تسرب هائل لثاني أكسيد الكربون في نظام احتجاز الكربون وتخزينه (CCS) كشف عن عيب تصميمي خطير في صمام أمان. الحادث، الذي كان يمكن أن يتسبب في كارثة اختناق، تم تحليله باستخدام محاكاة ديناميكيات الموائع الحاسوبية ثلاثية الأبعاد (CFD 3D) مع OpenFOAM. تُظهر النتائج كيف أن ثاني أكسيد الكربون، الأكثر كثافة من الهواء، يتراكم بشكل خطير في المناطق المنخفضة، مكونًا جيوبًا من الغاز القاتل لم يأخذها التصميم الأصلي في الاعتبار. 💀
نمذجة ومحاكاة سيناريو تشتت ثاني أكسيد الكربون 🧪
لإعادة بناء الحادث، تم البدء من توأم رقمي للمصنع تم إنشاؤه باستخدام AutoCAD Plant 3D، حيث تم نمذجة الأنبوب والصمام المعيب. تم التقاط الهندسة الفعلية للبيئة باستخدام المسح التصويري (Photogrammetry) مع Bentley ContextCapture، مع دمج سحب النقاط للتضاريس والهياكل المحيطة. باستخدام OpenFOAM، تم حل معادلات نافييه-ستوكس للتدفق القابل للانضغاط، باستخدام نموذج الاضطراب k-epsilon وشبكة محسنة في مناطق التراكم المحتملة. كشفت المحاكاة العابرة لمدة 600 ثانية أنه على مستوى الأرض، تجاوزت تركيزات ثاني أكسيد الكربون 10% من حيث الحجم في غضون 3 دقائق فقط، وهو الحد الذي يعتبر خطيرًا فورًا على حياة الإنسان.
التصور والدروس المستفادة لسلامة الصناعة 🛡️
تم تصور المخاطر باستخدام Lumion، حيث تم دمج مجالات تركيز ثاني أكسيد الكربون على النموذج ثلاثي الأبعاد الواقعي للمصنع. يُظهر الرسم المتحرك الناتج بوضوح كيف يتحرك الغاز كسائل لزج، محتلاً الخنادق والأقبية والمنخفضات في التضاريس. يوضح هذا التحليل أن أنظمة CCS تتطلب إعادة تصميم الصمامات مع التكرار وأجهزة استشعار التركيز في الارتفاعات المنخفضة، بالإضافة إلى أنظمة التهوية القسرية. لا تفسر محاكاة CFD الفشل فحسب، بل تصبح أداة إلزامية لاعتماد السلامة في منشآت احتجاز الكربون.
كمهندس CFD، ما هي المعلمات الرئيسية التي يجب علي ضبطها في OpenFOAM لنمذجة التشتت القاتل لثاني أكسيد الكربون في الارتفاعات المنخفضة بدقة أثناء تسرب في نظام CCS، وكيف يمكن التحقق من صحة تلك النتائج باستخدام البيانات التجريبية؟
(ملاحظة: محاكاة الكوارث ممتعة حتى يحترق الكمبيوتر وتكون أنت الكارثة.)