Sieci Gazowe (PPTminimizer
Transkrypt
Sieci Gazowe (PPTminimizer
GAZOWNICTWO Sieci gazowe podstawowe informacje, obliczenia, optymalizacja. Wrocław, 15.12.2010 ZAKRES WYKŁADU 1. Informacje podstawowe o sieciach gazowych, 2. Obliczenia hydrauliczne: zasady oraz oprogramowanie, 3. Optymalizacja sieci gazowych, 4. Przykłady analiz SIEĆ PRZEYŁOWA WYSOKIEGO CIŚNIENIA W POLSCE ELEMENTY SYSTEMU GAZOWNICZEGO Źródła gazu Sieć gazowa, przyłącza - ZłoŜa gazu, - Podziemne Magazyny Gazu, - Odazotownie, - Punkty importu - Mieszalnie. - Terminale np. LNG - wysokiego ciśnienia, - podwyŜszonego średniego ciśnienia - średniego ciśnienia - niskiego ciśnienia. Elementy sieci gazowej - ZZU, - Tłocznie gazu - Stacje red-pom - Węzły gazowe, - Śluzy tłoka czyszczącego, - Kompensatory, - Odwadniacze, - Stacje ochrony katodowej, - Światłowody Odbiorca - gazomierze, - reduktory, - instalacje wewnętrzne WSPÓŁPRACA SIECI GAZOWYCH STRUMIEŃ KOSZTÓW DOSYŁU GAZU DO PODMIOTU - ŚCIEśKA ZASILANIA dystrybucja miejscowa przesył w układzie wysokiego ciśnienia wydobycie / import sieć lokalna w/c tłocznia magazyn SR-2 st. SRP-1 st. system podstawowy śr/c n/c śr/c w/c Dostawy gazu do odbiorcy końcowego: - pod wysokim ciśnieniem (np.Elektrociepłownie, Elektrownie, Zakłady Azotowe, Huty itp.), - pod średnim ciśnieniem: odb. przemysłowi, kotłownie i ciepłownie lokalne, odb. domowi (z układem reduktora ciśnienia), - pod niskim ciśnieniem: odb. domowi, drobny przemysł, usługi, małe kotłownie. UREGULOWANIA PRAWNE ROZPORZĄDZENIE MINISTRA GOSPODARKI z dnia 30 lipca 2001 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać sieci gazowe. (Dz. U. z dnia 11 września 2001 r.) SIEĆ GAZOWA - gazociągi wraz ze stacjami gazowymi, układami pomiarowymi, tłoczniami gazu, magazynami gazu, połączone i współpracujące ze sobą, słuŜące do przesyłania i dystrybucji paliw gazowych, naleŜące do przedsiębiorstwa gazowniczego, • Przy projektowaniu i budowie sieci gazowej naleŜy uwzględniać warunki geologiczne, hydrologiczne, wymagania ochrony przeciwpoŜarowej oraz ochrony środowiska i zabytków. • Sieć gazowa powinna być projektowana i budowana zgodnie z przepisami prawa budowlanego, w sposób zapewniający jej bezpieczną eksploatację oraz dostawę paliwa gazowego w ilościach wynikających z bieŜącego i planowanego zapotrzebowania. • Projektujący i budujący sieć gazową powinni stosować system zarządzania jakością. • Sieć gazowa powinna być sterowana i kontrolowana przez operatora sieci gazowej. UREGULOWANIA PRAWNE Gazociągi dzieli się według: 1. Maksymalnego ciśnienia roboczego na: a) gazociągi niskiego ciśnienia do 10 kPa włącznie, b) gazociągi średniego ciśnienia powyŜej 10 kPa do 0,5 MPa włącznie, c) gazociągi podwyŜszonego średniego ciśnienia powyŜej 0,5 MPa do 1,6 MPa włącznie, d) gazociągi wysokiego ciśnienia powyŜej 1,6 MPa do 10 MPa włącznie, 2. Stosowanych materiałów na: a) gazociągi stalowe, b) gazociągi z tworzyw sztucznych. ZAŁOZENIA DO OBL. SIECI GAZOWYCH Dobór parametrów ciśnienia pracy sieci gazowych: 1. Ciśnienie obliczeniowe dla sieci wysokiego ciśnienia: a) Ciśnienie dyspozycyjne źródła: , - ciśnienie uzyskiwane z kopalni gazu, - ciśnienie importu gazu (wynikające z umów i kontraktów), - ciśnienie tłoczenia tłoczni systemowych, - ciśnienia oddania gazu z PMG, Odazotowani, Mieszalni gazu b) Minimalne ciśnienie na wejściu do st. red-pom I-go stopnia: - dla odbiorców z sieci dystrybucyjnej ok.1,1 – 1,5 MPa, - dla odb. bezpośrednich (np.. Zakłady Azotowe) wg umowy 2. Ciśnienie obliczeniowe dla sieci średniego ciśnienia: a) Ciśnienie dyspozycyjne źródła: , - ciśnienie wyjścia ze stacji red-pom I-go stopnia 0,3– 0,4 MPa, b) Minimalne ciśnienie dostawy do odbiorców: - przed układem reduktora i zaworu głównego – 0,1 MPa ZAŁOZENIA DO OBL. SIECI GAZOWYCH Dobór parametrów ciśnienia pracy sieci gazowych: 3. Ciśnienie obliczeniowe dla sieci niskiego ciśnienia: a) Ciśnienie dyspozycyjne źródła: , - ciśnienie wyjścia ze stacji red-pom II-go stopnia – ok. 5,0 kPa, b) Minimalne ciśnienie dostawy do odbiorców: - za układem gazomierza i kurka głównego – ok. 1,5 – 1,6 kPa Zakres prędkości maksymalnych przesyłu gazu Dla gazociągów niskiego ciśnienia zaleca się stosować prędkości 5 do 10m/s Dla gazociągów wysokiego ciśnienia 10 do 25m/s. W gazociągach średniego ciśnienia zwyczajowo stosuje się prędkości do 20m/s. Występują jednak róŜnice w podejściu poszczególnych firm do dopuszczalnych prędkości w gazociągach śr/c: − − − de 63 – 125 v = 14 m/s de 160 – 225 v = 18 m/s de 250 – 300 v = 22 m/s ZAŁOZENIA DO OBL. SIECI GAZOWYCH Parametry rur gazowych 1. Orientacyjna chropowatość bezwzględna k (z doświadczeń biura): - rury stalowe nowe bez powłoki wewnętrznej: ok. k = 0,07 mm - rury stalowe nowe z powłoka epoksydowa wewnętrzną ok. k=0,01 mm, - rury stalowe eksploatowane bez powłoki wewnętrznej k=0,1 mm - rury PE k=0,01 mm 2. Określenie klasy lokalizacji gazociągu zgodnie z 3. Grubość ścianki rurociągu: obliczenia wytrzymałościowe i dobór grubości ścianki dla róŜnych materiałów 4. Opracowanie grafu sieci gazowej tj. lokalizacji w terenie na podkładach mapowych w odpowiedniej skali. OBLICZENIA SIECI GAZOWYCH Obliczenia hydrauliczne „Gazoprojekt” wykonuje przy uŜyciu programów komputerowych opartych na postaci ogólnej równania na spadek ciśnienia p12 − p22 γ 2Q 2 p1 L γ 2Q 2 = ln +λ 2 ZRT gF 2 p2 D 2 gF 2 F= D – wewnętrzna średnica gazociągu g –przyspieszenie ziemskie L – długość rury p – ciśnienie Q – natęŜenie przepływu πD 2 4 T – temperatura gazu Z – współczynnik ściśliwości R – stała gazowa γ – cięŜar właściwy λ – współczynnik strat liniowych ν – kinematyczny współczynnik lepkości Współczynnik strat liniowych obliczany jest zgodnie z Polską Normą PN76/M-34034 w zaleŜności od charakteru przepływu: • - w zakresie przepływów laminarnych wg wzoru Hagena – Poliseuill’a: λ= • 64 Re • - w zakresie przepływów turbulentnych ze wzoru Colebrooka – White’a: −2 2,51 Re λ = − 2 log λ + e 3,72 (Re liczba Reynoldsa; e – względna chropowatość rury) OBLICZENIA SIECI GAZOWYCH WSPÓŁCZYNNIK TARCIA RUR PROGRAMY DO OBLICZANIA SIECI i INSTALACJI GAZOWYCH PlantFLOW SIMONE Obliczenia sieci, i instalacji gazowych realizujemy przy pomocy programów: Plynos GAZ SC ChemCAD HYSYS PlantFLOW 6.0 Charakterystyka programu Program PlantFLOW oblicza: • spadki ciśnienia • rozkład prędkości i wydatki przepływu • rozkład temperatur w sieciach rurociągów dla stanów ustalonych przepływów jednofazowych • wielkości mocy cieplnej i spadków temperatury dla zadanych parametrów wymienników ciepła • równomierność rozpływów w instalacji W przeciwieństwie do tradycyjnych metod analizy przepływu płynu program PlantFLOW wykorzystuje geometrię 3D co umoŜliwia komunikację z programami: AutoPIPE, AutoPLANT, Intergraph PDS, Candcentre PDMS. Do unikalnych elementów przepływowych uwzględnionych w programie naleŜą kryza, filtr siatkowy, przepływomierz turbinowy i kierownice łopatkowe. PlantFLOW 6.0 Program umoŜliwia zamodelowanie i obliczenia: • zaworów • zwęŜki redukcyjnej • miejscowej zmiany ciśnienia • spręŜarki lub pompy o znanej charakterystyce pracy • parametrów wymiennika ciepła (chłodnicy i nagrzewnicy) • kryzy • przepływomierza turbinowego • kierownicy łopatkowej • filtra siatkowego Aplikacja PlantFLOW zawiera bibliotekę gazów i cieczy z kilkoma modelami równania stanu w celu uwzględnienia ściśliwości gazów i ich mieszanin w obliczeniach spadku ciśnienia. W programie moŜliwa jest analiza wymiany ciepła obejmująca: - obliczenie wielkości mocy cieplnej - sprawdzenie zadanych parametrów chłodnicy/nagrzewnicy gazu - obliczenie temperatury gazu na wylocie z wymiennika ciepła PlantFLOW 6.0 Prezentacja wyników analiz hydraulicznych • raport tekstowy zawierają zawierający peł pełne informacje dla wszystkich punktó punktów modelu • odczyt wynikó wyników wprost z modelu w oknie pracy programu SIMONE SIMONE (SIMulation and Optimization of NEtworks), wiodący pakiet oprogramowania stosowany do symulacji i optymalizacji przepływów gazów w sieciach gazowych wszystkich ciśnień w stanach statycznych i dynamicznych (zmiennych w czasie), Program SIMONE wykorzystywany jest równieŜ przy rozwiązywaniu problemów związanych z eksploatacją i nadzorem sieci przesyłowych oraz rozliczeniami. UŜywany przez Gazprom, Ruhrgas oraz polskie firmy gazownicze. SIMONE Modelowanie pracy sieci gazowych dynamiczne modelowanie krzywych poboru gazu, modelowanie dynamiczne włączania i wyłączania fragmentów sieci (zaworów odcinających), wykorzystanie akumulacji gazociągów. Modelowanie dynamiki procesów termicznych MoŜliwe jest modelowanie szczegółowego rozkładu temperatur na rurociągu (n.p. dla podwodnych rurociągów, przy symulacji przepływów w tłoczni) Uwzględnione są następujące zjawiska termodynamiczne: - dynamika przemian wynikających z efektu Joule’a – Thompsona - przepływy ciepła związane z wymianą pomiędzy z uwzględnieniem pojemności cieplnej otoczenia gazem a otoczeniem SIMONE Przykłady dynamicznych analiz hydraulicznych 1. MODELOWANIE SIECI GAZOWYCH Analiza pracy sieci przy zmiennych w dobie, tygodniu, sezonie odbiorach gazu. 2. NAPEŁNIANIE INSTALACJI Analiza uderzeń hydraulicznych, rozkłady temperatur, określenie czasów napełniania. 3. OPRÓśNIANIE INSTALACJI Analiza czasów opróŜniania, temperatur, prędkości wylotowej gazu z kolumny wydmuchowej. 4. SYTUACJE AWARYJNE SIECI GAZOWEJ Modelowanie rozszczelnienia gazociągu. 5. ROZRUCH URZĄDZEŃ GAZOWYCH Analiza chwilowych spadków ciśnienia przy rozruchu turbin silników gazowych stacji redukcyjno – pomiarowych. 6. ANALIZA PRACY TŁOCZNI Modelowanie dynamiczne układów, analiza charakterystyk prac, ocena zuŜycia gazu paliwowego. 7. MODELOWANIE UKŁADÓW REDUKCYJNYCH Analiza pracy zaworów redukcyjnych, spadków temperatur na reduktorach. Obliczenia mocy podgrzewu wstępnego. Napełnianie kolektora tłocznego: Napełnianie kolektora tłocznego Napełnianie kolektora tłocznego – wykres temperatur Napełnianie instalacji agregatów TUCO: Napełnianie instalacji agregatów – wykres temperatur: Charakterystyka turbiny GT 10B dp/dt=0,005 Wykres zmiany zapotrzebowania mocy podgrzewu wstępnego w czasie rozruchu turbiny (kW) Maksymalna zmiana ciśnienia w czasie 1s. ( gradientu ciśnienia ) podczas rozruchu turbiny Termodynamiczne obliczenia hydrauliczne układów gazociągowych Analiza hydrauliczna Systemu Gazociągów Tranzytowych Rozkład ciśnień i temperatur gazu w układzie SGT w okresie zimowym Rozkład ciśnień i temperatur gazu w układzie SGT w okresie letnim GAZSC GAZSC Analiza sieci rozdzielczej śr/c GAZSC Dobór średnic dla gazociągów sieci rozdzielczej śr/c PLYNOS Analiza sieci wysokiego ciśnienia PLYNOS Prezentacja wyników analiz hydraulicznych – wykresy Sankey’a STRATA PLYNOS Analizy termodynamiczne gazociągów Odc. 1 Odc. 2 316000 [m] 365500 [m] Wej. Filt. Kompr.Chlod.Gazociag Wej. Filt. Kompr.Chlod.Gazociag Wyj. 22.0 tł.Włocławek 29.9 tł.Kondratki temp. [co] 34.2 DN1380 DN1380 22.0 12.0 12.0 7.0 7.0 7.1 HYSYS i CHEMCAD Projekt procesowy Co jest potrzebne do stworzenia projektu procesowego? • Dane materiału wejściowego oraz produktu - Temperatura - Ciśnienie - Skład chemiczny - NatęŜenie przepływu HYSYS i CHEMCAD Projekt procesowy Projekt procesowy obejmuje: • Koncepcję procesu • Wybór modelu matematycznego (SRK, Peng-Robinson, NRTL i inne) • Obliczenia termodynamiczne • Obliczenia hydrauliczne rurociągów • Optymalizację procesu: - jak najmniejsze zuŜycie mediów i energii - maksymalne wykorzystanie ciepła - zagospodarowanie produktów ubocznych Raporty z obliczeń zawierająChemcad Projekt procesowy AspenTech Hysys szczegółowe dane kaŜdego ze strumieni: • temperaturę • ciśnienie • przepływ • skład chemiczny • własności fizykochemiczne Optymalizacja ilości powietrza Optymalizacja ilości gazu OPTYMALIZACJA SIECI GAZOWYCH Konfiguracja sieci Ilość, zasięg oddziaływania i przepustowość stacji redukcyjno – pomiarowych, Dobór ciśnienia roboczego: średnie niskie ciśnienie niskie Dobór tworzywa na rury przewodowe: D B C stal polietylen B Warianty zasilania odbiorców z sieci dystrybucyjnej: - bezpośrednio z sieci wysokiego ciśnienia średnie ciśnienie A - z sieci średniego ciśnienia - z sieci średniego ciśnienia z redukcją na ciś. niskie - z sieci niskiego ciśnienia wysokie ciśnienie SPECYFIKA OPTYMALIZACJI SIECI GAZOWYCH W procesie projektowania i realizacji inwestycji podstawowym zadaniem jest wybór rozwiązań ekonomicznie optymalnych zapewniających uzyskanie wymaganych parametrów technicznych oraz bezpieczeństwo dostaw W gazownictwie sposób podejścia zaleŜy czy dotyczy to: system przesyłowy wysokiego ciśnienia: budowy nowych sieci - gazociągi, - tłocznie, - węzły pomiarowe, - PMG. układy dystrybucyjne: modernizacji sieci istniejących - gazociągi, - stacje redukcyjno-pomiarowe. SPECYFIKA OPTYMALIZACJI SIECI GAZOWYCH DAWNIEJ • Minimalizacja czasu projektowania i budowy • Oszczędność nakładów na budowę, • Oszczędność kosztów eksploatacyjnych, • Minimalizacja materiałochłonności i energochłonności w czasie budowy i eksploatacji, OBECNIE • Ochrona środowiska. • Minimalizacja kosztów przesyłu • Maksimum dyspozycyjności układu DLA KAśDEGO Z WYśEJ WYMIENIONYCH KRYTERIÓW MOśE BYĆ PRZEPROWADZONA ANALIZA WRAśLIWOŚCI PRZYKŁADY ANLIZ SIECI GAZOWYCH PRZYKŁAD 1 – OPTYMALIZACJA UKLADU PODŁACZENIA PMG WIERZCHOWICE Trasa Optymalizacja przebiegu trasy i konfiguracji układu gazociągów Etapowanie realizacji 1- etapowe wieloetapowe Wybór z dyskontowaniem nakładów inwestycyjnych i kosztów eksploatacji. Parametry gazociągów Wybór ekonomicznej średnicy - rozstaw tłoczni - lokalizacja i pojemność PMG Rodzaj próby rozruchowej Dobór materiałów - gatunek stali - powłoki wewnętrzne Stosowanie tłoka diagnostycznego (inteligentnego) - czy zawsze i w jakim zakresie - czy i kiedy test napręŜeniowy PRZYKŁAD 1 – OPTYMALIZACJA UKLADU PODŁACZENIA PMG WIERZCHOWICE Rozwiązanie 1 DN 1000 – 1 etap R1 Rozwiązanie 2 DN 900 – 1 etap Odolanów R2 DN 600 – 2 etap Rozwiązanie 3 DN 700 – 1 etap R3 DN 700 – 2 etap DN 600 – 3 etap 6km 31, 1 = L 2 3 PMG Wierzchowice nty ria zań a w wi ą roz PRZYKŁAD 1 – OPTYMALIZACJA UKLADU PODŁACZENIA PMG WIERZCHOWICE PROPONOWANE ROZWIĄZANIA: Rozwiązanie I Zakłada jednoetapowe wybudowanie gazociągu DN 1000 L=30.6 km pr.8,4 MPa - pozwoli to na napełnianie i odbiór docelowych ilości gazu - uniknięcie długotrwałych uzgodnień Rozwiązanie II Zakłada dwuetapową budowę gazociągu Etap I - budowa gazociągu DN 900 Etap II - budowa drugiego gazociągu DN 600 (do 2006 r. ) Rozwiązanie III Zakłada trzyetapową budowę gazociągu Etap I - budowa gazociągu DN 700 Etap II - budowa drugiego gazociągu DN 700 Etap III - budowa trzeciego gazociągu DN 600 PRZYKŁAD 1 – OPTYMALIZACJA UKLADU PODŁACZENIA PMG WIERZCHOWICE ANALIZA EKONOMICZNA WYKAZAŁA śE NAJKORZYSTNIEJSZYM ROZWIĄZANIEM JEST JEDNOETAPOWA BUDOWA GAZOCIĄGU DN 1000 pr8,4 MPa Analiza załoŜeń do opracowania i budowa modelu analitycznego PRZYKŁAD 2 – ANALIZA BUDOWY SIECI GAZOWEJ DLA ZASILANIA ODBIORCÓW ENERGETYCZNYCH ZAŁOśENIA WYJŚCIOWE Średnica rur do określenia w zakresie DN 400 – DN 600 Współczynnik chropowatości k Wersja – bez powłoki - standardowa Wersja – z powłoką obniŜająca współczynnik chropowatości Warianty trasy gazociągu Warianty odbioru gazu gazu WI -odbiór po 150 km 190 mln Nm3/rok -odbiór po 100 km 300 mln Nm3/rok -odbiór po 300 km 550 mln Nm3/rok -odbiór po 50 km 400 mln Nm3/rok Warianty odbioru gazu gazu WII -odbiór po 150 km 190 mln Nm3/rok -odbiór po 100 km 300 mln Nm3/rok -odbiór po 300 km 550 mln Nm3/rok -odbiór po 50 km 400 mln Nm3/rok -dodatkowy odbiór po kolejnych 300 km W I – 600 km gazociągu i cztery punkty odbioru gazu WII – 900 km gazociągu i pięć punktów odbioru gazu i wytrzymałościowa Analiza kosztowa Analiza hydrauliczna WARIANTOWE ANALIZY HYDRAULICZNE UKŁADU • określenie poziomów ciśnień roboczych układu • określenie średnicy gazociągu • określenie ilość i rozstaw tłoczni na trasie • określenie mocy i parametrów pracy poszczególnych tłoczni WARIANTOWE OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE RUR • poziomy ciśnień roboczych z obliczeń hydraulicznych • określenie materiału rur • określenie minimalnych grubości ścianek rur WYBÓR TECHNICZNIE UZASADNIONYCH WARIANTÓW BUDOWY UKŁADU ANALIZA KOSZTÓW SPROWADZONYCH DLA POSZCZEGÓLNYCH WARIANTÓW • wskaźniki nakładowe na realizację gazociągu i tłoczni w wariantach • koszty eksploatacji układów przesyłowych USTALENIE OPTYMALNEGO WARIANTU BUDOWY UKŁADU PRZESYŁOWEGO OPRACOWANIE WSTĘPNEGO BUDśETU INWESTYCJI ORAZ KOSZTÓW EKSPLOATACJI ANALIZA HYDRAULICZNA GAZOCIAGÓW I TŁOCZNI ROZKŁAD CIŚNIEŃ I STRUMIENI GAZU PRACA TŁOCZNI GAZU PRZYKŁAD 3 – ANALIZA ROZBUDOWY SIECI PIERSCIENIOWEJ DLA ZASILANIA ODBIORCY W REJONIE KIELC odbiorca PRZYKŁAD 3 – ANALIZA ROZBUDOWY SIECI PIERŚCIENIOWEJ DLA ZASILANIA ODBIORCY W REJONIE KIELC Ciśnienia w punktach wejścia: • Aktualne – węzeł Zarzekowice – 3,0 MPa – węzeł Zborów – 2,8 MPa • Przewidywane – węzeł Zarzekowice – 3,0 ÷ 3,8 MPa – węzeł Zborów – 3,8 ÷ 4,0 MPa • Opcje kierunków zasilania Odbiorcy: • opcja 1 – tylko z węzła Zborów gazociągiem Zborów – Mójcza • opcja 2 – tylko węzła Zarzekowice, • opcja 3 – dwukierunkowo z obu wymienionych powyŜej węzłów PRZYKŁAD 3 –ZASILANIA ODBIORCY W REJONIE KIELC PRZYKŁAD 3 –ZASILANIA ODBIORCY W REJONIE KIELC PRZYKŁAD 3 –ZASILANIA ODBIORCY W REJONIE KIELC