Benefici della simulazione applicata all'Oil&Gas

I sistemi di piping al giorno d’oggi possono essere assimilati al "sistema circolatorio" della civiltà moderna. Forniscono acqua e gas alle abitazioni, trasportano le acque reflue, forniscono calore e ventilazione negli edifici. Trasportano petrolio e gas attraverso paesi e continenti, dai pozzi onshore e offshore fino agli impianti di raffinazione e distribuzione. Collegano navi cisterna a strutture di stoccaggio, serbatoi a stazioni di servizio, forniscono il carburante per il trasporto delle merci su strada, via mare e via aria.

Con la situazione energetica sempre più critica e la sensibilità ambientale sempre maggiore, oggigiorno riveste sempre maggior importanza la corretta progettazione dei sistemi di piping in ambito Oil&Gas, per ottimizzare i costi e i tempi di fabbricazione, evitando oneri imprevisti nella fase di costruzione e per consentirne una gestione efficiente, riducendo gli interventi di manutenzione e limitando gli incidenti che potrebbero avere conseguenze catastrofiche, data la pericolosità dei liquidi trasportati.

Challenge, Quali sono le problematiche comuni da risolvere?

Nell’ambito dell’Oil&Gas, le simulazioni numeriche sulle pipeline sono sempre più spesso necessarie per riuscire a soddisfare i molteplici requisiti tecnologici (riduzione pesi, isolamento termico, riduzione delle vibrazioni, ecc.) e di sicurezza (standard normativi), che si condizionano vicendevolmente.

L’analisi di scenari multipli per le varie condizioni di funzionamento (sezionamenti parziali delle linee, condizioni di vuoto) e per quelle eccezionali (sisma, gelo, cedimento del terreno), combinati ai requisiti normativi sempre più variegati, a causa della globalizzazione dei mercati (norme americane, europee, russe, cinesi), generano una mole di dati e informazioni che rendono sempre più complicato il compito del progettista, aumentando le possibilità di errore.
La necessità di poter considerare fenomeni fisici specifici all’interno del fluido (presenza di flusso multifase, gradiente termico nel fluido, formazione di idrati, colpo d’ariete) e la possibilità di riuscire a simulare correttamente l’interazione del tubo con l’ambiente circostante (condotte interrate o condotte sottomarine), spinge il progettista a cercare strumenti CAE per la simulazione numerica sempre più evoluti e meno generalisti, evitando così di dover fare delle assunzioni o delle semplificazioni che potrebbero condurre a risultati non conservativi e lontani dalla realtà.

Anche la rappresentazione corretta del sistema di vincoli lungo il tubo (ampia varietà di vincoli monolateri e bilateri, con e senza attrito), assieme alla stima della rigidezza alle estremità della linea (giunzione bocchello-vessel), rappresentano un punto fondamentale nella progettazione di una tubazione.

La necessità di analizzare il sistema di piping con grado di dettaglio diverso a seconda del componente considerato, rappresenta un altro dei principali problemi nella progettazione e verifica dei piping. Infatti mentre l’equilibrio in termini di temperature e portate lungo le tubazioni è gestibile tramite modelli CFD 1-D, l’indagine dello stato di sollecitazione in una zona di diramazione di una linea o in una giunzione tubo-bocchello necessiterebbe di un approccio mediante un modello FEM 3-D di dettaglio.

Analisi di tubazioni e di dettaglio con la simulazione

La progettazione mediante l’ausilio di strumenti di simulazione e analisi specifiche per l’ambito Oil&Gas, consente di mettere a punto rapidamente il modello numerico di studio, considerando le più disparate condizioni di vincolo e di carico, elaborando una moltitudine di dati con scarsa possibilità di errore, eseguendo infine le verifiche in accordo alle principali normative di settore, per mezzo di codici di verifica certificati secondo ASME e Csert.

L’approccio mediante tali tipologie di strumenti consente di poter approcciare i problemi su più livelli di scala di dettaglio, passando dall’analisi del singolo componente (tubo, valvola, bocchello, serbatoio), dove è necessario poter rappresentare sia la rigidezza delle pareti del componente che i campi di velocità e temperatura del fluido all’interno dello stesso, arrivando all’analisi di un intero sistema di tubi (per esempio l’intera rete cittadina per la distribuzione del gas), dove il flusso del fluido e la distribuzione di temperature nelle tubazioni possono essere formulate come un sistema di equazioni algebriche non lineari nei nodi fondamentali della rete di distribuzione, passando per l’analisi di un singolo ramo di un sistema di tubi (per esempio le tubazioni di una via), dove la pressione e la temperatura del fluido vengono rappresentate con i valori medi lungo la sezione del tubo. 

Sistemi di tubazioni più efficienti nell'Oil&Gas

Come già detto, avere un software di simulazione e verifica specifico per l’ambito di utilizzo, permette di accelerare i tempi di analisi anche considerando scenari multipli (di carico e di vincolo), riducendo le possibilità di errore e velocizzando le scelte già nella fase di predimensionamento.
L’utilizzo di strumenti che consentano di indagare in maniera integrata i problemi con diversi gradi di dettaglio nell’analisi, permette di passare da analisi su larga scala ad analisi di dettaglio di singoli componenti in maniera rapida e dinamica.
Possibilità di condurre le analisi e le verifiche (resistenza, fatica, stabilità sotto vuoto, tenuta idraulica), su condotte Oil&Gas e i loro componenti, in accordo alle principali norme nazionali ed internazionali, tra cui ASME, EN, GB e GOST.

Se ti interessa avere maggiori informazioni su questa metodologia e scoprire i vantaggi che la tua azienda avrebbe nell'integrarla all'interno dei suoi processi di progettazione e produzione, contattaci, uno dei nostri esperti risponderà a tutte le tue domande.