Akım Ve Dalga Koşulları Altında Denizaltı Pe Doğalgaz Borularının Davranışlarının Nümerik Ve Fiziksel Modellenmesi

Abstract

Doğal gazın çevreye zarar vermemesi ve sürdürülebilir sistemin önemli bir parçası olması sebebiyle şehirlerde kullanımında artış gözlenmektedir. Doğal gazın merkez noktalardan diğer noktalara transferi açısından görece ucuz ve kolay imal edilebilir bir çözüm bulunması ve uygun çözüm yöntemleri ile deniz ve benzeri doğal engellerin ötesine iletilebilmesi kritik bir öneme sahiptir. HDPE boru hatlarının bu tip uygulamalarda kullanılması tüm problemlere çözüm olabilecek niteliktedir. Denizaltı boru hatları ve bu hatların tasarım prensipleri hidrodinamik bilim dalı açısından son derece önemlidir. Bu tip mühendislik yapılarının tasarımında, boru hattının yapımında kullanılan boruların malzeme özellikleri, akım karakteristikleri ve yapı-akışkan etkileşimi tüm sistemin davranışının anlaşılması açısından anahtar bir öneme sahiptir. Bu çalışma içerisinde kullanılan boruların PE boru olması nedeniyle, tüm sistem mesnetlerden ankastre bağlanmış olan elastik boru sistemi olarak alınmıştır. Fiziksel laboratuvar modeli İstanbul Teknik Üniversitesi İnşaat Fakültesi Hidrolik laboratuvarı içerisinde hazırlanmış ve bu laboratuvar modelinde uzun süreli hidrodinamik testler yapılmıştır. Hidrodinamik yükleme testleri tamamlandıktan sonra, test sistemi uzerinden boru örnekleri alınarak akredite malzeme laboratuvarına gönderilmek suretiyle malzeme testleri yapılmış ve malzeme laboratuvarından gelen test sonuçları analiz edilmiştir. Prototip model, Kartal-Adalar Denizaltı Doğal Gaz boru hattı, uzun süreli performans kriterleri gözönünde bulundurularak analiz edilmiştir. Kartal-Adalar Doğal Gaz Boru hattı üzerinden 2 ayrı zaman diliminde boru örnekleri alınmıştır. Alınan bu örnekler malzeme laboratuvarına gönderilerek ilgili malzeme testleri yapılmıştır. Bu boru hattından alınan boru örneklerinin malzeme test sonucları incelenmiş ve bu örneklerin performansları değerlendirilmiştir. Sistemin nümerik (bilgisayar) modelleri ANSYS paket programının bileşenleri kullanılarak hazırlanmıştır. Akışkan modellemesi, CFD analizi ve diğer sistem bileşenlerinin modellenmesinde ilgili program bileşenleri (ANSYS Fluent ve diğer) ve çözüm elemanları, nümerik modelin hazırlanması ve çözülmesi aşamalarında kullanılmıştır. Bu çalışmanın sonucunda, boru hattı sisteminin temel özellikleri incelenmiş ve HDPE tipi malzemelerden imal edilen boruların akıntı ve dalga koşulları altındaki performansları değerlendirilmiştir. Bu konulara ek olarak HDPE boruların doğalgaz iletim boru hatlarının deniz altı geçişleri açısından performansları ve kullanılabilirlikleri değerlendirilmiştir.

Natural gas plays an important role and an increasing use in cities because of its very unique properties as being environmentally friendly and overall sustainability concerns. Transferring natural gas from one location to another with an easy to build and cheap pipeline system is essential and especially overcoming the natural obstacles such as sea has a vital importance. Using HDPE pipes for these type of applications could be the solution to all. Undersea pipelines and their design principles have great importance in hydrodynamics. In design of these types of engineering structures, pipe material properties, flow characteristics and fluid-structure interaction properties have key importance on the overall behavior of the system. In this study, physical and numerical behaviors of HDPE pipes were investigated in order to determine their performance in undersea natural gas pipelines. Because of the highly elastic material properties of the HDPE, the system was considered as elastic pipe with fixed supports. The physical lab model were set up in Istanbul Technical University Civil Engineering Faculty Hydraulics lab, and by using this lab model, long term hydrodynamic tests were carried out. After completion of hydrodynamic loadings, test specimens were tested in an accredited lab. and material test results were analyzed. The prototype model, Kartal-Adalar Undersea Natural Gas pipeline, was analyzed based on its long term performance. Pipe specimens were taken from Kartal-Adalar Natural Gas Pipeline in two different dates. Test specimens were sent to the material lab in order to perform the required tests. Material test results for pipe specimens which were taken from the prototype pipeline were investigated and their performance were evaluated. To analyse the system numerically, relevant components of ANSYS software package were used to prepare the numerical (computer) model. ANSYS software package components (ANSYS Fluent and others) were used for modelling required part of the system and relevant solvers were used to solve the numerical model. As a result of this study, overall properties of the such system were investigated and pipes that are made of HDPE material performance under current and wave loads were evaluated. In addition to these, usability of HDPE pipe for natural gas pipelines in undersea applications were evaluated and its performance was analyzed.