that precede mass loading of the fuel and compose the subject of this thesis, are carried out. During the first stage, the introduction of inert gas (Nitrogen) at a temperature of -45ο C is simulated, in order to purge the system from the air that occupies its space. Afterwards, warm natural gas flows at a temperature of -80ο C in the inerted pipeline, in order to eliminate nitrogen and to maintain the composition of stored natural gas according to the specifications. After the completion of all the above processes, the pre-cooling process begins. At this stage we study the procedure of cooling down the pipeline to a temperature close to that of LNG, using three different velocity profiles ranging from 0,006m/s to 0,5m/s, 1m/s and 1,5m/s respectively. The pipeline was designed according to the FW - Fernwärme Technik standards. It consists of a pipe-in-pipe system, with multilayer insulation of rigid polyurethane foam and vacuum, a technology that has a leading role in the construction of LNG storage and transport systems. Fluent code of Ansys 2020 R2 software was used for the design of the geometry and the construction of the computational grid, as well as for modeling the flows and the results extraction. Primary aim of those simulations is the development of the expertise around the construction of optimal LNG vessel supply systems, through the understanding of various flow effects on them.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Tzagakis(aer).pdf6.56 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.