GAZ PATLAMALARININ OLASI SONUÇLARINI ANALİZ ETMEK İÇİN KULLANILAN SİMÜLASYON MODELLERİ ÜZERİNE KAPSAMLI BİR DEĞERLENDİRME

Transkript

1 GAZ PATLAMALARININ OLASI SONUÇLARINI ANALİZ ETMEK İÇİN KULLANILAN SİMÜLASYON MODELLERİ ÜZERİNE KAPSAMLI BİR DEĞERLENDİRME Ferdi ÇALIK, Gökçen Alev ÇİFTÇİOĞLU, M. Neşet Arif KADIRGAN, Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İş Güvenliği ABD.

2 Patlama Fenomenolojisi : Sıcaklığın artması ve yapısal hasara neden olabilecek derecede basınç artışının hızlı bir şekilde meydana gelmesidir.

3 Patlama Mekanizması - LEL / UEL noktası - Isı ve kütle transferi - Enerji transferi - Şok dalgası

4 Patlama Fenomenolojisi Olay Ağacı

5 Gaz Patlamasını Etkileyen Faktörler : PATLAMAYI ETKİLEYEN PARAMETRELER Yakıt tipi Yakıt sitokiyometrisi Ateşleme kaynağının yeri Kapalı alan ve ventilasyon(yer ve büyüklük) Engellerin yeri, büyüklüğü ve şekli Engellerin sayısı PATLAMA ŞİDDETİ - maksimum basınç - şok dalgasının süresi - yapıyla etkileşimi Deney/işletme ölçeği

6 Olası bir gaz patlamasının İnsan üzerindeki Etkisi Üzerine Tahminler : Peak overpressure psi Eşdeğer rüzgar hızı (mph) Etki / Hasar

7 Olası bir gaz patlamasının İşletmeye Olan Etkisi Üzerine Tahminler : Peak overpressure psi Etki / Hasar

8 QRA : Kantitatif Risk Değerlendirmesi Saveso II direktifleri kapsamında yanma, patlama, toksik yayılım gibi riskler sonrasındaki şiddetin boyutlarını önceden kestirebilme, işletmenin ihtiyaçları doğrultusunda gerekli risk azaltma çalışmalarını doğru planlama ve etkili uygulayabilme yeteneği PROAKTİF YAKLAŞIM

9 KULLANILMASI PLANLANAN MODEL, BÜTÜNCÜL PERSPEKTİFTEN BAKIŞ AÇISI SAĞLAMASI AÇISINDAN ÖNEMLİ

10 VCE: Buhar Bulutu Dispersiyonu ve Patlaması :

11 Niçin Simülasyon Modellemesi : Patlamaların fiziksel tanımlarını içeren simülasyon modelleri; risk değerlendirmesinde, hafifletici aksiyonların tasarlanması, değerlendirilmesi sırasında yapılan deneylerin tamamlayıcısıdır. AMAÇ DEĞİL ETKİN BİR ARAÇTIR

12 MODEL GEREKSİNİMLERİ: Gerçek bir tesis çok sayıda boru, tank ve farklı şekil ve büyüklükteki ekipmanlarla oldukça karmaşık bir yapıya sahiptir.

13 MODELLER Simülasyon Modellerine Genel Bir Bakış: Empirik Tabanlı Modeller Fenomenolojik Modeller CFD Tabanlı Modeller

14 Empirik Tabanlı Modeller : Deneysel bilginin analizinden elde edilen korelasyonlara dayanmaktadır. TNT Eşdeğer Metodu TNO-MultiEnerji Konsepti Baker Strehlow Tang Metodu

15 Fenomenolojik Modeller : Basitleştirilmiş fiziksel modelleri dikkate alır. Geometriyi basite indirger. Rüzgar hızı, sıcaklık, atmosfer basıncı vs.. Dikkate alan genel bir sonuç analizi yapar. SCOPE (Shell Code for Over-pressure Prediction in gas Explosions) CLICHE (Confined LInked CHammber Explosion)

16 CFD Tabanlı Modeller : Kısmi diferansiyel denklemlerle patlama prosesine sayısal çözümler üretir. Patlama ortamını boyutsal olarak analzi edip, türbülans, havalandırma, engeller, kompleks geometriyi hesaba katar. EXSIM FLACS AutoReaGas CFX-4 COBRA

17 Empirik Fenomenolojik - CFD Tabanlı Kıyas: TNT modeli ile elde edilen sonuçlar kesin değildir. 5 ton LPG = 0,926 ton TNT Aşırıbasınç hesaplamalarında yaklaşık değerler kolayca bulunabilir.

18 Empirik Fenomenolojik - CFD Tabanlı Kıyas: Empirik tabanlı tahmin Fenomenolojik tabanlı tahmin CFD tabanlı tahmin

19 Kıyaslama Özeti : Her modelin kendine has zayıf ve güçlü tarafları bulunmaktadır. Önemli bir fark yok fakat, aşırıbasınç okumalarında ki bu farklılığın sebebi, her modelin altyapısında kullandığı en basitten en karmaşık fiziksel, kimyasal ve nümerik denklemleri kullanmasıdır.

20 Bir üst Aşama: Computational Fluid Dynamics (CFD) Dispersiyon simülasyonundaki karmaşık geometrileri hesaba katar Modelleme süresi Donanım yetenekleri kullanıcı becerisi deneme ve testler için harcanacak zaman gerekli maliyet AÇISINDAN ÖNEMLİ EK ÇABA GEREKTİRMEKTEDİR. micro-middle scaled çalışmalarda etkin ve doğruluğu yüksek sonuçlar vermekte.

21 Deneysel Ortamda (CFD) Literatürde yapılan yayınlar deneysel ortamlarda yapılan patlama deneylerinin CFD ile yapılan simülasyon sonuçları ile hemen hemen aynı sonucu verdiği, sınırlı ölçek çalışamlarda CFD tabanlı modellerin doğruluğunun çok yüksek olduğunu ispatlamaktadır.

22 DEĞERLENDİRME Sınırlı hacimlerde CFD tabanlı modellemelerin doğru tahmin yeteneği nispeten daha yüksek, Geniş ölçekli modellemelerde empirik ve fenomenolojik tabanlı modellemeler daha uygun, işletmenin ihtiyacı ve kapasitesi doğrultusunda en uygun modelleme seçimi önem arz ediyor. Tasarım, dizayn, büyüklük, bariyerler, vs Modellemenin doğru tahmin etme becerisine katkı sunan bir araç olduğu unutulmamalıdır. Oluşturulacak senaryolara uygun doğru ölçekte modelleme seçilmelidir.

23 Kaynaklar J. Deng, F. Cheng, Y. Song at all.; Experimental and simılation studies on the influence of carbonmonoxide on explosion characteristic of methane; Journal of Loss Prevention in the Process Industries; 2015(45-53) A Review of the State-of-the-Art in Gas Explosion Modelling; Fire and Explosion Group; C.J. Lea, HSL/2002/02 S. Dan, D.J. Moon, E.S. Yoon, D. Shin; Analysis of Gas Explosion Consequence Models for the Explosion Risk Control in the New Gas Energjy Filling Stations; Industrial & Engineering Chemistry Research; 2013, 52, V.P.M. Mercx, A.C. Van den Berg, C.J. Hayhurst, N.J. Robertson, K.C. Moran; Developments in vapour cloud explosion blast modelling; Journal of Hazardous Materials; 71(2000), D.J. Park, Y.S.Lee; A comparison on predictive models of gas explosions; Korean J. Chem. Eng.; 2009; 26(2); ; 2 V.H.Y. Tam, M.D. Johnson; Detonation: Should It be Included in Hazard and Risk Assessment?; The Italian Association of Chemical Engineering; 2016; Vol. 48