Til hovedinnhold

Predict RPT

Predict RPT

I Predict-RPT har vi arbeidet mot en bedre forståelse av fenomenet rask faseovergang (engelsk: rapid phase transition, RPT). RPT er en risikofaktor med økende aktualitet ettersom transport og bruk av flytendegjort naturgass (engelsk: liquefied natural gas, LNG) øker i Norge, i Europa og på verdensbasis.

Det er ofte nødvendig å overføre LNG i rør like over sjøvann, for eksempel ved fylling av LNG-drevne skip og ferjer og ved lasting og lossing av frakteskip for LNG ved produksjonsanlegg og mottaksterminaler. Under overføring kan LNG lekke ut av rør eller koblinger og søles på sjøen. Sjøen vil være minst 160 grader varmere enn LNG-en, og når den raske faseovergangen utløses blir LNG-en varmet raskt opp på grunn av den store temperaturforskjellen. Den raske oppvarmingen gjør at LNG-en blir overopphetet. I noen tilfeller vil den bli så varm at den ikke kan forbli i væskefase. Da kan store mengder LNG fordampe momentant i en slags eksplosjon som kan skade personer og utstyr.

Til nå har det vært få RPT-ulykker, men storskala eksperimenter har vist at denne typen eksplosjoner kan skje ved utslipp av LNG til sjø. Økt bruk av LNG, for eksempel i passasjer- og offshore-fartøy øker også potensialet for lekkasjer, og dermed også for eksplosjoner med påfølgende skader. For å forstå mulige sikkerhetsrisikoer er det derfor viktig å skjønne hva som skjer når rask faseovergang oppstår.

I Predict-RPT er hovedfokuset på hvordan LNG som søles på vann utvikler seg fra start og til den er overopphetet, på de fysiske mekanismene som avgjør om det utløses en RPT eller ikke og på egenskapene til en eventuell RPT. I prosjektet er det etablert et simuleringsverktøy for sene RPTer med CFD modell for spredning av LNG sølet, modell for varmeovergang og tilgang til nøyaktige data for hydrokarbonblandinger fra SINTEFs termodynamikkprogram.

Simuleringsverktøyet fått tre sentrale forbedringer; en ny, forenklet modell for spredning av LNG på vann, den mest hensiktsmessige beskrivelsen av grensen for overoppheting av LNG er funnet og varmeovergangsmodellen med best overenstemmelse med eksperimentelle data er valgt.

Grensen for overoppheting av LNG er viktig når man skal estimere overtrykket som skapes ved en RPT. I Predict-RPT har vi vist at for fluider bestående av en og flere komponenter gir klassisk nukleasjonsteori estimater som stemmer godt med tilgjengelige eksperimentelle data. Denne teorien er implementert i vårt simuleringsverktøy og brukes for beregning av styrken på en rask faseovergang.

Den forenkla CFD modellen for spredning av LNG på vann har blitt validert ved sammenligning mot eksperimentelle data fra litteraturen og resultater fra en mer omfattende CFD modell for spredning. For varmeovergang fra vannet til LNG sølet er flere sett av varmeovergangskorrelasjoner vurdert. Settet med best overensstemmelse mot tilgjengelige eksperimentelle data er valgt ut og implementert i verktøyet.

Et verktøy med forenklet RPT risikovurdering er utviklet i prosjektet. Dette er gjort basert på simuleringsresultater fra det detaljerte verktøyet sett i sammenheng med teoretiske modeller som beskriver LNG søl. Verktøyet beregner sentrale parametere som risikoområde for RPT, masse og energi i risikoområdet og tid fra sølet inntreffer til LNG når risikotilstand. Det beskriver hvordan disse parameterne varierer som funksjon av mengde sølt LNG og kan angi overtrykk fra en eventuell rask faseovergang.

De sentrale resultatene i Predict-RPT prosjektet er dokumentert og presentert i åtte publiserte vitenskapelige artikler. PhD studenten er hovedforfatter på seks av disse. En siste artikkel er klar for innsending til journal. Denne presenterer simuleringsverktøyet som er utviklet i prosjektet og verktøyket for forenklet risikovurdering. Prosjektets resultater har også blitt presentert på SIGTTO arrangementer i Oslo og Houston.

PhD studenten (NTNU) forsvarte sin avhandling i mars 2019. Avhandlingen bestod av en 130-siders monografi som oppsummerer forskningsarbeidet, samt seks fagfellevurderte journalartikler som alle har blitt akseptert og publisert. PhD studenten har også presentert sitt arbeid på tre vitenskapelige konferanser. De viktigste bidragene ble utviklet i Chicago, der PhD studenten var på forskningsopphold med Fulbright stipend hos professor Stephen H. Davis ved Northwestern University. Professor Davis er en anerkjent ekspert innen fluidmekanikk og tynn-film strømningsmekanikk. Det mest nyskapende resultatet i avhandlingen ble publisert i Journal of Fluid Mechanics, sannsynligvis verdens mest vel ansette journal innen feltet. Arbeidet hans omfatter forskning på stabiliteten til damp-film som isolerer LNG dråper fra vannet rundt, utvikling av en fysikk-basert prediksjon av Leidenfrosttemperaturen til fluider, vurdering av ikkelikevektsbeskrivelser av fordampning basert på kinetikk og en forenklet modell for utløsning av sen RPT og konsekvensene av den raske faseovergangen.


Publikasjoner 


Se de engelske sidene for flere dokumenter og engelske blogger.

Publisert 15. februar 2016

Prosjektvarighet

2015 - 2019

Blogger fra Predict-RPT