Μελέτη κυλινδρικών δοχείων με εφαρμογή σε δεξαμενές μεταφοράς υγροποιημένων αερίων

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται αριθμητική προσομοίωση της μηχανικής αντοχής κυλίνδρου με παχιά τοιχώματα από σύνθετα υλικά, είτε υπό πίεση είτε καταπονούμενου από θερμικό φορτίο, είτε ως συνδυασμός των δύο ειδών καταπονήσεων, με τη βοήθεια του υπολογιστικού πακέτου Comsol Multiphysics 3.5a. Στόχος είναι η διερεύνηση των πλεονεκτημάτων από την χρήση σύνθετων υλικών στη κατασκευή δεξαμενών μεταφοράς και αποθήκευσης υγροποιημένων αερίων. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια γενική αναφορά στη μεταφορά υγροποιημένου αερίου. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρονται οι κατεργασίες συνθέτων υλικών και αναλύεται η μηχανική συμπεριφορά τους και οι μέθοδοι παρασκευής τους. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται μια περιληπτική αναφορά στη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων, η οποία χρησιμοποιείται για την αριθμητική επίλυση του προβλήματος. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύονται τα βήματα που ακολουθήθηκαν για την κατασκευή του αριθμητικού μοντέλου προσομοίωσης στο Comsol. Η επίλυση του προβλήματος, λόγω της αξονικής του συμμετρίας, έγινε στο ¼ του σωλήνα (3D πρόβλημα λόγω ορθοτροπικού υλικού). Επίσης αναφέρονται και αναλύονται οι έξη προσομοιώσεις που διεξήχθησαν. Τέλος στο πέμπτο κεφάλαιο γίνονται οι συγκρίσεις διαφόρων προσομοιώσεων και εξάγονται τα τελικά συμπεράσματα. Τα πιο σημαντικά συμπεράσματα στα οποία καταλήξαμε από τις ανωτέρω προσομοιώσεις ήταν ότι επιτρέπονται μεγαλύτερες παραμορφώσεις στην περίπτωση ορθοτροπικού υλικού σε σχέση με τη χρήση απλά και μόνο ισοτροπικού υλικού και ότι οι τάσεις που αναπτύσσονται λόγω αποθήκευσης σε ατμοσφαιρική πίεση και χαμηλή εσωτερική θερμοκρασία υγροποίησης (περίπτωση προπανίου – βουτανίου) είναι δύο τάξης μεγέθους υψηλότερες από τις τάσεις που αναπτύσσονται λόγω μεταβολής της πίεσης σε θερμοκρασία περιβάλλοντος κατά την μεταφορά υγραερίου. Οπότε είναι λογικό να προτιμάται η αποθήκευση υγροποιημένων αερίων σε πιέσεις μεγαλύτερες της ατμοσφαιρικής και σε θερμοκρασία ίση με τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, οπότε διατηρούνται σε υγρή κατάσταση λόγω αυξημένης πίεσης. Όταν αποθηκεύονται σε πίεση ατμοσφαιρική απαιτείται η χρήση πολύ καλών θερμικών μονωτικών υλικών ώστε να αποφευχθεί η θέρμανση του εσωτερικού των δεξαμενών και επομένως η μετατροπή του υγροποιημένου αερίου σε αέριο. Ακόμα και αν κάτι τέτοιο επιτευχθεί, το κόστος της εγκατάστασης γίνεται απαγορευτικό.