Applied Fracture Mechanics for Natural Gas Pipeline Transport: Explosion Dynamic Analysis

تزايد الاهتمام بظاهرة الانفجارات الديناميكية في كثير من المنشآت التقليدية والغير تقليدية منها المنشآت الذرية والبتروكيميائية وأنابيب الحفر البترولي والغاز الطبيعي ومثال ذلك الانفجارات الديناميكية في أنابيب نقل الغاز الطبيعي في دولة الكويت. ساهم البحث في إعطاء معالجة شاملة لهذه الانهيارات باستخدام تحاليل انفجارية ديناميكية، مع تحليل كامل للمراحل الرئيسية لانطلاق واحتراق الكرات النارية الناشئة من انفجار أنابيب الغاز الطبيعي عند ملامسته للغلاف الجوي، كما تم دراسة مدى تأثير العوامل (كتلة وقود الغاز، سرعة الحقن، حجم الفوهة، ارتفاع وبعد مصدر الإيقاد) على انتشار وتطور الكرات النارية للغاز الطبيعي. وقد تناول البحث بالتحليل الرقمي للكرات النارية الناتجة من الانفجار منذ بداية الاشتعال والانتشار والانفجار ومقارنتها مع نتائج تجريبية ونظرية أخرى. وقد تم حساب نتائج الانهيارات والتصدعات التي أدت الى الانفجارات من خلال برنامج حاسب آلي مطور "OBAID " وتم إدراجه في ملحق. كما تم إجراء تحليل منفصل لمقارنة نتائج التحليل التجريبي والنظري مع نتائج أخرى. ويأمل الباحث ان تعمل هذه التحليلات كأداة لاعطاء إنذار مبكر لمسئولو نقل الغاز لاتخاذ القرار المناسب ليتحاشى أي تصدع او انفجار في أنابيب الغاز الطبيعي.

The project final report contains specific area of research on the Mina Condensate Line failure. An attempt was made to develop explosion dynamic finite element analysis of the pipeline system, which is the proposed condensate pipeline that blew up under sudden explosions. Plasticity and Explosion models are included. Solid isoparametric elements, panel and line elements represent various pipe material solution procedures that are recommended. Evolution and explosion of fuel gas discharged into the atmosphere is simulated numerically. Finite-duration vertical releases are considered, the ignition occurring on the axis at some elevation above the source. The main stages of the release and burning are discussed, spatial distributions of concentrations, temperature and reaction rate in the fireball are presented at various stages of evolution from ignition up to total burnout. Influence of the release parameters (fuel mass, injection velocity, orifice size, ignition height) on the lifetime of the fireball is studied for methane and propane releases. The dependence of the fireball burning time on the Froude number (defined as the square of the ratio of the release velocity and the characteristic buoyant velocity) is obtained. The effect of the source size and ignition source location is shown to be much less significant. The results of calculations are compared with the experimental data on small-scale methane and propane fireballs. Fairly good agreement on the fireball geometry and burning time is obtained. Applicability of the results obtained is discussed.