[pt] Análise numérica do processo dinâmico do escoamento de gás natural em estações de entrega, considerando o comportamento transiente dos principais equipamentos existentes, tais como válvula de três vias, válvulas redutoras de pressão e aquecedores de gás. Desenvolvimento da lógica de controle dinâmica (controle PID - proporcional-integral-derivativo) de todos os equipamentos relevantes. Para determinação das propriedades termodinâmicas do gás natural empregou-se as equações de estado Peng-Robinson e Soave-Redlich-Kwong. O estudo apresenta um maior enfoque na análise do comportamento de aquecedores de gás indireto a banho d’água e na regulagem dinâmica da temperatura de entrega através de um controlador PID que comanda a válvula de três vias. Investigou-se o desempenho de uma estação de entrega de gás natural existente baseada nas condições operacionais estabelecidas no projeto. Simulou-se o escoamento correspondente a operação em uma estação de entrega real e realizou-se comparação direta com dados de instrumentação enviados ao supervisório de controle e aquisição de dados (SCADA). A metodologia desenvolvida reproduziu de forma adequada a operação em condições normais da estação de entrega de São Carlos-SP e eventos anormais como cenários de apagamento dos aquecedores que foram registrados no banco de dados do supervisório. Finalmente analisaram-se procedimentos a serem aplicados nas estações de entrega existentes para redução do consumo do gás combustível utilizado no processo de pré-aquecimento. / [en] Numerical simulation of the dynamic process of natural gas flow through citygate stations, considering the transient behavior of the main existing equipments, such as three-way-valves, pressure reduction valves and gas heaters. Development of the dynamic control logic (PID controller) of all relevant equipments. To determine the natural gas thermodynamic properties, the equations of state of Peng-Robinson and Soave-Redlich-Kwong were employed. The study concentrates in the analysis of indirect fired water bath heater and in the delivery temperature regulation using a PID controller that commands the three-way-valve. It was investigated the performance of an existing natural gas citygate station based on established design operational conditions. The flow field corresponding to an operational natural gas city gate station was determined and direct comparison with instrumentation data sent to supervisory control and data acquistion (SCADA) was performed. The methodology developed reproduced in a satisfactory way the normal operational condition of the São Carlos-SP natural gas citygate station and abnormal events such as the heater shut-down scenarios registered on SCADA database. Finally, procedures to be applied in existing delivery stations for the reduction of gas fuel consumption in the pre-heating process were analyzed.

Submitted by Rafael Santana (rafael.silvasantana@ufpe.br) on 2017-05-11T18:10:34Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Versão Atualizada Tese Eric Ferreira de Oliveira.pdf: 1865683 bytes, checksum: 517608a245f6372afd45b3bba78733d6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-11T18:10:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Versão Atualizada Tese Eric Ferreira de Oliveira.pdf: 1865683 bytes, checksum: 517608a245f6372afd45b3bba78733d6 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / CNEN / O estado da arte dos métodos aplicados para processos industriais é atualmente baseado em princípios de reconstruções tomográficas clássicas desenvolvidos para padrões tomográficos de distribuições estáticas, ou seja, são limitados a processos de pouca variabilidade. Ruídos e artefatos de movimento são os principais problemas causados pela incompatibilidade nos dados gerada pelo movimento. Além disso, em processos tomográficos industriais é comum um número limitado de dados podendo produzir ruído, artefatos e não concordância com a distribuição em estudo. Um dos objetivos do presente trabalho é discutir as dificuldades que surgem da implementação de algoritmos de reconstrução em tomografia dinâmica que foram originalmente desenvolvidos para distribuições estáticas. Outro objetivo é propor soluções que visam reduzir a perda de informação temporal devido a utilização de técnicas estáticas em processos dinâmicos. No que diz respeito à reconstrução de imagem dinâmica foi realizada uma comparação entre diferentes métodos de reconstrução estáticos, como MART e FBP, quando usado para cenários dinâmicos. Esta comparação foi baseada em simulações por MCNPX, e também analiticamente, de um cilindro de alumínio que se move durante o processo de aquisição, e também com base em imagens de cortes transversais de técnicas de CFD. Outra contribuição foi aproveitar o canal triplo de cores necessário para exibir imagens coloridas na maioria dos monitores, de modo que, dimensionando adequadamente os valores adquiridos de cada vista no sistema linear de reconstrução, foi possível imprimir traços temporais na imagem tradicionalmente reconstruída. Finalmente, uma técnica de correção de movimento usado no campo da medicina foi proposto para aplicações industriais, considerando-se que a distribuição de densidade nestes cenários pode apresentar variações compatíveis com movimentos rígidos ou alterações na escala de certos objetos. A ideia é usar dados conhecidos a priori ou durante o processo, como vetor deslocamento, e então usar essas informações para melhorar a qualidade da reconstrução. Isto é feito através da manipulação adequada da matriz peso no método algébrico, isto é, ajustando-se os valores para refletir o movimento objeto do previsto ou deformação. Os resultados de todas essas técnicas aplicadas em vários experimentos e simulações são discutidos neste trabalho. / The state of the art methods applied to industrial processes is currently based on the principles of classical tomographic reconstructions developed for tomographic patterns of static distributions, or is limited to cases of low variability of the density distribution function of the tomographed object. Noise and motion artifacts are the main problems caused by a mismatch in the data from views acquired in different instants. All of these add to the known fact that using a limited amount of data can result in the presence of noise, artifacts and some inconsistencies with the distribution under study. One of the objectives of the present work is to discuss the difficulties that arise from implementing reconstruction algorithms in dynamic tomography that were originally developed for static distributions. Another objective is to propose solutions that aim at reducing a temporal type of information loss caused by employing regular acquisition systems to dynamic processes. With respect to dynamic image reconstruction it was conducted a comparison between different static reconstruction methods, like MART and FBP, when used for dynamic scenarios. This comparison was based on a MCNPx simulation as well as an analytical setup of an aluminum cylinder that moves along the section of a riser during the process of acquisition, and also based on cross section images from CFD techniques. As for the adaptation of current tomographic acquisition systems for dynamic processes, this work established a sequence of tomographic views in a just-in-time fashion for visualization purposes, a form of visually disposing density information as soon as it becomes amenable to image reconstruction. A third contribution was to take advantage of the triple color channel necessary to display colored images in most displays, so that, by appropriately scaling the acquired values of each view in the linear system of the reconstruction, it was possible to imprint a temporal trace into the regularly reconstructed image, where the temporal trace utilizes a channel and the regular reconstruction utilizes a different one. Finally, a motion correction technique used in the medical field was proposed for industrial applications, considering that the density distribution in these scenarios may present variations compatible with rigid motions or changes in scale of certain objects. The idea is to identify in some configurations of the temporarily distributed data clues of the type of motion or deformation suffered by the object during the data acquisition, and then use this information to improve the quality of the reconstruction. This is done by appropriately manipulating the weight matrix in the algebraic method, i.e., by adjusting the values to reflect the predicted object motion or deformation. The results of all these techniques applied in several experiments and simulations are discussed in this work.

In this master thesis an input-model of a Nordic BWR power plant has been developed in APROS. The plant model contains key systems and major thermohydraulic components of the steam cycle, including I&C systems (i.e. power, pressure, level and flow controls). The plant model is primarily designed for balance of plant studies at discrete power levels. The input-model of the power plant focuses especially on the steam cycle which is crucial for analysing water and steam behaviour and its influence on the reactor power. At the current stage, the model primarily handles steady-state conditions of full-power operation, which has been the design point. It has also been shown that reduced-power operation can be simulated with a reasonable trendline of pressure and temperature progression over facility components. / Inom ramen för examensarbete har en indatafil (modell) av en nordisk kokvattenreaktor, BWR, utvecklats i simuleringsverktyget APROS. Anläggningsmodellen är främst utformad för att simulera diskreta effektnivåer och innehåller viktiga system och termohydrauliska komponenter som ingår i ångcykeln, inklusive instrumenterings- och kontrollutrustning (dvs. effekt-, tryck-, nivå- och flödesreglering). Fokus har lagts särskilt på att få till en bra representation av ångcykeln, vilket är avgörande för analys av vatten- och ångbeteendet och dess påverkan på reaktoreffekten. Modellen kan främst användas för simulering av jämviktstillstånd vid full effektdrift och till en viss grad även reducerad effektdrift.