Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Gas pipeline diameter selection method with reference to the pipe manufacturing standards

100%

Olajossy A. , Zajda R.

|

tom Vol. 47, nr 4

499-521

EN

A method of the optimal selection of the gas distribution network component section diameters has been described in the present study. The definitions of the alternative values of such parameters as: diameter, length and flow discharge, have been described. In result of the diameter calculation, the disposable pressure drop, including both alternative diameter and gas flow discharge, are modified, in result of the successive elimination of the component row sections, for which the diameter was calculated. However, the diameter values calculated in such manner are not fully compliant with pipe manufacturing standards. Therefore, an optimal diameter selection method, with reference to the pipe manufacturing standards, has been developed. The proposed new methods can be implemented when the gas distribution networks are designed.

PL

W publikacji podano podstawy teoretyczne doboru optymalnych średnic odcinków sieci gazowych funkcjonujących w układzie szeregowym oraz zasady doboru średnic złożonych układów gazociągów rozgałęzionych lub pierścieniowych. Zasady doboru średnic opracowane zostały na potrzeby projektowych sieci rozdzielczych. Warunki funkcjonowania tych sieci w zasadniczym zakresie różnią się od warunków funkcjonowania sieci przesyłowych. W przypadku sieci rozdzielczych odbiorcy gazu rozmieszczeni są praktycznie wzdłuż wszystkich odcinków sieci, co w znacznym stopniu zmniejsza dokładność oszacowania obliczeniowych natężeń przepływu gazu określanych również jako projektowane. Opracowane zasady doboTU średnic uwzględniają również ten problem, szczególnie ważny, gdy ustala się średnice złożonych układów gazociągów. W założeniu teoretycznym opracowanej metody doboru średnic minimalizuje się średnice szeregu odcinków, przy stałych prędkościach przepływu gazu w każdym z odcinków. Odcinki wchodzące w skład analizowanego szeregu różnią się natężeniami przepływu gazu i długościami. Wykorzystując wprowadzoną zależność oblicza się w pierwszym etapie stratę ciśnienia, a następnie teoretyczną optymalną średnicę odcinka sieci gazowej najbliższego od stacji gazowej. Średnica teoretyczna zależna jest w istotnym zakresie od dyspozycyjnej straty ciśnienia. Wielkość ustala się indywidualnie dla każdego szeregu odcinków. Ważnym elementem opracowanej metody jest wprowadzenie nowych pojęć, takich jak zastępcza długość, zastępcze natężenie przepływu gazu oraz zastępcza średnica. Zastępczość w tym przypadku związana jest z możliwością obliczenia dla szeregu odcinków - różniących się długościami, natężeniami przepływu gazu i średnicami - straty ciśnienia równej sumie strat ciśnień obliczanych kolejno dla poszczególnych odcinków danego szeregu. W opracowanej metodzie, wykorzystując wyprowadzoną zależność, kolejno oblicza się wszystkie średnice odcinków danego szeregu. W trakcie obliczeń średnic kolejnych odcinków szeregu, zmianie ulegają również odpowiednie dyspozycyjne straty ciśnienia oraz wielkości zastępcze długości i natężeń przepływu gazu. Kolejna dobrana średnica zmniejsza wielkość początkową ustaloną dla danego szeregu. Zmienność tej wielkości, jak również wielkości zastępczych, wynika z eliminowania kolejnych odcinków szeregu, dla których obliczona jest następna średnica. Uwzględniając opracowane założenia teoretyczne doboru średnic, można obliczyć tylko optymalne teoretyczne średnice odcinków wchodzących w skład odpowiedniego szeregu. Obliczone teoretyczne średnice, praktycznie w żadnym przypadku nie są zgodne z tymi, które są produkowane. Aby umożliwić praktyczne wykorzystanie opisanej metody do celów projektowych, opracowano również zasady doboru średnic odcinków zgodnych z programami produkcji. Dobrana średnica zgodna z odpowiednim programem produkcji może być najbliższą większą lub najbliższą mniejszą od obliczonej optymalnej teoretycznej. Dla ułatwienia doboru średnic z wykorzystaniem opracowanych założeń teoretycznych, każdą sieć gazową po jej uprzednim rozcięciu traktuje się jako układ połączonych szeregów odcinków. W takim układzie wyróżnia się szeregi o znaczeniu dominującym, dostarczające gaz od stacji gazowej do konturu zasilania, oraz pozostałe. Szeregi odcinków rozprowadzające gaz od stacji gazowych do konturu zasilania określono głównymi kierunkami. Liczba głównych szeregów zasilania jest zależna od wielkości sieci i liczby stacji gazowych zasilających daną sieć rozdzielczą. Pozostałe szeregi odcinków zawsze są funkcjonalnie podporządkowane odcinkom szeregów głównych. Podporządkowanie polega na tym, że szeregi te bezpośrednio lub pośrednio maja wspólne węzły zasilania z odcinkami głównego szeregu. Zgodnie z opracowanymi zasadami w pierwszej kolejności dobierane są średnice odcinków szeregów głównych. W publikacji określono również szczegółowe zasady, które winny być spełnione, aby dobór średnic zgodnych z programami produkcji spełniał założone kryterium minimalizacji średnic. Opracowana metoda składająca się z założeń teoretycznych i zasad doboru średnic uwzględnia również istotne wymagania funkcjonalne. Do takich wymagań zalicza się minimalizację zniekształceń obliczeniowych natężeń przepływu gazu, które uznaje się za najbliższe rzeczywistym. Nadmierne zniekształcenie tyeh wielkości może być przyczyną, iż zaprojektowana sieć rozdzielcza po jej wykonaniu może nie spełniać w całości lub fragmentarycznie postawionych celów technologicznych.

2

Metody obliczeniowe doboru optymalnych średnic odcinków sieci gazowych

100%

Olajossy A. , Zajda R.

|

tom R. 26, z. 2

117-137

PL

W publikacji podano założenia teoretyczne metod doboru optymalnych średnic odcinków sieci gazowych funkcjonujących w układzie szeregowym oraz zasady doboru średnic złożonych układów gazociągów występujących jako rozgałęzione lub pierścieniowe. W założeniu opracowanych metod doboru średnic minimalizuje się średnice odcinków wchodzących w skład odpowiedniego szeregu, a nie koszty ich budowy, jak to jest najczęściej praktykowane. Założeniem uwzględniającym wymagania funkcjonalne pierwszej z metod jest przyjęcie stałej prędkości przepływu gazu na każdym odcinku wchodzącym w skład szeregu. W drugiej metodzie minimalizuje się średnią ważoną średnic odcinków szeregu. Problem rozwiązuje się, wykorzystując metodę mnożników Lagrange'a. Tak postawiony problem pozwala na ustalenie tylko średnic teoretycznych. Średnice tak obliczone praktycznie nigdy nie są zgodne z tymi, które występują w odpowiednich programach produkcji, dlatego należy opracować zasady uwzględniające również ten problem. Za podstawę doboru średnic zgodnych z programami produkcji przyjęto zasadę doboru średnic "najbardziej zbliżonych do większych" lub "najbardziej zbliżonych do średniej arytmetycznej" obliczonej teoretycznie. W publikacji podano również zasady doboru średnic zgodnych z odpowiednimi programami produkcji złożonych układów gazociągów z wykorzystaniem przykładowej sieci gazowej.

EN

In the article theoretical assumptions of the methods of optimum diameters selection of the gas grid sections working in series system have been given as well as the principles of diameter selection of the complex gas pipelines system occurring in branched or ring-shaped form. In the elaborated methods of diameters selections it is assumed that the diameters of the sections being the components of corresponding series are minimised; not the costs of their construction as it is very often done in practise. The assumption taking into account functional requirements of the first method consisting on the acceptance of the flow velocity constant in each section belonging to the series. In the other methods it is the weighted average of the sections diameters of the series, which is minimised. The problem is solved by means of the Lagrange multiplier method. In this way determined problem allows to fix only theoretical diameters. The diameters calculated like this are never in practice compatible with those which occur in corresponding programs and that is why it is necessary to elaborate principles so that this problem could also be taken into account. In this article principle of diameters selection compatible with corresponding production programs of complex gas pipelines system with the use of an exemplary gas grid have been given.

3

Analysis of usefluness of some algorithms for steady state simulation in the loop gas networks

80%

Nagy S. , Olajossy A. , Siemek J.

|

tom Vol. 49, nr 2

151-174

EN

This paper is devoted to the analysis of classical methods in the steady-state gas flow in a network and to the linear version of a system of equations based on known [Pi] and Q algorithms with the reduction of rank of matrices and with random initial parameters. The presented algorithms may be alternative for the classical gradient type numerical scheme, when any convergence problems may occur. Classes of problems in the steady state gas network simulation have been presented. The stability, robustness and simplicity are analyzed as well as numerical implementation. The Netwon-Raphson (NR) methods (algorithm 1 and 2) have better convergence, and number of iteration is a rather weak function of the desired accuracy of solution, the proposed algorithms have much stronger relation between the number of iterations and accuracy of solution. The error of initial approximation of the solution is the main disadvantage of NR methods (Zhou Adewumi 1998; Stoner 1969; Szilas 1986; Osiadacz 2001). The authors propose a hybrid algorithm: start using algorithm 3 and 4; after achieving of good approximation of final solution to switch to the NR method. Three simulations of gas network are shown in the paper (low-pressure (Szilas 1986) medium- and high-pressure variants (Stoner 1969)). The real gas network (Stoner 1969) - geometry shown in the Fig. 4 - a solution given by proposed hybrid algorithm 7 which takes into consideration the real natural gas properties employing Dranchuk-Purvis-Robinson EOS and by linear resistance of each branch of the net in each iteration step is shown in table 8. The average error of computation of pressure in the nodes of network is below 1.3%, which is equivalent to 1 bar and may be sufficient for industry requirements. The results of computation confirm the usefulness of the proposed computation schemes with iterative calculation of properties of gas and friction coefficients. Other results of computation of medium and low case are shown in tables 6 and 10. The proposed robust algorithm 7, which is a hybrid of algorithm 3 (or 4) with algorithm 1 makes it possible to combine the advantage of algorithm 3 (or 4) - low sensitivity for initial start solution - with the main advantages of NR schemes - high convergence and speed.

PL

Niniejsza praca dotyczy analizy przydatności metod klasycznych w rozwiązywaniu nieliniowych układów równań przy symulacji stacjonarnych przepływów gazu w sieciach przepływowych i zlinearyzowanych układów równań z redukcją rzędu macierzy dla algorytmów [Pi] oraz Q z nieznanymi zadanymi warunkami startowymi. Przedstawione algorytmy mogą być alternatywą dla klasycznych algorytmów gradientowych w przypadku problemów z osiągnięciem zbieżności rozwiązania. Przedstawiono klasy zagadnień rozwiązywanych metodą symulacji statycznej. Przedstawiono najważniejsze schematy obliczeniowe dla przepływów ustalonych w sieci. Przeanalizowano stabilność, pewność i łatwość numerycznej implementacji algorytmów i ich rozwiązań. Wskazano na znaczą przewagę algorytmów 1 i 2 (newtonowskich). Pokazano, że liczba kroków iteracyjnych nie zależy istotnie od złożoności sieci, ale od dokładności przybliżenia startowego. Z kolei czas trwania każdego kroku iteracyjnego, pozostaje w silnej zależności od stopnia złożoności sieci. Ponieważ błąd w wyznaczeniu przybliżenia startowego natężenia przepływów lub spadków ciśnień w gałęziach ogranicza możliwości stosowania algorytmów 1 i 2 (Zhou Adewumi 1998; Stoner 1969; Szilas 1986) autorzy sugerują stosowanie alternatywnych algorytmów (3-6). Proponowany autorski hybrydowy algorytm 7 używa na starcie algorytmu 3 lub 4, a następnie - po osiągnięciu zadawalającej aproksymacji - w końcowym etapie obliczeń stosuje algorytm 1 lub 2. Pokazano obliczenia dla trzech sieci pierścieniowej (niskociśnieniowej (Szilas 1986), wysokociśnieniowej (Stoner 1969) i średniociśnieniowej). Przykład obliczeń dla sieci rzeczywistej - wysokociśnieniowej przedstawionej na rys. 4, rozwiązany przy zastosowaniu algorytmu 7 z uwzględnieniem własności gazu ziemnego oraz zmienności współczynnika oporu liniowego w procesie linearyzacji wskazuje na poprawność numeryczną zaproponowanego schematu obliczeniowego. Średni błąd obliczania ciśnienia w węzłach w odniesieniu do danych pomiarowych (Stoner 1969) nie przekracza 1,3% co w zupełności jest wystarczające w praktyce przemysłowej. Maksymalny błąd obliczeń ciśnienia nie przekroczył w omawianym przykładzie 1 bar. Wyniki obliczeń potwierdzają przydatność zlinearyzowanej metody według algorytmu 3 (lub 4) z wykorzystaniem iteracyjnego obliczania współczynnika oporów liniowych oraz współczynnika ściśliwości Z w funkcji ciśnienia. Inne wyniki obliczeń zamieszono w tablicach 6-10. Rozwiązanie opisane hybrydowym algorytmem 7 pozwala wykorzystać cechy algorytmu 3 (lub 4) -nieczułość na przybliżenie startowe i szybkość obliczeń, po osiągnięciu wystarczającego przybliżenia startowego dla algorytmu newtonowskiego.

4

Rozcinanie grafu sieci rozdzielczej zgodne z kryterium technologicznym

71%

Fedorowicz R. , Kołodziński E. , Komarec R. , Olajossy A. , Solarz L.

|

tom R. 26, z. 1

9-18

PL

Przy projektowaniu sieci dystrybucyjnych gazu trzeba uwzględnić ważne czynniki, czyli kryteria technologiczne związane z pracą tych sieci. Są nimi: rola, czyli funkcja pełniona przez dany odcinek gazociągu, oraz kategoria, czyli przeznaczenie danych odcinków, a także ich lokalizacja (warunki terenu). Należy również zminimalizować błędy oceny ilości poboru gazu przez użytkowników. Sieci gazu opisuje się za pomocą grafu, który powinien być prawidłowo rozcięty. Należy przy tym spełnić określone kryterium rozcinania. Polega ono na wyznaczaniu minimum strat ciśnienia wzdłuż celowo wybranej drogi przepływu gazu. W artykule zaprezentowano sposób takiego postępowania.

EN

While planning the gas distribution network it is necessary to take important factors into account i.e. technological criteria related to the work of the nets. They are as follows: the role another words the function performed by a given segment of the gas piping and the category i.e. assignment of the given segments as well as their localization (terrain conditions). It is also required to minimize the errors in the assessment of the gas consumption amount taken by the users. The gas grid is described by a graph which should be properly splitted. A specified splitting criterion must be satisfied. It consists on finding minimum of the loss of pressure along a purposefully chosen route of the gas flow. In the article the way of such procedure has been presented.