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Dissertações de Mestrado Defendidas: 2011

Modelagem Dinâmica para Análise de Sobrepressão em Resfriador à Água de FPSOs por Ruptura de Tubo de Gás Natural em Alta Pressão.

Autor: Luiz Fernando Trevisan Queiroz.
Orientadores: José Luiz de Medeiros, Ofélia de Queiroz Fernandes Araújo.
Laboratório: H2CIN

Resumo

Apresenta-se um simulador dinâmico para sobrepressão criada por ruptura de tubo em resfriador à água U-BEND de gás natural em alta pressão. Foram estudados vários cenários visando mínimo custo e eficácia de proteção com PRVs (Pressure Relief Valves).

Abordou-se a simulação dinâmica após a ruptura de tubo com gás natural em alta pressão no casco com água em baixa pressão do U-BEND. O gás, ao acessar a ruptura, gera um jato sônico no casco, o qual não foi projetado para tal.

O sistema de alívio visa a expulsar água para acomodar o gás em expansão, permitindo que ações de intertravamento atuem antes do colapso do casco. O alívio direto do gás é negado pelo selo de água que o impede de escapar às PRVs, resultando em uma bolha de gás sobre a água e sobrepressão no casco. As PRVs no circuito de água a jusante do U-BEND devem manter a pressão abaixo do rompimento nos 1000 ms iniciais, tempo mínimo para que o intertravamento corte o fluxo de gás do U-BEND.

A simulação dinâmica usa seis modelos de elementos que interagem, via trocas de massa, energia e momentum; a saber:

  1. Fonte de gás pressurizado, com constantes composição/pressão/temperatura;
  2. Abertura gradual do crack no tubo;
  3. Escoamento compressível adiabático, crítico/subcrítico, do jato de gás no casco;
  4. Equilíbrio Líquido-Vapor (ELV) na bolha de gás no casco, com condensação parcial por resfriamento Joule-Thomson, ganho cinético e perda mecânica ao expelir água;
  5. Escoamento da água no casco e na tubulação exterior;
  6. Comportamento dinâmico de PRVs.

Equações de estado cúbicas foram usadas em propriedades termodinâmicas e ELV no interior da bolha. Simplificações residem nos modelos pseudo-estacionários (i), (iii) e (v), sendo os demais transientes. Para máxima sobrepressão, a ruptura é localizada próxima à placa de fixação junto ao bocal de entrada de água, alimentada por gás a jusante do U-BEND, criando a bolha de gás na extremidade oposta ao bocal de saída às PRVs. Várias opções de proteção e de modelagem termodinâmica (gás ideal, gás real com/sem condensação) foram estudadas, comparando-as vis-à-vis normas API.