Orientadores: Artur Zaghini Francesconi, Sávio Souza Venâncio Vianna

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: A combinação de altas pressões e da alta quantidade de dióxido de carbono envolvida em processos de CCS (Carbon Capture and Storage) e reinjeção em poços do pré-sal representa um risco de vazamento acidental. Para o controle dos riscos e consequências, é necessário um modelo de vazamento que...

Resumo: A combinação de altas pressões e da alta quantidade de dióxido de carbono envolvida em processos de CCS (Carbon Capture and Storage) e reinjeção em poços do pré-sal representa um risco de vazamento acidental. Para o controle dos riscos e consequências, é necessário um modelo de vazamento que preveja a taxa mássica de CO2, parâmetro indispensável para a modelagem da dispersão do mesmo no ambiente. A modelagem da liberação de CO2 pressurizado é relativamente complexa devido suas particularidades termofluidodinâmicas. O dióxido de carbono possui um ponto triplo a 216K e 0,51MPa e um alto coeficiente Joule-Thompson dependendo das condições de temperatura e pressão, o que levaria a um escoamento de duas fases e formação de sólido durante uma despressurização até a pressão atmosférica. A vibração molecular do CO2 também pode ser importante em determinados cenários de vazamento. Há muitas abordagens na literatura que tratam diferentemente os aspectos do escoamento, principalmente no que se refere ao equilíbrio térmico e mecânico. O presente trabalho apresenta uma abordagem inovadora para o cálculo da descarga em vazamentos acidentais pressurizados. O chamado Homogeneous Non-Equilibrium Model (HNM) é proposto, o qual considera os efeitos do não-equilíbrio tanto em relação à metaestabilidade quanto aos efeitos da relaxação vibracional da molécula. A modelagem leva em conta a possível transição de fases e a formação de gelo seco e é aplicável em condições de regime permanente. O modelo foi testado com dados experimentais do projeto CO2PIPETRANS, HSE e do programa de pesquisa Cooltrans. O modelo apresentou uma boa performance, levando a resultados próximos aos experimentais. A proposta de modelagem é relativamente simples de ser implementada e não demanda esforço numérico. O modelo HNM se mostra uma boa alternativa aos modelos existentes

Abstract: Storage and transportation in CCS technology involve dealing with CO2 at high pressures, which can lead to accidental releases. To assess and control risks and to calculate the minimum safe distance from tanks and pipelines to populated areas, the source term model of the leakage is...

Abstract: Storage and transportation in CCS technology involve dealing with CO2 at high pressures, which can lead to accidental releases. To assess and control risks and to calculate the minimum safe distance from tanks and pipelines to populated areas, the source term model of the leakage is extremely important, as it serves as input to model the dispersion of CO2 into the atmosphere. The modelling of high pressurised CO2 releases is relatively complex due to its thermofluidynamics particularities. Its triple point pressure is higher than the atmospheric pressure and it has a relatively high Joule-Thompson coefficient depending on the temperature and pressure conditions. Hence, it might lead to a two-phase flow and to solid formation when the depressurisation to atmospheric pressure occurs. Also, the molecular vibration of CO2 might be important in some leakage scenarios. There are several approaches in the literature which address differently the aspects of the flow, especially regarding thermal and mechanical equilibrium or non-equilibrium. The present work provides an innovative approach for the discharge calculation in accidental high pressure releases. The Homogeneous Non-Equilibrium Model (HNM) is proposed, which accounts for non-equilibrium effects regarding not only metastability but also vibrational relaxation of the molecule. It considers the possible phase transitions and dry ice formation and it is applicable to steady-flow conditions.The model was tested with experimental data from CO2PIPETRANS project, HSE experiments and Cooltrans research programme. It was found that the model works well leading to results which agree with available experimental data. The proposes source model is relatively simple to implement and it does not demand numerical effort. The discussed discharge approach for CO2 releases emerges as a good alternative to existing models

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