Deniz altı yatay petrol boru hatlarında CO2 korozyonunun modellenmesinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği simülasyonu: NORSOK M-506 perspektifi
Computational fluid dynamics simulation of modeling NO2 corrosion in subsea horizontal oil pipelines: NORSOK M-506 perspective
Yazar: BEGÜM ŞİRİNOĞLU DOĞAN
Danışman: PROF. DR. AYLA ALTINTEN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Büyük kazaların yaklaşık %20'si korozyon sebebiyledir ve CO2 korozyonu petrol ve gaz endüstrisi için endişe oluşturmaya devam etmektedir. 1976 Seveso kazasının ardından, Avrupa Komisyonu tarafından yayımlanan Seveso Direktifi, endüstriyel kazaları önlemek ve etkilerini en aza indirmek için önemli bir çerçeve sunmaktadır. Direktifle mekanik bütünlüğün sağlanmasıyla CO2 korozyonu kaynaklı olası kazaların önlenmesi hedeflenmektedir. Ancak tüm önleme çabalarına rağmen kazaların olmaya devam etmesi, daha etkili korozyon önleme yöntemlerinin geliştirilmesi gerektiğini göstermektedir. CO2 korozyonunun modellenmesi, özellikle dinamik endüstriyel koşullar ve artan talepler kapsamında son derece etkili, proaktif bir yöntem olarak ortaya çıkmıştır. Bu tez çalışması, CO2 korozyonunun modellenmesi için kapsamlı bir değerlendirme imkânı sunan Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği'nin (HAD) NORSOK M-506 standardıyla uyumlu hale getirilmesine odaklanmıştır. NORSOK M-506 modeli akış modeliyle entegre edilirken endüstri standartlarına uyum sağlamak amacıyla çökelme modeli sıcaklık sabitleriyle ile ilgili değişikliklere tabi tutulmuştur. Tezde kullanılan ANSYS Fluent yazılımına NORSOK M-506 CO2 korozyon modelini dâhil etmek için Kullanıcı Tanımlı Fonksiyonlar (UDF) eklenmiştir. Öngörülen korozyon hızları, Nešić, Solvi ve Enerhaug (1995) çalışmasında elde edilen deneysel veriler ve saha verileriyle karşılaştırılarak makul bir uyum elde edilmiştir. Gerçekleştirilebilir k-Ɛ modeli gelişmiş duvar fonksiyonunun CO2 korozyonunu daha yakın tahmin edebilmiştir. Son olarak elde edilen sonuçlar risk temelli denetim (RIB) kapsamında ele alınmış etkin bakım planları oluşturulmasıyla proses kazalarının önlenmesi ve ilişkili kayıpların azaltılması amaçlanmıştır. HAD analizinin eklenmesiyle petrol boru hattında en yüksek CO2 korozyon hızlarının yerleri de ortaya koyulmuştur. Bu kapsamlı yaklaşımın, teorik temelleri, akış simülasyonları ve endüstri standartlarını birleştirerek enerji kaynaklarının sürdürülebilir gelişimine ve deniz altı boru hatlarının CO2 korozyonuna karşı güvenilirliğine katkı sunabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
Approximately 20% of major accidents are caused by corrosion, and CO2 corrosion continues to be a concern for the oil and gas industry. Following the 1976 Seveso accident, the Seveso Directive issued by the European Commission provides an important framework to prevent major accidents and minimize their impact. The Directive aims to prevent possible accidents caused by CO2 corrosion by ensuring mechanical integrity. However, the fact that accidents continue to occur despite all prevention efforts shows that more effective corrosion prevention methods need to be developed Modeling of CO2 corrosion has emerged as a highly effective, proactive method, especially in the context of dynamic industrial conditions and increasing demands. This dissertation study focuses on the harmonization of Computational Fluid Dynamics (CFD) with the NORSOK M-506 standard, which offers a comprehensive evaluation for modeling CO2 corrosion. While integrating the NORSOK M-506 model with the flow model, the precipitation model has been modified with respect to temperature constants in order to comply with industry standards. User Defined Functions (UDF) were added to the ANSYS Fluent software used in the thesis to incorporate the NORSOK M-506 CO2 corrosion model. The predicted corrosion rates were compared with field and experimental data obtained in Nešić, Solvi and Enerhaug (1995) and reasonable agreement was obtained It is verified that the realizable k-Ɛ model advanced wall function can predict CO2 corrosion more closely. Finally, the results obtained were addressed within the context of risk-based inspection (RBI) to formulate effective maintenance plans aimed at preventing process accidents and reducing associated losses. The highest CO2 corrosion rates in the oil pipeline were identified with the addition of CFD analysis. By combining theoretical foundations, flow simulations and industry standards, this comprehensive approach is considered to contribute to the sustainable development of energy resources and the reliability of subsea pipelines against CO2 corrosion.