Program GASNET - Dobór średnic i symulacja sieci gazociągowej

Podstawową przewagą programu GASNET nad innymi programami jest obliczanie strat ciśnienia w odcinkach
bardzo dokładną metodą opisaną w Polskiej Normie [1], ważną dla całego zakresu ciśnień, temperatur,
liczb Reynoldsa, chropowatości i średnic.

Nowości wersji 5

• Opcjonalne grupowanie odbiorców gazu według taryf W-1, W-2, W-3, W-4;
• Opcjonalne korzystanie z globalnego współczynnika nierównomierności czasowej;
• Opcjonalne korzystanie z plików XML do odczytu i zapisu danych oraz zapisu wyników.

Dane do programu

Wprowadzanie danych obejmuje następujące etapy:

1. Określenie schematu sieci i kierunków przepływu.
Użytkownik zaznacza strzałkami na schemacie sieci kierunki przepływu gazu i następnie konsekwentnie
wpisuje nazwy węzłów początkowego i końcowego dla każdego odcinka (patrz tabelka),
tak aby strzałka wskazywała na węzeł końcowy. Dla symulacji istniejącej sieci zaznaczenie niewłaściwych
kierunków w niektórych odcinkach nie jest błędem - w wynikach strumienie w tych odcinkach będą ujemne.
Natomiast przy projektowaniu nowej sieci uzyskane wyniki (dobrane średnice) zależą od zadanych kierunków.

2. Pobory gazu z sieci.
Użytkownik deklaruje pobory gazu z sieci, natomiast nie deklaruje strumieni obliczeniowych w odcinkach
i obciążeń poszczegółnych źródeł gazu, gdyż wielkości te są celem obliczeń. Pobory gazu można podawać
na trzy sposoby:

• jako pobory jawne [nm3/h] skupione w węzłach sieci (pobory węzłowe),
• jako pobory jawne [nm3/h] rozłożone wzdłuż odcinków (pobory odcinkowe),
• jako liczby odbiorców komunalnych i ogrzewających pomieszczenia (lub pogrupowanych według taryf)
  przyłączonych do odcinków.

Przy wprowadzaniu poborów jawnych odcinkowych i węzłowych użytkownik ma następujące dwie opcje:

• podać pobory gazu kolejnych odbiorców przyłączonych do danego odcinka lub węzła
  (służy do tego specjalny edytor przyłączy).
• podać sumę poborów bez opisywania przyłączonych odbiorców.

3. Średnice.
Można deklarować średnice w odcinkach lub wpisywać zero. Zero oznacza, że program ma średnicę dobrać.
W tym celu trzeba utworzyć i wpisać do programu pulę średnic (nazwaną w programie katalogiem rur),
z której program będzie wybierać.
Program tak dobierze średnice z podanego mu katalogu rur aby:

• przy możliwie najmniejszych wybranych średnicach w żadnym punkcie sieci ciśnienie nie było niższe niż
  minimalne dopuszczalne ciśnienie,
• zadeklarowane kierunki przepływu zostały zachowane.

4. Pozostałe dane.
Dane opcjonalne, takie jak współrzędne X i Y węzłów i rzędne terenu, opory miejscowe i inne dane,
mogą być pominięte przy wypełnianiu tabeli, a kolumny przeznaczone dla tych danych zasunięte
(menu Opcje/Ukrywanie zbędnych kolumn).

Metoda obliczeń

1. Obliczanie strat ciśnienia.
Jak wspomniano wyżej, do obliczania strat ciśnienia w odcinkach sieci zastosowano metodę ważną dla ciśnień
niskich, średnich i wysokich (do 12 MPa), dla różnych rodzajów gazu ziemnego, materiałów rur i chropowatości
przedstawioną w normie PN-76/M-34034 (lit. [1]) w podrozdziale dla przepływów izotermicznych.

Gęstość gazu obliczana jest na początku każdego odcinka. Współczynnik ściśliwości gazu obliczany jest
według normy PN-ISO-12213-3(lit. [2]). Norma ta narzuca ograniczenie na ciśnienie,
które nie może przekroczyć 12 MPa i ograniczenie na rodzaj gazu, który ma mieć jakość gazociągową.
Testowanie programu wykazało zgodność z wszystkimi nomogramami zamieszczonymi w lit. [3].

2. Uwzględnianie oporów miejscowych.
Istnieją dwa sposoby uwzględniania oporów miejscowych takich jak kolana, trójniki, zawory:

1. jako procent długości odcinka zastępujący opory miejscowe,
2. jako deklaracja typu, ilości i niezbędnych rozmiarów, na podstawie których program oblicza współczynniki
   strat zgodnie z lit. [1].

3. Obliczanie pierścieni (oczek) w sieci.
Równania II prawa Kirchhoffa opisujące sieć pierścieniową i/lub zasilaną z kilku źródeł są rozwiązywane
metodą Ilina-Kalinkina.

4. Obliczanie poborów.
Obliczanie poborów gazu na podstawie liczby odbiorców odbywa się zgodnie z algorytmem zamieszczonym
w publikacji [4] (rozdział 2). Wykorzystano podane tam wzory na współczynnik jednoczesności pracy urządzeń
gazowych. Tu również (jak przy doborze średnic) bardzo ważne jest prawidłowe podanie kierunków
strumieni w odcinkach.

Wyniki

Wyniki otrzymujemy w trzech formach:

1. w formie cyfrowej umieszczone w wspólnej tabeli wraz z danymi (strumienie, prędkości, ciśnienia
   i dobrane średnice),
2. w formie schematu sieci, na którym kolorami zaznaczono rozkład ciśnień, prędkości i strumieni,
3. w formie zestawu profili linii ciśnień z zaznaczonym ciśnieniem minimalnym dopuszczalnym.
   Sieć automatycznie dzielona jest na trasy i każda trasa otrzymuje swój wykres.

Literatura źródłowa
[1] PN-76/M-34034. Rurociągi. Zasady obliczeń strat ciśnienia.
[2] PN-ISO 12213-3. Gaz ziemny. Obliczanie współczynnika ściśliwości - Obliczanie z wykorzystaniem
właściwości fizycznych.
[3] Konrad Bąkowski. Gazyfikacja. WNT. Warszawa 2007.
[4] Ryszard Zajda. Schematy Obliczeniowe Gazociągów. Centrum Szkolenia Gazownictwa. Warszawa 2001

Jak skorzystać z wersji demonstracyjnej?
Po kliknięciu w obrębie napisu (DEMO + przykład) zip 750 kB
wybrać opcję zapisu pliku gasnet.zip na dysk, a następnie plik gasnet.zip rozpakować. W wyniku rozpakowania
pojawią się 4 pliki: program "gasnet.exe" w wersji demonstracyjnej, plik pomocy "GAShelp.chm" oraz
przykład danych w dwóch formach: "przykład.gaz" i "przykład.xml".
Po uruchomieniu programu wybrać w tematach pomocy temat "Wersja DEMO i pierwsze kroki".
Opisuje on najprostrzy sposób zapoznania się z programem poprzez wczytanie przykładu, wykonanie obliczeń i
przeglądanie i drukowanie wyników.