Kezdőlap / Portfolio / Szén Dioxid Terjedés Szimulációja a Péti Nitrogénműveknél

Szén Dioxid Terjedés Szimulációja a Péti Nitrogénműveknél

Szén Dioxid Terjedés Szimulációja a Péti Nitrogénműveknél

Több, mint 80 évvel ezelőtt, 1931-ben kezdett termelni Magyarország nehézvegyipari fellegvára, a Péti Nitrogénművek, ahol 2012-ben érdekes áramlás- és hőtani szimulációs feladatot kaptunk: a Trans Lex Work Kft. egy szén-dioxid kibocsátási pontra telepítendő hangtompító tervezése, gyártása, beépítése kapcsán kért fel minket az ammóniaüzem légterében CO2 terjedési vizsgálat elvégzésére. De vajon hogy lehet egy egész üzem területét modellezni?

Nyilvánvalóan egyszerűsíteni kellett, hiszen a gázterjedés szempontjából érdekes, legszűkebben vett rész is 515×565 méteres területen fekszik. Ez a terep tömve van a technológiához szükséges berendezésekkel, vannak olyan részek az üzem területén, ahol az ember feje felett lévő csövek sokaságától nem látni az eget.

A vizsgált szén-dioxid kibocsátási pont az ammóniaüzemben egy szplitter kolonna tetején, a talajszinttől 56 méter magasságban van. Az alábbi képen lévő bal oldali kolonna tetején jól látszik a kibocsátási pontból a szén-dioxiddal együtt kilépő vízgőz. Nem, nem másztam fel odáig, csak a kolonna magasságának feléig merészkedtem, onnan készítettem fotókat a modellezéshez.

Az üzem egy részlete a kolonnáról fotózva
Az üzem egy részlete a kolonnáról fotózva
Kibocsátási pont a bal kolonna tetején
Kibocsátási pont a bal kolonna tetején

Nos, az üzem modelljének elkészítésében hagyományos és modern eszközök is a segítségemre voltak. Egyrészt a Nitrogénművek 2. gyártelepéről még régebben készült egy makett, amiről fotókat készíthettem. A modern eszközök között pedig ott volt a mindent látó Google Föld is.

A Nitrogénművek 2. üzemének makettje
A Nitrogénművek 2. üzemének makettje
A 2. üzem műholdképe a Google Földben
A 2. üzem műholdképe a Google Földben

A CAD geometria arányainak ellenőrzésére is a Google térképét használtam, méghozzá úgy, hogy a CAD modellről készített képet a képszerkesztőben félig átlátszó rétegként beillesztettem a műholdfelvételre, és ha nagy eltérést találtam, a CAD modellt addig finomítottam, amíg minden épület jól fedte egymást a két képen.

A CAD geometria természetesen az ammóniaüzemet jelképező területen a legrészletesebb, mivel itt a legnagyobb annak az esélye, hogy kedvezőtlen időjárási körülmények között szén-dioxid áramolhat a talajhoz közeli szintekre.

Az ammóniaüzem CAD geometriája északnyugati irányból nézve
Az ammóniaüzem CAD geometriája északnyugati irányból nézve
Az ammóniaüzem CAD geometriája északkeleti irányból nézve
Az ammóniaüzem CAD geometriája északkeleti irányból nézve

A szimuláció peremfeltételei között – a kolonna tetején lévő csőből kilépő szén-dioxid tömegáramán és hőmérsékletén kívül – elő kellett írnom a vizsgált területre érkező szél irányát és sebességét a talajszinttől mért távolság függvényében. Az irány megadása viszonylag egyszerű volt, mert azon a vidéken kis túlzással élve két dolog történik: vagy fúj a szél, vagy harangoznak, és ha fúj, akkor ezt általában észak-északnyugatról teszi.

A talajtól számított magasság függvényében jelentkező szélsebességet hatványfüggvény formájában közelíthetjük:

26_szel_2

ahol
zb: a sebességmérés magassága,
vb: a mért szélsebesség,
n: a vizsgált terület környezetében lévő tereptárgyak magasságát és a közöttük lévő távolságot kifejező együttható. Nagy kiterjedésű sík területek esetén n=10, egymás mellett lévő magas házak, nagyvárosi területek esetén n=2.8571. [1]

Hatványfüggvénnyel leírható szélsebesség a talajtól számított magasság függvényében
Hatványfüggvénnyel leírható szélsebesség a talajtól számított magasság függvényében

A projekt során többféle időjárást vizsgáltunk: tél és nyár, szélcsend vagy átlagos sebességű szél esetén határoztuk meg az 56 méter magasban lévő csőből viszonylag nagy, 61 m/s sebességgel kiáramló, a kilépéskor 60°C hőmérsékletű szén-dioxid terjedését. A szén-dioxid levegőre vonatkozó diffúziós együtthatóját is a környezeti hőmérsékletre tekintettel adtuk meg a téli és nyári beállítások esetén. Mivel közvetlenül a kolonnák mellett található két hőcserélő, amelyből ventilátorok által mozgatott, 40°C hőmérsékletű levegő száll fel, erre is figyelnem kellett.

Az eredmények közül az alábbi képeken nyáron, átlagos szélsebesség esetén mutatom be az ammóniaüzem felett elhúzódó 0.5%-os (amely az emberi egészségre már káros koncentrációt jelenti) és 0.1%-os koncentrációjú szén-dioxid zónát. Az üzemet az észak-északnyugati irányból nézzük, a tereptárgyak felszínét a szél által létrehozott nyomás szerint színeztem, hogy az épületek kontúrjai láthatók legyenek.

0.5%-os szén-dioxid koncentráció az ammóniaüzem feletti légtérben
0.5%-os szén-dioxid koncentráció az ammóniaüzem feletti légtérben
0.1%-os szén-dioxid koncentráció az ammóniaüzem feletti légtérben
0.1%-os szén-dioxid koncentráció az ammóniaüzem feletti légtérben

Jól látszik, hogy a 0.5%-os koncentráció magasan az ammóniaüzem területe felett húzódik és az eredményekből az is megfigyelhető volt, hogy ilyen időjárási körülmények között ez a koncentráció még az ammóniaüzem területe felett a veszélytelennek számító 0.1%-os koncentráció alá csökken.

Különféle gázok terjedésének szimulációja sok területen nyújt hasznos ismereteket. Az itt leírt módszerhez hasonlóan vizsgálhatók városok légszennyezési körülményei, de ezt a módszert alkalmaztam nagynyomású gázvezetékek szivárgási szimulációi esetén is.

Dr. Dúl Róbert

[1] Architectural Institute of Japan, “Guidebook for Practical Applications of CFD to Pedestrian Wind Environment around Buildings”: p.158.

Top