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Tipo: Dissertação
Título: Análise CFD de defletor de flange na dispersão de nuvens de hidrocarbonetos
Autor(es): Marques, Gustavo Santos de Oliveira
Primeiro Orientador: Hallak, Patrícia Habib
Co-orientador: Camata, José Jerônimo
Co-orientador: Oliveira, Nicolas Lima
Membro da banca: Benito, Yipsy Roque
Membro da banca: Elias, Renato Nascimento
Resumo: Este trabalho apresenta uma avaliação da eficácia de um defletor ou protetor de flange (”flange deflector”) na dispersão de nuvens contendo hidrocarbonetos em plataformas offshore de produção de óleo e gás, utilizando técnicas de fluidodinâmica computacional (CFD) através do software Ansys Fluent. A pesquisa visa contribuir para a melhoria das análises de risco e estudos de consequência em cenários de vazamento de gases inflamáveis. O trabalho consiste em avaliar se um defletor de flange no formato retangular consegue direcionar a nuvem de hidrocarbonetos no sentido oposto ao sentido do vazamento, mesmo com vento no sentido favorável do vazamento. O defletor não possui uma das paredes a fim de evitar o confinamento dos gases explosivos. O vazamento representativo possui seção circular de 1 polegada de diâmetro, sua composição é uma mistura de ar e metano, e os dados de processo da tubulação são pressão de 2 MPa e temperatura de 100 °C. O estudo inicia-se com uma revisão bibliográfica abrangente sobre riscos operacionais, dispersão de gases em ambientes offshore e modelagem CFD aplicada a cenários de segurança industrial. A modelagem matemática e os modelos utilizados para a realização da análise CFD também são abordados. Em seguida, desenvolve-se uma metodologia do modelo geométrico representativo de uma seção de tubulação típica de plataforma, de um flange, da área de seção do vazamento e do protetor de flange proposto. A análise dos resultados consiste em avaliar se os contornos de fração mássica de metano e isosuperfícies de 20% do Limite Inferior de Flamabilidade (LFL - Lower Flammability Limit) do metano, para as velocidades de vento de 0; 0,5; 1; 2; 3; 4 m/s não são direcionados para a direção do vazamento, visto que o defletor de flange guiou a nuvem na direção contrária. As conclusões do estudo destacam a importância dos protetores de flange como medida de mitigação de riscos em plataformas offshore, quantificando sua eficácia na redução da dispersão de nuvens de hidrocarbonetos. Por fim, são sugeridas direções para pesquisas futuras, incluindo a investigação de parâmetros geométricos inovadores de protetores de flange, influência dos dados de processo da tubulação (pressão e temperatura), influência de diferentes tipos de vazamentos (posição e formato) e avaliação fluido-estrutural para avaliar impactos no defletor de flange.
Abstract: This work presents an evaluation of the effectiveness of a flange deflector or protector in dispersing clouds containing hydrocarbons on offshore oil and gas production platforms, using computational fluid dynamics (CFD) techniques through the Ansys Fluent software. The research aims to contribute to improving risk analyses and consequence studies in scenarios involving flammable gas leaks. The study investigates whether a rectangular-shaped flange deflector can direct the hydrocarbon cloud in the opposite direction of the leak, even under wind conditions that favor the leak direction. The deflector is designed without one of its walls to avoid the confinement of explosive gases. The representative leak has a circular section with a diameter of 1 inch, consists of pure methane, and the pipeline process data are a pressure of 2 MPa and a temperature of 100 °C. The study begins with a comprehensive literature review on operational risks, gas dispersion in offshore environments, and CFD modeling applied to industrial safety scenarios. The mathematical modeling and the models used for the CFD analysis are also discussed. Next, a methodology is developed for the geometric model representing a typical pipeline section on a platform, a flange, the leakage area, and the proposed flange protector. The analysis of the results assesses whether the methane mass fraction contours and 20% LFL (Lower Flammability Limit) methane isosurfaces, under wind speeds of 0, 0.5, 1, 2, 3, and 4 m/s, are not directed along the leak path, indicating that the flange deflector successfully guided the cloud in the opposite direction. The study’s conclusions highlight the importance of flange protectors as a risk mitigation measure on offshore platforms, quantifying their effectiveness in reducing hydrocarbon cloud dispersion. Finally, directions for future research are suggested, including the investigation of innovative geometric parameters for flange protectors, the influence of pipeline process data (pressure and temperature), the influence of different types of leaks (position and shape), and fluid-structure evaluation to assess impacts on the flange deflector.
Palavras-chave: Protetores de flange
Pispersão de gases
Fluidodinâmica computacional
Ansys fluent
Análise de risco
Plataformas offshore
Flange protectors
Gas dispersion
Computational fluid dynamics
Risk analysis
Offshore platforms
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla da Instituição: UFJF
Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Programa: Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution 3.0 Brazil
Licenças Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/19193
Data do documento: 8-Mai-2025
Aparece nas coleções:Mestrado em Modelagem Computacional (Dissertações)



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