شبیه سازی حوادث خط لوله در Phast

برای شبیه سازی حوادث خطوط لوله در فست از سه مدل مختلف به شرح زیر می توانیم استفاده کنیم:

1- مدل Long pipeline

2- مدل Pressure vessel

3- مدل Standalones

اما سئوالی که پیش می آید این است که تحت چه شرایطی از هر کدام از این موارد استفاده می شود و این مدل‌ها چه مزایایی نسبت به هم دارند؟

مدل Long pipeline در صورتی مورد استفاده قرار می گیرد که دو شرط زیر وجود داشته باشد:

1- نسبت طول به قطر خط لوله حداقل 300 باشد

2- نسبت سطح سوراخ به سطح مقطع لوله بیش از 20 درصد باشد

اگر دو شرط بالا صادق نباشد نمی توان از Long pipeline  استفاده کرد و انتخاب بعدی مدل Pressure vessel خواهد بود. اما چه نکاتی باید در استفاده از این مدل باید مد نظر قرار گیرد:

1- باید جرم موجود در مخزن طوری تعیین شود که در مدت زمان تخلیه موجود نه تنها تمام نشود بلکه تغییرات چشم‌گیری نداشته باشد.

2- باید دبی تخلیه از روزنه در طول تخلیه ثابت بماند.

ترفندهای مدلسازی پیامد حوادث مربوط به خطوط لوله با نرم افزار PHAST

برای مدل‌سازی حوادث مربوط به خطوط لوله در نرم افزار فست ترفندهای وجود دارد در این بلاگ به بررسی این ترفندها می پردازیم. لطفا اگر شما هم در کار با خطوط لوله در فست تجربه یا اشکالی دارید با ذکر آنها در بخش نظرات در این بحث شرکت کنید.

ترفند اول

الف- شرایط استفاده از مدل Long pipeline در نرم افزار فست چیست؟

ب- اگر بخواهیم یک روزنه روی خط تعریف کنیم چه کنیم؟

ترفند دوم

چگونه طول یک خط لوله رسم شده را در نرم‌افزار PHAST افزایش یا کاهش دهیم؟

ممکن است ما در مدلسازی یک خط لوله لازم باشد طول خط لوله را کاهش یا افزایش دهیم بدون آنکه خط لوله را از اول تعریف کنیم چگونه می توانیم این کار را بکنیم. این کار در زمان ما بسیار صرفه جویی ایجاد می کند.

سوال: خط لوله با روزنه 50 میلی متر را بررسی کنید.

وقتی نسبت سطح مقطع روزنه بر سطح مقطع خط لوله کوچک تر از 20 درصد باشد؛ هر مدلی که ما به کار می بریم؛ شبیه یک نشتی است که در تجهیز دیگری به نام pressure vessel تعریف می شود.

تعریف لیک یا نشتی: وقتی یک روزنه کوچک روی بدنه تجهیز ایجاد می شود؛ دبی خروجی از این روزنه در حدی نیست که بتواند پارامتر های عملیاتی داخل تجهیز را تغییر دهد. پس دبی ثابت می ماند و به تنهایی منجر به افت فشار یا افت موجودی در داخل تجهیز نمی شود. پس اگر بخواهیم در یک خط لوله 56 اینچی، یک سوراخ 20 میلی متری ایجاد کنیم؛ از تجهیز pressure vessel و از سناریوی لیک استفاده می‌کنیم.

پس اینجا من تجهیز مواد داخل آن را تعریف کردم. منتها نکته ای که وجود دارد این است که چرا ما برای mass inventory یک عدد خیلی بزرگ در نظر گرفتیم؟ چون می خواهیم یک لیک را بررسی کنیم و در لیک باید مطمئن شویم که این نشتی باعث تمام شدن ماده نمی شود.

به نظر شما چقدر زمان می برد تا بر اثر این نشتی، ماده تمام شود؟

1- در مدلسازی نشتی از لوله آیا جهت خروج ماده از روزنه ( افقی بودن یا عمودی بودن تخلیه) در نرخ تخلیه (دبی تخلیه kg/s) تاثیر دارد؟

پاسخ:

خیر

2- یک خط لوله 10 کیلومتری در نظر بگیرید که در کیلومتر پنجم آن یک سوراخ ایجاد شده است اگر یک بار با همین طول و شرایط مساله را حل کنیم و بار دیگر خط لوله را از سمت بالادست (شروع جریان) 20 کیلومتر افزایش دهیم آیا جواب های مساله تغییر نشان خواهد داد؟ کدام پارامترها تغییر خواهد کرد؟

پاسخ:

در صورت افزایش طول خط از آنجا که افت فشار ایجاد خواهد شد و ممکن است فشار تعریف شده، قطر و دبی با هم همخوانی نداشته باشند مساله حتی ممکن است به جواب نرسد در صورتی که به جواب برسد هم جواب ها روند کاهشی خواهند داشت.

3- نرم‌افزار PHAST برای مدلسازی حوادث مرتبط به خطوط لوله طویل از کدام سناریوی نشت استفاده می کند؟

الف- نشتی ثابت (Leak)

ب- نشت متغیر با زمان (TV)

ج- گسست ناگهانی

د- هیچ‌کدام

پاسخ صحیح گزینه ب می‌باشد.

4- در نرم افزار PHAST، با توجه به اینکه در بررسی یک خط لوله چند صد کیلومتری نتایج حوادث روی نقشه (GIS) به دلیل مقیاس پايين تر آنها در مقابل مقایس خط لوله، قابل نشان دادن نیست، چه باید کرد؟

پاسخ:

اول باید لوله را تقسیم بندی کنیم و بعد در یک نقطه نمونه در هر قسمت با مشخصات خط لوله و شرایط عملیاتی مدلسازی کنیم و نتایج را به کل آن قسمت تعمیم بدهیم ولی سئوال اینجاست که خط لوله را بر چه اساسی تقسیم بندی کنیم؟

یک خط طویل را معمولا بین دو ایستگاه پمپاژ می توانیم یک قسمت در نظر بگیرم یا یک خط را تا زمانی که مشخصات خط اعم از قطر آن تغییر نکرده باشد یا اتصالاتی به آن اضافه نشده باشد یا زانویی نداشته باشد و یا شرایط سیال داخل آن دستخوش تغییرات قابل توجه نشده باشد لازم نیست تقسیم بندی کنیم. لازم به ذکر است بعد از آن که برای هر قسمت مدلسازی انجام شد و نتایج مثلا حریم ایمن مشخص شد می توانیم با نرم افزارهای گرافیکی یا نرم افزارهایی چون ArcGIS نقشه حریم ایمن را برای کل خط لوله در مقیاس واقعی ترسیم کنیم.

5- سناریوی نشتی در دو خط لوله یکی 200 متری و دیگری 400 متری در نقطه ای با فاصله 150 متر از بالادست لوله را در نرم افزار PHAST در نظر بگیرید آیا ابعاد پیامدهای این دو لوله در فاصله 150 متری بالادست یکی خواهد بود چرا؟
همه شرایط بالادست لوله ها (نقطه آغاز) اعم از دبی, فشار و قطر یکسان است.

پاسخ:

طول لوله موجب ایجاد افت فشار است ضمنا هر چه طول لوله بیشتر باشد ماده بیشتری داخل آن قرار دارد پس پیامدها یکسان نخواهد بود.

6- برای استفاده از مدل خط لوله طویل یا Long pipeline در مدلسازی نشتی خط لوله در نرم افزار PHAST، حداقل نسبت قطر سوراخ به قطر خطر لوله باید چقدر باشد ؟ 

الف– 0.2

ب- 1

ج- 0.44

د- 0.5

پاسخ صحیح گزینه ج می باشد.

اگر ما دو خط لوله با طول های متفاوت داشته باشیم که یک نشتی در نقطه مشترکی در آنها ایجاد شود آیا پیامد های متفاوتی خواهند داشت؟

ابتدا باید خط لوله را تعریف کنیم. در تب models  نرم افزار و در قسمت study خط لوله را ایجاد می کنیم. منتها چون می خواهیم خط لوله اندازه مشخصی داشته باشید از grid استفاده می کنیم و روی 100 متر تنظیم می کنیم و بعد long pipe line را تنظیم می کنیم. فرض می کنیم هر کدام از این خطوط لوله 400 و 200 متر باشند. روی خط 200 متری دابل کلیک می کنیم و داخلش گاز متان با دمای  55 درجه و فشار 50 بار قرار می دهم. قطر داخلی را 56 اینچ و pumped inflow را 840 کیلو گرم بر ثانیه تعریف میکنیم (این مثال در بسته ی آموزشی Phast حل شده است). روی خط لوله ی 400 متری هم دابل کلیک می کنم همین نتایج را عینا آنجا وارد می کنم.

داخل محصول آموزشی توضیح داده شده که pumped inflow چگونه باید بدست بیاوریم. الان ما دو خط لوله 200 و 400 متری داریم نقطه شکست را مشخص می کنیم. نسبت سطح مقطع روزنه و سطح مقطع لوله 20 درصد وارد می کنیم و فاصله 150 متر از ابتدای خط لوله هست . نکته: چون ما دقیق رسم نکردیم؛ overall pipe length ما 205 متر هست. برای خط لوله ی دیگر هم، همین کار را انجام می دهیم.

اکنون run می کنم و نتایج را باهم مقایسه می کنم. همان طور که می بینید؛ اگر دو خط لوله داشته باشیم که همه شرایط باهم یکسان باشد ولی طول خط لوله باهم فرق کند؛ پیامد های متفاوتی دارد چراکه طول خط لوله در مقدار فشار و مقدار ماده در لوله ها تاثیرگذار خواهد بود.