Het omgekeerde probleem van de los spuitende tuinslang
woensdag 6 februari 2008
Een los spuitende tuinslang, zo ongeveer beweegt een in zee hangende
stalen buis waardoor koelwater wordt opgepompt voor een nieuw proces
om gas offshore te condenseren. Shell ontwikkelde het
gas-condensatieproces om gas goedkoper te transporteren en zocht naar
een oplossing voor het tuinslang-probleem. De stalen koelbuizen hangen
namelijk los in zee en kunnen door teveel bewegingen beschadigen.
TUD-onderzoeker Guido Kuiper testte in een proefopstelling welke
krachten op de buizen inwerken. Met de verrassende resultaten heeft
hij een rekenmodel gemaakt waar Shell verder mee aan de slag kan.
Losse tuinslang
Olie en gas moeten steeds verder uit de kust worden opgepompt vanuit
steeds diepere wateren (>2000 m). Om lange en dure pijpleidingen te
elimineren ontwikkelde Shell een nieuw concept waarbij het gas
offshore op een schip wordt gecondenseerd en het vloeibare gas direct
naar de klant wordt getransporteerd. Het koelwater daarvoor wordt
opgepompt van tussen de 150 en 500 meter diep, door vrijhangende
stalen stijgbuizen. Door het krachtig opgepompte water maken de buizen
onvoorspelbare bewegingen, vergelijkbaar met het slingergedrag van een
losse tuinslang. Guido Kuiper ging op zoek naar de oorzaak.
Hij testte in een experimentele opstelling een 5 meter lange PVC buis
van 7 cm diameter waarmee water werd opgezogen. De buis bleek stabiel
beneden een bepaalde vloeistofsnelheid. In tegenstelling tot alle
bestaande theorieën vertoonde de buis boven deze vloeistofsnelheid
een complexe beweging, die uit twee afwisselende fasen bestond. Eén
fase is een bijna periodieke, rondgaande beweging van het uiteinde van
de buis. De andere fase is een ruis-achtige trilling zonder veel
beweging van de buis. Meer onderzoek is noodzakelijk om deze
bewegingen, die gecompliceerder zijn dan aanvankelijk gedacht,
volledig te kunnen verklaren.
De gangbare theorie om die bewegingen te verklaren is namelijk
tegenstrijdig. Bij lage vloeistofsnelheid zouden de stijgbuizen
instabiel gedrag vertonen, terwijl experimenten geen enkel teken van
instabiliteit toonden. Kuiper bedacht twee nieuwe verklaringen. Ten
eerste wordt de instabiliteit van de buis voorkomen door de externe
hydrodynamische demping van het omringende water. Ten tweede is het
nodig een goede beschrijving te vinden van de vloeistofstroming rond
de zuigmond van de buis voor een juiste stabiliteitsanalyse. Met de
gevonden resultaten is Kuiper weer een stap verder op weg naar een
beter rekenmodel.
Toepassing
Shell is geïnteresseerd in het concept om gas direct op een drijvend
platform te verwerken en vloeibaar te maken. Voor dit concept is
oppompen van koelwater door buizen noodzakelijk. Verder onderzoek door
Shell zou kunnen leiden tot een rekenmodel om het gedrag van de
vrijhangende stijgbuizen te voorspellen.
Promotie: 28 februari 2008, Technische Universiteit Delft.
Meer informatie:
* Guido Kuiper
070-4473411
Guido.Kuiper@shell.com
* Promotor: Prof. Dr. Ir. J. Blaauwendraad en Prof. Dr. Ir. J.A.
Battjes
Technologie Stichting STW