Uçucu yanıcı gazların birikme davranışının hesaplamalı akışkanlar dinamiği simülasyonu yöntemiyle incelenmesi = Inestigation of the accumulating behaviors of volatile flammable gases by computational fluid dynamics simulation method

Abstract

Hayatımızın her alanında kullandığımız gazların birçok tehlikesi bulunmaktadır. Gazlar özelliklerine göre zehirleyici, yanıcı/patlayıcı ve boğucu etkileri bulunmaktadır. Kullanım alanları oldukça geniş olup başlıca Dolum ve Dağıtım Tesisleri, Doğalgaz Santralleri, Petrol Rafinerileri, Trafo Merkezleri ve İmalathaneleri, Akaryakıt İstasyonları kimyasal sanayi gibi en çok endüstride kullanılır. Günlük yaşam alanlarımızda doğalgaz, tüp gaz olarak mutfak ve salonlarımıza kadar girmiş durumdadır. Bu gazların tehlikelerinden korunmak için farklı yöntemler kullanılır. En yaygın olanı gaz kaça durumlarında erken uyarı sistemleridir. Bu kullanılan yöntemlerin etkinliği muhtemel tehlikeye neden olacak gazın davranışını bilmekten geçer. Yanlış alınan önlemler etkisiz kalacak olup sonuç vermeyip tehlikeli durum yaratabilir. Bundan dolayı risk yaratacak gazın nerde nasıl birikeceği nasıl davranacağı bilinmelidir. Bu davranış özellikleri yanı sıra gazın bulunduğu fiziksel ortamda önem arz etmektedir. Bu çalışmada patlayıcı gaz özelinde incelenmiştir. Patlayıcı gazlar, havadan ağır ve havadan hafif olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Bu nedenle gazın türüne ve yoğunluğuna göre kapalı bir mekandaki gazın dağılımı da farklılık göstermektedir. Gaz kaçaklarının tespitinde, gazın türüne göre çeşitli gaz dedektörleri kullanılır. Gaz tespitinde kullanılan sistemler için en önemli nokta gaz dedektörlerinin konumlarıdır. Doğru konumlandırılan dedektörler yardımı ile gaz kaçakları ölçülerek erken önlem alınılabilir. Gaz dedektörün konumu gazın türüne, yoğunluğuna ve mekânın fiziksel yapısına göre değişiklik gösterip algılanmak istenilen gazın türüne bağlıdır. Gaz kaçaklarının erken tespiti maddimanevi zararları en aza indirmekte ve ölümlü kaza risklerini azaltmaktadır. Bu çalışmada uçucu-yanıcı gazların birikme davranışı hesaplamalı akışkanlar dinamiği simülasyonu yöntemi kullanılarak Metan gazı örnek için izlenmiştir. Kapalı bir kabin içerisinde farklı yüksekliklerde tavana yakın 8 okuma noktası tanımlanıp bu okuma noktaları yaklaşık 10cm aralıklarla yerleştirilmiştir. Kapalı alan oda, okuma noktaları ise gaz dedektörleri olarak tanımlanmıştır. Odanın alt bölgesinden ortama Metan gazı verilerek modelleme yapılmıştır. Oluşturulan kabin ve gaz dedektörleri 3-boyutlu Solidworks programı kullanarak hazırlanmıştır. FDS yazılımı ile bilgisayar ortamında senaryo oluşturulmuş ve modelleme için PyroSim programı kullanılmıştır. Elde edilen veriler Smokeview programı ile çözümlenmiştir. Bu çalışmadan elde edilen bulgular, tavana en yakın gaz dedektörünün metan gazinin en erken tespit ettiğini göstermiştir.

The gases we use in all areas of our lives have many dangers. Depending on the properties of the gases, they can be toxic, flammable/explosive and suffocating. Its usage areas are quite wide. It is mostly used in sectors such as Filling and Distribution Facilities, Natural Gas Power Plants, Oil Refineries, Transformer Stations and Workshops, Fuel Stations, Chemical Industry. In our daily living spaces, natural gas entered our kitchens and living rooms as LNG. Different methods are used to protect from the dangers of these gases. The most common are early warning systems in the event of a gas leak. The effectiveness of these methods used depends on knowing the behavior of the gas that will cause the potential hazard. Incorrect measures can be ineffective, ineffective and create a dangerous situation. For this reason, it should be known where the gas that will pose a risk will accumulate and how it will behave. In addition to these behavioral characteristics, the physical environment of the gas is also important. In this study, especially explosive gas was investigated. Explosive gases have been classified as heavier-than-air and lighter-than-air. Therefore, the distribution of a gas in a closed space varies according to the type and density of the gas. Various gas detectors depending on a gas type are used to detect gas leaks. The most important point for a gas detection system is location of the gas detectors. Early measures can be taken by measuring gas leaks with the help of correctly positioned gas detectors. The location of the gas detector varies according to the type of gas, its density and the physical structure of the space and depends on the type of gas, desired to be detected. Early detection of gas leaks minimizes material and moral damages and reduces the risk of fatal accidents. In this study, the accumulation behavior of volatile-combustible gases was monitored using the computational fluid dynamics simulation method for the methane gas sample. Eight measurement points at different heights are defined in a closed cabinet. The closed area is defined as a room and the measuring points are defined as gas detectors. The closet cabin was created, and gas detectors were prepared using the 3-dimensional Solidworks software. A scenario was created in computer environment with FDS software and PyroSim was used for modelling. Obtained data was analyzed with help of the Smokeview software. Our findings showed that the gas detector closest to the ceiling detected methane gas the earliest.