Vertical cylindrical tank influence on high-pressure jets: a computational fluid dynamic study

Industrial accidents involving methane process and transportation facilities occur with high relative frequency. The release of methane, which may potentially ignite, can lead to significant consequences. High-pressure jets can be influenced by the presence of obstacles and impinging surfaces that can affect the extent of the plume, which means that open field modeling would not be conservative and it is necessary to take into account the obstacles effect. Thus, to study this kind of scenario, only a computational fluid dynamic model can properly describe the influence of an obstacle on the jet behaviour. In this work, a realistic case study of industrial interest is presented which involves an high pressure methane jet impinging a nearby vertical cylindrical tank positioned in front of the jet release. The aims of this work are to define geometrical parameters relevant for this scenario, to analyse the effect of obstacle on lower flammablility limit cloud extensio, understand the effect of ground on a methane jet, determine situations in which only the effect of the obstacle is present and investigate the effect of obstacle's feet. Therefore, the effect of the vertical cylindrical tank on the lower flammabilty limit extension is systematically studied using computational fluid dynamics simulations, performed with ANSYS® FLUENT®.

Incidenti industriali che coinvolgono strutture di processo e trasporto di metano si verificano con alta frequenza. Il rilascio di metano, che può potenzialmente infiammarsi, può comportare conseguenze significative. I getti ad alta pressione possono essere influenzati dalla presenza di ostacoli e di superfici che possono influenzare l'estensione della nube, ciò significa che la modellazione in campo aperto non sarebbe conservativa ed è quindi necessario tenere conto dell'effetto degli ostacoli. Quindi, per studiare questo tipo di scenario, solo un modello di fluidodinamica computazionale può descrivere correttamente l'influenza di un ostacolo sul comportamento del getto. In questo lavoro, viene presentato un reale caso studio di interesse industriale, nel quale un getto di metano ad alta pressione colpisce un serbatoio cilindrico verticale posizionato di fronte al rilascio del getto. Lo scopo di questo lavoro è quello di definire parametri geometrici rilevanti per questo scenario, per analizzare l’effetto dell’ostacolo sul limite inferiore di infiammabilità, analizzare l'effetto del suolo sul getto di metano, determinare le condizioni per cui è presente solo l’influenza dell’ostacolo e investigare l’effetto dei piedi dell’ostacolo. Pertanto, l'effetto di un serbatoio cilindrico verticale sull'estensione del limite inferiore di infiammabilità viene sistematicamente studiato tramite la fluidodinamica computazionale, eseguendo simulazioni con ANSYS ® FLUENT ®