PM Bussdepå - Gasutsläpp. Simulering av metanutsläpp Verkstad. 1. Förutsättningar

Transkript

1 Simulering av metanutsläpp Verkstad 1. Förutsättningar 1.1 Geometri Verkstaden var 35,5 meter lång, 24 meter bred och takhöjd 6 meter. En buss med måtten längd 18 meter, bredd 2,6 meter och höjd 3,4 meter placerades centrerat i verkstaden. 1.2 Ventilationsflöde Luften strömmade in genom ena kortsidan och ut ur motstående sida. Flödesriktningen var parallellt med golvet och längs med bussen. Volymflödet per golvarea var 300 l / (minut x m 2 golvarea). Med givna dimensioner blir golvarean 852 m 2 varvid flödet således blir 4,26 m 3 /s. Medelhastigheten hos luften i verkstadens tvärsnitt med givna mått blir därmed 0,03 m/s. 1.3 Läckageflöde Det ansatta läckageflödet av metan beräknades utifrån isentropiskt flöde genom ett hål som mynnar mot atmosfärstryck. Strömningen blir därmed kompressibel och högsta utströmningshastighet genom hålet blir därför lika med ljudhastigheten för gasen. Hålet ur vilket läckaget sker antogs vara cirkulärt med en diameter på 0,5 mm. Detta resulterar i ett läckageflöde av metan på 32 Nm 3 /h. Densiteten hos metan vid atmosfärstryck sattes till en faktor 0,707 av luftens densitet. Läckaget simulerades som att läckande metan flödar ut ur öppningar i kaross och kåpor kring tankarna centrerat på bussens tak. Strömning av metan med ljudhastighet ur läckagehålet antogs sjunka till inkompressibel strömning och låg hastighet på kort avstånd från hålet innan gasen därefter strömmar ut genom öppningar i kaross / kåpor. Den läckande metangasen modellerades därför som ett inkompressibelt ymmande läckage ur en yta med storleken 1x1 meter, vilket skulle motsvara en zon kring läckagekällan där metan strömmar ut. SWECO PIC Gjörwellsgatan 22 Box 34044, Stockholm Telefon Telefax Mats Finnson SWECO PIC AB Org.nr , säte Stockholm Ingår i SWECO-koncernen metanutsläpp 1 (8)

2 I en enklare analys befanns flödet att ändra sig mycket lite under tömningsförloppet varför det ansattes som konstant i tiden i CFD-beräkningen. Med det ansatta läckageflödet beräknades tömningstiden till ca 9 timmar. 1.4 Beräkningsmetod För beräkning av omblandningen av metan i luft användes en datorbaserad beräkningsteknik kallad Computational Fluid Dynamics (CFD). En flödesdomän motsvarande buss och verkstad indelas i ett stort antal beräkningsceller (ca ) i vilket bl a tryck, hastigheter, turbulensnivåer och gasfraktioner beräknas. CFD-metoden innebär att mass- och energitransport enligt Reynolds Average Navier-Stokes ekvationer (RANS) beräknas i varje cell. Turbulenta fenomen modellerades med k-epsilon-metoden. CFDprogrammet som användes var FLUENT version från Fluent Inc. Geometrin modellerades i programmet GAMBIT version (8)

3 2. Resultat Resultaten nedan beskriver koncentrationerna efter att metangasens spridning är konstant i tiden. 2.1 Utbredning hos gränsyta för 5 volymprocent metan (LEL) Området inom vilket koncentrationen är högre än 5 volymprocent visas i Figur 1 nedan. Metan med en koncentration på 5 volymprocent ansamlas ca 0,6 1,0 meter räknat från taket, se Figur 2. Rakt ovanför läckagekällan är koncentrationen högre än 5 volymprocent. Figur 1. Perspektiv-vy av läckande buss i verkstaden. Den röda ytan är gränsyta för 5 volym- % metan. Ovanför ytan är koncentrationen högre. 3 (8)

4 [meter under tak, 5 volym% metan] läckagekälla buss från ovan Figur 2. Färgkonturerna avser gränsytans avstånd från taket. Ventilationens flödesriktning indikeras med pilen. 4 (8)

5 2.2 Utbredning av gränsyta för 1 volymprocent metan (20% av LEL) Området inom vilket koncentrationen är högre än 1 volymprocent visas i Figur 3 nedan. Metan med en koncentration på 1 volymprocent ansamlas på ett avstånd ca 0,8 2 meter under taket, se Figur 4. Rakt ovanför läckagekällan är koncentrationen högre än 1 volymprocent. Figur 3. Perspektiv-vy av läckande buss i verkstaden. Den blå ytan är gränsyta för 1 volym-% metan. Ovanför ytan är koncentrationen högre. 5 (8)

6 [meter under tak, 1 volym% metan] läckagekälla buss från ovan Figur 4. Färgkonturerna avser gränsytans avstånd från taket. Ventilationens flödesriktning indikeras med pilen. 6 (8)

7 2.3 Volymkoncentrationer i tvärsnitt Bilderna nedan visar koncentrationen av metan i två olika snittplan genom verkstaden. [volym% metan] koncentration > 5 volym% Figur 5. Koncentration av metan (volymprocent) i ett vertikalt plan tvärs genom bussen. Buss med läckage från taket 7 (8)

8 [volym% metan] koncentration > 5 volym% Buss med läckage från taket Figur 6. Koncentration av metan (volymprocent) i ett vertikalt plan längs bussens centerlinje. Ventilationens flödesriktning visas med pilen. 3. Kommentarer Det viktiga för en god ventilering i det analyserade fallet är en effektiv transport och utblandning av metan. Då är lufthastigheten kring bussen och i taket intressant. Lufthastigheten är alltid låg nära ytor som t ex under ett tak. Lätta gaser ansamlas under tak och kan därmed vandra motströms låga ventilationsflöden i sådana områden. I riskbedömningen specificeras ventilationsflödet utifrån ett volymflöde per golvarea. Ett rum med liten golvarea blir därmed sämre ventilerat än ett rum med större golvarea om läckagemängd och takhöjd är oförändrade. Ventilationsflödet bör dimensioneras utifrån rummets volym eller tvärsnittsarea (bredd tvärs ventilationsflödet x höjd) så att ventilationsflödet anpassas till transport och utspädning av ett läckage av viss storlek. 8 (8)