Stanet - Strona główna AGHhome.agh.edu.pl/~kepw/student/plik/stanet.pdf · Program STANET może być wykorzystywany jako system informacyjny o systemie sieci, po-nieważ opiera

59

Stanet 2.3. STANET

2.3.1. Zastosowanie programu Zastosowanie programu

Program STANET jest zintegrowaną aplikacją służącą do analizy układów sieciowych. Oprócz obliczeń, graficznego wprowadzania danych i obrazowania wyników zawiera również bazę danych. Okno przeglądania bazy danych może być wyświetlane równocześnie z grafiką. Program STANET może być wykorzystywany jako system informacyjny o systemie sieci, po-nieważ opiera się na standardowych plikach bazy danych dBASE, które mogą być rozszerzane przez użytkownika. A ze względu na fakt, że część graficzna i bazy danych wykorzystuje te same pliki, wymiana danych z innymi aplikacjami jest prosta.

Program STANET został stworzony przez pracowników biura inżynierskiego „Fischer – Uhrig Engineering” z Berlina, Niemcy. Może on być wykorzystywany do obliczeń przepływów cieczy i gazów (łącznie z parą wodną) w rurach. Typowymi zastosowaniami programu są obli-czenia:

• sieci gazowych i sprężonego powietrza (łącznie z sieciami gazowymi wysokiego ci-śnienia),

• sieci wodnych i innych cieczy (np. olej, ścieki), • sieci ciepłownicze, • możliwa jest również symulacja przepływu cieczy w kanałach otwartych. W dalszej części pracy przedstawiona zostanie aplikacja tego programu dla potrzeb symu-

lacji sieci gazowych. Program STANET wykorzystywany jest głównie do obliczeń związanych z symulacją sta-

tyczną układów sieciowych, ale możliwe jest również przeprowadzanie obliczeń optymalizacyj-nych średnicy rur na poszczególnych odcinkach.

Cechami charakterystycznymi programu STANET są: łatwe tworzenie i modyfikowanie sieci – program STANET ma możliwość wprowa-

dzania danych poprzez klawiaturę, mysz lub przy użyciu digitizera. Możliwe jest również im-portowanie rysunków podkładowych i to zarówno w formie grafiki rastrowej (format plików TIF, BMP lub innych) jak i wektorowej (pliki AutoCad w formacie .DXF). Podczas tworzenia schematu sieci przeprowadzana jest automatyczna kontrola poprawności z wyraźnymi infor-macjami o błędach lub niekompletnych parametrach technicznych;

prosty sposób definiowania danych i obliczania wyników – wprowadzanie danych lub ich modyfikacja możliwa jest w dowolnym czasie procesu tworzenia modelu sieci;

Stanet

60

krótki czas obliczeń – czas jaki jest potrzebny na przeprowadzenie symulacji statycznej jest zależny tylko od liczby węzłów w badanym układzie i wynosi około 2 sekund na 10 000 węzłów na komputerze Pentium II z procesorem 300 MHz.

Szybkość taką osiągnięto dzięki zastosowaniu metody eliminacji zamiast iteracyjnej meto-dy Hardy – Cross’a;

obliczenia dodatkowych wartości – jakimi są temperatura gazu, straty ciepła do oto-czenia itp., ale również wielkości będących wynikiem działań arytmetycznych na wartościach danych lub wynikach symulacji np. ciśnienie związane z wysokością, czy obliczanie wartości średniej czy sumy, wyszukiwanie wartości maksymalnej lub minimalnej;

selektywne przedstawienie poszczególnych grup elementów (technologia warstw) – w celu przejrzystego przedstawienia schematu sieci możliwe jest wygaszenie niektórych grup elementów lub nawet całych warstw, oraz ustawianie barwnego wyświetlania obliczonych war-tości;

automatyczne tworzenie podsieci – wszystkie sieci automatycznie dzielone są na pod-sieci od każdego zaworu lub regulatora;

funkcje związane z bazą danych – możliwość sortowania, filtrowania, klasyfikowania, grupowania, wyszukiwania itp. danych i wyników w bazie danych. Dodatkowo dostępna jest pomoc programu przy definiowaniu przez użytkownika nowych pól bazy danych oraz spraw-dzanie poprawności struktury sieci;

szerokie funkcje graficzne – możliwe jest powiększanie, pomniejszanie i przesuwanie widoków sieci, wymiarowanie obiektów, podgląd wydruku, a także wyświetlanie punktów ra-strowych i linii podziału katastralnego oraz automatyczne porządkowanie układu sieci (wyświe-tlanie detali w zależności od skali powiększenia). Istnieje również możliwość wprowadzania dowolnego tekstu (kolor, wielkość, krój czcionki) opisującego np. dane techniczne o węzłach czy rurach, a także zapisywanie najczęściej wykorzystywanych podglądów sieci;

optymalizacja średnicy rur oraz trasy prowadzenia gazociągu – celem optymalizacji jest określenie nieznanej średnicy i/lub przebiegu sieci gazociągu. Wybór rur i prowadzenia trasy gazociągu powinien doprowadzić do minimalizacji kosztów (materiałów i ułożenia) przy równoczesnym spełnieniu warunków brzegowych (np. najniższe dopuszczalne ciśnienie, mak-symalna prędkość przepływu medium w rurach itp.). W celu przyśpieszenia obliczeń wybór rur może zostać ograniczony do kilku rur zawartych w Katalogu Rur programu STANET, przy czym istnieje możliwość modyfikowania zawartości tego katalogu;

obliczenia współczynnika oporu hydraulicznego – w czasie obliczeń tego współ-czynnika wykorzystywane są 4 następujące zależności: Prandtla – Colebrooka, Ganesi, Stanet oraz Nikuradse.

Jak każdy program komputerowy, również STANET posiada pewne ograniczenia. Ogra-niczenia fizyczne programu odnoszą się tylko do liczby elementów. Nie można stworzyć sieci o liczbie elementów większej niż 2 000 000 000. Na każde 1000 elementów sieci program STANET wymaga około 32 Kb pamięci operacyjnej oraz dodatkowa ilość pamięci dla rysun-ków podkładowych.

W przypadku sieci, w których występują różne wysokości geodezyjne węzłów istotne jest wprowadzenie współczynnika korygującego obliczoną wartość ciśnienia. W tym celu wykorzy-stuje się następujący wzór:

Zastosowanie programu

61

( )

−−

= mN

mNpN

Tp

ghhTρ

mkor epp

Współczynnik ściśliwości gazu z obliczany jest z następującej zależoności: p0022,01z +=

Równania spadku ciśnienia wykorzystywane w programie STANET zależą od rodzaju przepływu określonego w oparciu o liczbę Reynoldsa:

m

mNw ηρvDRe =

Podczas obliczania spadków ciśnień w trakcie przepływu gazu stosuje się różne wzory w zależności od rodzaju przepływu. Dla przepływów turbulentnych:

( ) ( )kpNw

4wNkp

2NN

kp hhgρζλDL

DTppπQzTQρ16p

pp −−

+

+=−

natomiast dla przepływów laminarnych:

( ) ( )kpN4wNkp

Nkp hhgρ

DTppπηzTQL128p

pp −−+

=−

Jak już wspomniano dostępne są różne wzory do obliczania współczynnika oporu hydraulicznego. Można wybierać pomiędzy następującymi zależnościami:

1) Prandt-Colebrook – stosowany dla przepływów laminarnych do wartości liczby Rey-noldsa Re = 1000, gdzie współczynnik tarcia obliczany jest w sposób iteracyjny w oparciu o poniższy wzór:

+−

=

w

e

3,71Dk

λRe2,512log

1λ

2) Interpolacja GANESI – liniowa interpolacja wykorzystywana pomiędzy punktami określonymi przez liczbę Reynoldsa Re = 2320 dla przepływów laminarnych oraz Re = 4000 dla przepływów turbulentnych, dla sieci wysokiego ciśnienia. Interpolacja ta została opisana przez Uniwersytet Techniczny w Monachium,

3) Nikuradse – wykorzystuje się następujące równanie:

−

=

w

e

3,71Dk2log

1λ

W celu zapobiegania ostrym zmianom pomiędzy obszarami przepływów laminarnych oraz turbulentnych, uwzględniane są obie wartości i wykorzystywane podczas obli-czeń,

4) Ze wzoru Nikuradse wyprowadzony został wzór Stanet stosowany dla przepływów turbulentnych.

Stanet

62

2.3.2. Obsługa programu Obsługa programu

Obsługa programu dla użytkowników systemu operacyjnego WINDOWS jest bardzo prosta. Nawigacja odbywa się z wykorzystaniem myszy, natomiast polecenia znajdują się w menu głównym jak i na dostępnym pasku ikon. Możliwe jest również korzystanie ze skrótów klawiaturowych analogicznych jak w systemie WINDOWS.

Pliki tworzone w programie zapisywane są w formacie dBASE, przy czym dla każdej sieci tworzony jest pewien zestaw plików, których liczba zależy od liczby różnych elementów wyko-rzystywanych w sieci.

Rys. 2.3.1. Widok ekranu programu STANET. Oprócz standardowych składników widoczne są okna podglądu całej sieci, legendy oraz bazy danych rur.

Ekran programu STANET podzielony jest cztery główne obszary przedstawione na ry-sunku 2.3.1.:

• menu główne – gdzie znajdują się wszystkie polecenia umożliwiające pracę z pro-gramem. Najważniejsze polecenia zostały omówione w dalszej części (rozdział 2.3.2.1.),

• pasek ikon – znajdują się tutaj najczęściej wykorzystywane polecenia, służące za-równo do nawigacji po obszarze sieci, jak i wstawiania nowych elementów. Wygląd przedstawiony jest na rysunku 2.3.2.,

Obsługa programu

63

• okno podglądu sieci – w obszarze okna podglądu znajduje się wybrany fragment sieci, tutaj też wprowadza się nowe elementy i dokonuje większości operacji na istnie-jących elementach. Na przedstawionym rysunku widoczne są również: okno podglą-du całej sieci, legenda oraz otwarte okno bazy danych opisujących wykorzystane rury,

• pasek stanu – na którym wyświetlane są informacje o uaktywnionych elementach, skali itp., oraz podpowiedzi które prowadzą użytkownika przez proces tworzenia nowej sieci.

Wskazany przez użytkownika element, zaznaczony jest na schemacie okręgiem, zawsze wyświetlany jest w pierwszej linii automatycznie otwieranej bazy danych. Edytor bazy danych zostanie omówiony dokładniej w dalszej części (rozdział 2.3.2.2.).

Rys. 2.3.2. Pasek ikon programu STANET.

Na przedstawionym powyżej pasku ikon przedstawione są kolejno od lewej strony nastę-pujące grupy przycisków:

• komend podstawowych – otwórz sieć, drukuj (podgląd wydruku) oraz rozpoczęcie obliczeń,

• nawigacji w wyświetlanej sieci – tryb wskaźnika, pokaż całą sieć, powiększanie oraz zmniejszanie,

• opcji wyświetlania, • wstawiania nowych elementów – szczegółowo zostanie to omówione dalej, • wstawiania opcji informacyjnych – tryb tekstowy i wstawianie figur geometrycznych.

2.3.2.1. Menu główne programu STANET Główne menu umożliwia zarówno nawigację po programie, jak i wykonywanie wszystkich

operacji związanych ze wstawianiem, przesuwaniem elementów, a także z przeprowadzaniem obliczeń symulacyjnych.

Jednym z elementów ułatwiających nawigację pomiędzy istniejącymi sieciami jest Menadżer Sieci� znajdujący się w menu Plik. Oprócz standardowego wyświetlania nazw plików, które można otworzyć, podaje on dodatkowe informacje na temat wprowadzonej sieci (liczbę wę-złów, rur, zaworów, konsumentów czy szczegółowy opis sieci wprowadzony przez użytkowni-ka). Bardzo ważnym poleceniem dostępnym w Menadżerze Sieci jest Reorganizacja sieci. Umoż-liwia ono uporządkowanie całego pliku opisującego badaną sieć. Sprowadza się to do trwałego usunięcia nieaktywnych elementów, które zostały wcześniej skasowane przez użytkownika. Przed przeprowadzeniem reorganizacji sieci możliwe jest przywrócenie tych skasowanych elementów, w przypadku gdy zostały usunięte przez pomyłkę. Widok okna Menadżera Sieci przedstawiony jest na rysunku 2.3.3.

Drugim elementem ułatwiającym oraz precyzującym pracę z programem jest okno dialo-gowe Parametrów Sieci (znajdujące się również w menu Plik). Umożliwia ono określenie ogól-nych parametrów: sieci, rur, symulacji, medium które przepływa przez badaną sieć, jednostek, w których wyświetlane są długości odcinków czy dokładność wyświetlania wyników. Możliwe

Stanet

64

jest również podanie dokładniejszych informacji o sieci, czy o użytkowniku, który sieć tworzył. Widok okna dialogowego przedstawiony jest na rysunku 2.3.4.

Rys. 2.3.3. Menadżer sieci.

Rys. 2.3.4. Okno dialogowe Parametrów Sieci.

Menu Edycja zawierające podobne funkcje jak standardowe menu systemu operacyjnego WINDOWS umożliwia nawigację, zaznaczanie, kopiowanie itp. na edytowanej sieci.

Obsługa programu

65

Najważniejsze zadania, które można wykonać wykorzystując polecenia zawarte w menu Opcje to: definiowanie profili konsumentów, definiowanie sprężarek oraz definiowanie typów rur.

Okno dialogowe definiowania profili konsumentów umożliwia wprowadzenie zmiennych w czasie profili odbioru gazu, które następnie będą wykorzystywane podczas obliczeń symula-cyjnych w rozszerzonych okresach czasowych. Wygląd okna dialogowe został przedstawiony na rysunku 2.3.5.

Rys. 2.3.6. Okno dialogowe profili konsumentów.

Kolejnym elementem wykorzystywanym w sieciach gazowych są sprężarki gazu, których definiowanie możliwe jest przy pomocy odpowiedniego okna dialogowego, którego wygląd przedstawiony jest na rysunku 2.3.6. Program STANET umożliwia tylko uproszczoną symula-cję sprężarek, która jednak jest wystarczająca w większości wypadków, w których stosowany jest program. Okno dialogowe definiowania modelu sprężarki gazu otwiera się poleceniem Typy pomp... .

Rys. 2.3.6. Okno dialogowe zdefiniowanych sprężarek.

Stanet

66

Ostatnią ze wspomnianych opcji jest możliwość definiowania własnych typów rur, w celu ich późniejszego wykorzystywania w procesie tworzenia nowej sieci, czy przeprowadzania optymalizacji zarówno doboru średnicy jak i trasy prowadzenia. Otwieranie okien dialogowych typów rur przedstawionych na rysunku 2.3.7., dokonuje się poleceniem Typy rur... .

Rys. 2.3.7. Okna dialogowe dostępnych typów rur oraz ich definiowania.

Pozostałe menu posiadają wbudowane podobne funkcje jak menu w innych programach systemu operacyjnego WINDOWS. Wprowadzone są co prawda drobne zmiany, pewne funk-cje zostały dodane, inne pominięte, ale wynika to tylko i wyłącznie ze specyfiki programu.

2.3.2.2. Okna bazy danych Jak już wspomniano w przypadku, gdy użytkownik zaznaczy dowolny element wchodzący

w skład edytowanej sieci zostanie automatycznie uruchomiony edytor bazy danych, gdzie w pierwszej linii znajdować się będzie zaznaczony element. Dla każdego rodzaju elementów otwierane jest osobne okno bazy danych. Widok przykładowych okien bazy danych przedsta-wiony został na rysunku 2.3.8.

Rys. 2.3.8. Przykładowe okna bazy danych węzłów oraz rur.

Standardowo jednocześnie otwierane jest jedno okno bazy danych. Jeżeli użytkownik chciałby przeglądać równocześnie dwie lub więcej baz konieczne jest skorzystanie z polecenia Nowy... w menu Okno.

Obsługa programu

67

Korzystanie z okien bazy danych jest najefektywniejszym sposobem wprowadzania zmian w całej sieci. Pola z tłem w kolorze białym umożliwiają wprowadzanie danych, natomiast w komórkach z tłem szarym wyświetlane są wartości obliczone przez program. W oknie bazy danych jest nie możliwe tylko zmienianie nazw węzłów, odcinków czy innych elementów wchodzących w skład badanej sieci. Nazwy te nadawane są automatycznie podczas wstawiania elementów według zdefiniowanego przez użytkownika klucza.

Aby dopasować zawartość tabeli bazy danych do aktualnych wymagań użytkownik ma możliwość określenia jakie pola bazy danych dla poszczególnych elementów powinny być wyświetlane. Służy do tego polecenie Pola... w menu Widok. W środkowym polu listy widoczne są wszystkie dostępne pola dla określonego typu podzespołu, natomiast w prawym polu listy znajdują się pola wyświetlane w oknie bazy danych. Wygląd okna dialogowego Wybór Pól przedstawiony jest na rysunku 2.3.9.

Rys. 2.3.9. Widok okna dialogowego wyboru pól.

2.3.2.3. Wprowadzanie schematów sieci Wprowadzanie nowych elementów sieci może odbywać się przy pomocy ikon najczęściej

stosowanych podzespołów, lub z wykorzystaniem poleceń zawartych w menu Nowy. Widok fragmentu paska ikon odpowiedzialnego za wstawianie nowych elementów przedstawiono na rysunku 2.3.10. a na kolejnym pokazane są polecenia zawarte w menu Nowy.

a) b) c) d) e) f)

Rys. 2.3.10. Ikony wstawiania nowych elementów. a) węzeł z odcinkiem rury, b) odcinek, c) zawór, d) odbiorca przyłączany do węzła, e) dom, f) wstawianie węzła w istniejącą rurę.

Podczas wstawiania nowych elementów przyjmowane są wartości domyślne określone przez użytkownika w oknie Parametrów Sieci w menu Plik. Dodatkowo długość odcinków obli-czana jest automatycznie ze współrzędnych węzłów początkowego i końcowego oraz aktualnie

Stanet

68

przyjętej skali. Również podczas przesuwania węzłów do których dołączone są rury możliwe jest automatyczne przeliczanie ich długości. Jeżeli użytkownik chce skorzystać z tej funkcji powinien wybrać polecenie Przy przeciąganiu uaktualniaj długość rury z menu Opcje.

Rys. 2.3.11. Menu Nowy programu Stanet.

Poniżej przedstawione są podstawowe polecenia znajdujące się w menu Nowy umożliwia-jące wprowadzanie elementów:

• węzeł wraz z odcinkiem rury – umożliwia równoczesne wprowadzanie zarówno węzła jak i połączonego z nim odcinka rury. Podczas korzystania z tej funkcji two-rzony jest automatycznie węzeł oraz rura do wcześniej wprowadzonego węzła. Jeżeli chcemy stworzyć odcinek od węzła, który nie był wprowadzony jako ostatni należy nacisnąć prawy klawisz myszy,

• węzeł – wstawianie samych węzłów. Parametrami wymaganymi podczas wstawiania jest nazwa węzła, dodatkowo można zdefiniować: wysokość geodezyjną, strumień gazu lub ciśnienie w zależności od typu węzła,

• rura – wstawianie rur pomiędzy wprowadzone wcześniej węzły. Parametrami wyma-ganymi są nazwy węzłów początkowego i końcowego, natomiast dodatkowo można sprecyzować długość, średnicę czy chropowatość,

• załamania – umożliwiają poprowadzenie odcinka nie w linii prostej, ale po łamanej. Nie ma to żadnego wpływu na przeprowadzanie obliczeń a jest tylko i wyłącznie funkcją graficzną,

• odbiorcy gazu – przyłączanie do węzłów odbiorców gazu. W takim przypadku ilość gazu odbieranego od węzła obliczana jest na podstawie zużycia przez odbiorcę. Do jednego węzła można przyłączyć kilku odbiorców,

• armatura – wprowadzanie armatury (zawory, reduktory) oraz dodatkowego wyposa-żenia sieci (sprężarki, wymienniki ciepła itp.),

• elementy dodatkowe – są to między innymi rysunki podkładowe (tło), wskaźniki wysokości, połączenia serwisowe, elementy graficzne czy tekst komentarza.

Podczas wprowadzania nowych elementów po prawej stronie ekranu pojawia się dodat-kowe okno dialogowe, widok którego przedstawiony jest na rysunku 2.3.12., umożliwiające określenie dodatkowych opcji wprowadzania, takich jak: sposób kodowania nazw węzłów,

Obsługa programu

69

parametry rur, typ wyświetlanego symbolu, czy warstwę na której dany element powinien zo-stać umieszczony.

Rys. 2.3.12. Okno pomocnicze wprowadzania danych.

2.3.2.4. Definiowanie i wykonywanie obliczeń symulacyjnych Po wprowadzeniu schematu sieci można przystąpić do przeprowadzania obliczeń symula-

cyjnych. Po wybraniu polecenia Rozpoczęcie obliczeń... z menu Plik otwarte zostanie okno dialo-gowe przedstawione na rysunku 2.3.13.

Przed rozpoczęciem obliczeń użytkownik może sprecyzować swoje wymagania dotyczące rodzaju przeprowadzanych obliczeń, parametrów symulacji (dokładności, wykorzystywanych wzorów, liczby wykonywanych kroków iteracji itp.), czy fizyko-chemicznych parametrów prze-pływającego medium. W celu zdefiniowania symulacji niezbędne jest podanie przynajmniej jednego węzła w którym znana jest wartość ciśnienia oraz również przynajmniej jednego, w którym obliczana będzie wartość przepływającego strumienia gazu. Dokonuje się tego poprzez wstawienie znaków „!” oraz „?” w odpowiednich polach bazy danych węzłów, co widoczne jest na rysunku 2.3.8.

Po zakończeniu obliczeń program wyświetla krótkie podsumowanie symulacji, w którym zawarte są podstawowe informacje dotyczące sieci, oraz wykonanych obliczeń. Podane są maksymalne odchyłki spadku ciśnienia, oraz strumienia przepływającego gazu, miejsca (odci-nek oraz węzeł) gdzie te błędy występują oraz liczba kroków iteracji, po której obliczenia zo-stały zakończone i dodatkowo wyświetlona jest informacja, czy błąd obliczeń nie jest większy od założonej dokładności.

W przypadku wystąpienia błędów w obliczeniach wyświetlone zostaną podpowiedzi jakie parametry należy zmienić, aby uzyskać poprawne wyniki. Przykład raportu symulacji przedsta-wiono na rysunku 2.3.14.

Stanet

70

Rys. 2.3.13. Okno dialogowe obliczeń.

Rys. 2.3.14. Okno podsumowania obliczeń symulacji.

2.3.2.5. Przedstawianie wyników obliczeń W programie STANET możliwe jest przedstawianie wyników obliczeń zarówno w formie

tabelarycznej jak i graficznej. Jak już wcześniej wspomniano w oknach bazy danych poszczególnych podzespołów sieci

oprócz pól zawierających dane wejściowe znajdują się pola, w których wyświetlane są wartości obliczone przez program podczas przeprowadzania symulacji. Jednak ze względu na fakt, że znacznie wygodniejsze jest przeglądanie uzyskanych wyników na schemacie sieci, program umożliwia wyświetlanie, w formie graficznej, obliczonych wartości takich jak na przykład ci-śnienie węzłowe, prędkość przepływu gazu w rurze, czy średnica rury w formie graficznej.

W tym celu wykorzystywane jest okno legendy przedstawione na rysunku 2.3.15. Jeżeli Okno legendy nie jest widoczne, uaktywnia się je poprzez wybór polecenia Nowe... z menu

Przykłady i zadania

71

Okno. Wartości zawarte w tej legendzie można dowolnie konfigurować z wykorzystaniem pole-cenia Atrybuty Legendy w menu Opcje, natomiast skonfigurowane typy legend wyświetlane są w menu Atrybuty, gdzie wybiera się je do wyświetlania w oknie legendy. Przełączanie pomiędzy poszczególnymi legendami dokonuje się przez kliknięcie na obszarze tytułu legendy lewym klawiszem myszy.

Rys. 2.3.15. Okno legendy. Od lewej strony przedstawione są przykłady okien legendy: obliczonego ciśnienia w węzłach i prędkości przepływu gazu w rurach oraz średnicy rur.

Dodatkowo, jeżeli użytkownik sobie tego życzy, przy wszystkich elementach wchodzą-cych w skład sieci możliwe jest wyświetlanie danych technicznych, zarówno danych wejścio-wych jak i wyników obliczeń. W przypadku prostych sieci jest dobra metoda, która jednak ze względu na ilość wyświetlanych informacji, w przypadku bardziej rozbudowanych sieci może spowodować mniejszą przejrzystość schematu. Również w przypadku danych technicznych użytkownik może określić jakiego typu informacje powinny zostać wyświetlone. W oknie dia-logowym Pola... w menu Widok określa się je poprzez przeniesienie ich do lewego pola listy (rysunek 2.3.9.).

Po wykonaniu obliczeń na każdym z odcinków zaznaczone zostają kierunki przepływu gazu, a odcinki zostaną przedstawione w formie barwnej zgodnie z wybraną przez użytkownika legandą. Jeżeli w oknie bazy danych wyświetlone zostaną ujemne wartości strumienia przepły-wu lub prędkości przepływu gazu oznacza to, że kierunek przepływu nie jest zgodny z kolejno-ścią wstawiania początku i końca danego odcinka. Jeżeli użytkownik pragnie pozbyć się takich oznaczeń powinien skorzystać z funkcji Dopasuj orientację rury do bieżącego kierunku przepływu zamieszczonej w poleceniu Uaktualnij Dane Rury... w menu Narzędzia.

2.3.3. Przykłady i zadania Przykłady i zadania

2.3.3.1. Przykład W niniejszym przykładzie zostaną przedstawione główne możliwości programu

STANET. Użytkownik zostanie zapoznany z omówionymi wcześniej opcjami oraz przepro-wadzaniem obliczeń i przedstawiania wyników obliczeń.

Wszystkie dane techniczne dotyczące sieci widoczne są na schemacie przedstawionym na rysunku 2.3.16. Wartości pozostałych parametrów należy przyjąć jako domyślne wprowadzane przez program.

Węzeł W002 jest węzłem zasilającym i dla niego należy ustawić, w bazie danych węzłów, status przepływu „?” (wartość strumienia przepływającego gazu będzie obliczana przez pro-

Stanet

72

gram), natomiast w węźle W004 wartość zmierzonego ciśnienia wynosiła 1,00 bar i dlatego dla tego węzła należy ustawić status ciśnienia „!”, i wpisać tę wartość w odpowiednie pole bazy danych. Wszystkie odbiory są niezmienne w czasie.

Rys. 2.3.16. Schemat sieci w przykładzie.

Po przeprowadzeniu symulacji wyniki obliczeń, jak już wspomniano, można przeglądać w dwóch formach tabelarycznej oraz graficznej, co przedstawiono na rysunku 2.3.17. oraz w tabelach 2.3.1. i 2.3.2.

Jak widać na powyższym rysunku do każdego węzła został przypisany odpowiedni kolor odpowiadający obliczonej wartości ciśnienia określonej dla legendy Ciśnienie Obliczone. Rów-nież każdemu z odcinków przypisano kolor odpowiadający obliczonej wartości prędkości przepływu gazu. Zaznaczone też są kierunki przepływu gazu w każdym z odcinków. W celu zwiększenia przejrzystości przedstawienia wyłączone zostało wyświetlanie Danych Technicz-nych, dostępne w poleceniu Reprezentacja w menu Widok.

Po przeprowadzeniu obliczeń proszę odpowiedzieć na następujące pytania: 1) Ile wynosi minimalne wartość ciśnienia w sieci? 2) Jaka jest maksymalna wartość prędkości przepływu w sieci? 3) Jakie jest wzajemne powiązanie tych dwóch wielkości?


73

Rys. 2.3.17. Wyniki obliczeń w przykładzie.

Tabela 2.3.1. Wyniki obliczeń dla odcinków.

Tabela 2.3.2. Wyniki obliczeń dla węzłów.

2.3.3.2. Zadanie 1 W niniejszym zadaniu należy obliczyć spadek ciśnienia w prostym odcinku przez który

przepływa gaz. Schemat do zadania został przedstawiony na rysunku 2.3.18. Główne parame-try opisujące sieć zostały przedstawione w tabelach 2.3.3. oraz 2.3.4.

Stanet

74

Rys. 2.3.18. Schemat układu sieci w zadaniu 1.

Tabela 2.3.3. Parametry węzłów w zadaniu 1.

Tabela 2.3.4. Parametry odcinka w zadaniu 1.

Po przeprowadzeniu obliczeń proszę odpowiedzieć na następujące pytania: 1) Ile wynosi spadek ciśnienia w badanym układzie? 2) Czy odpowiedź ulegnie zmianie jeżeli wartości wysokości geodezyjnych na zasilaniu i

odbiorze ulegną zmianie? Czy uzyskany wynik jest zgodny z oczekiwaniami użyt-kownika?

3) Jakie są wartości domyślne: a) średnicy rury, b) długości odcinka, c) warstwy na którą przypisywane są rury oraz węzły?

2.3.3.3. Zadanie 2 W niniejszym zadaniu zostanie stworzony prosty schemat sieci, w którym użytkownik

zbada sposób przeprowadzania obliczeń w przypadku zdefiniowania sieci otwartej. Schemat sieci przedstawiony został na rysunku 2.3.19., a parametry poszczególnych podzespołów wchodzących w skład sieci zostały przedstawione w tabelach 2.3.5. oraz 2.3.6.


75

Rys. 2.3.19. Schemat sieci w zadaniu 2.

Tabela 2.3.5. Parametry odcinków w zadaniu 2.

Tabela 2.3.6. Parametry węzłów w zadaniu 2.

Po przeprowadzeniu obliczeń proszę odpowiedzieć na następujące pytania: 1) Czy ciśnienie w którymkolwiek fragmencie sieci jest mniejsze od założonej wartości

minimalnej 0,8 bar?

Stanet

76

2) Czy tak skonstruowany model sieci pracuje w sposób prawidłowy? 3) Jeżeli nie, to co należałoby zmienić w sieci, aby poprawić parametry pracy?

2.3.3.4. Zadanie 3 Do sieci utworzonej w zadaniu 2 zostaną dołączeni Konsumenci o zdefiniowanych profi-

lach odbioru. Po skopiowaniu sieci przy pomocy Menadżera Sieci należy do węzłów z odbio-rami przyłączyć konsumentów, każdy o wartości odbioru identycznej jak strumień gazu w zadaniu poprzednim.

Wartości zużycia gazu w odpowiednich godzinach przez poszczególne typy odbiorców przedstawione są w tabeli 2.3.7., natomiast w kolejnej tabeli przedstawione jest przypisanie profili do Konsumentów.

Tabela 2.3.7. Wartości zużycia gazu przez poszczególne typy Konsumentów [%].

Nazwa profilu Godzina Profil 1 Profil 2 Profil 3

0 42,0 15,0 0,0 1 23,0 5,0 0,0 2 15,0 5,0 0,0 3 26,0 5,0 0,0 4 28,0 5,0 0,0 5 58,0 15,0 0,0 6 129,0 55,0 100,0 7 180,0 60,0 100,0 8 162,0 65,0 100,0 9 142,0 50,0 100,0 10 129,0 45,0 100,0 11 129,0 40,0 100,0 12 136,0 40,0 100,0 13 135,0 40,0 100,0 14 102,0 45,0 100,0 15 108,0 60,0 100,0 16 105,0 80,0 0,0 17 118,0 100,0 0,0 18 138,0 125,0 0,0 19 148,0 130,0 0,0 20 127,0 150,0 0,0 21 119,0 130,0 0,0 22 96,0 125,0 0,0 23 66,0 70,0 0,0

Tabela 2.3.8. Numery profili przyłączone do węzłów.

Numer węzła Nazwa profilu K14 Profil 1 K16 Profil 2 K17 Profil 1 K19 Profil 3

Po wprowadzeniu danych należy przeprowadzić obliczenia w okresie 24 godzin, z opcją zapisywania wyników co 60 minut.


77

Po przeprowadzeniu obliczeń proszę odpowiedzieć na następujące pytania: 1) Czy w takim układzie pracy sieć zawsze znajduje się w jednakowych warunkach? 2) Czy w godzinach szczytu model sieć pracuje w sposób prawidłowy?

2.3.3.5. Zadanie 4 W niniejszym zadaniu użytkownik zapozna się z obliczeniami sieci pierścieniowych. W

symetrycznym modelu sieci przedstawionego na rysunku 2.3.20., wszystkie długości odcinków wynoszą 500 m, średnice wewnętrzne 100 mm, natomiast odbiory gazu, wszystkie po 50 m3/h, umieszczone są w węzłach narożnych (K13, K18, K19).


Po przeprowadzeniu obliczeń na powyższym modelu sieci proszę udzielić odpowiedzi na poniższe pytania:

1) Czy rozkład ciśnień i przepływów w badanym modelu jest zgodny z oczekiwaniami? 2) Jak układ zachowuje się w przypadku wprowadzenia niewielkiego zaburzenia w ist-

niejącej sieci: a) zmiana strumienia odbioru w węźle K19 do wartości 45 m3/h? b) zmiana długości odcinka K12 – K15 do wartości 450 m? c) równoczesne wprowadzenie obu powyższych zmian.

2.3.3.6. Zadanie 5 W niniejszym zadaniu sprawdzone zostaną istniejące rezerwy przepustowości sieci roz-

dzielczej niskiego ciśnienia przedstawiona na rysunku 2.3.21. Dodatkowo użytkownik spróbuje

Stanet

78

zaproponować sposoby zwiększenia tych rezerw przepustowości i oceni o ile jego propozycje zwiększą możliwy do odebrania strumień gazu.


W niniejszym zadaniu sieć zasilana jest w węźle K11 gazem ziemnym o gęstości 0,78 kg/m3, ze stacji redukcyjnej II stopnia. Parametry elementów wchodzących w skład sieci przedstawione są w tabelach 2.3.9. oraz 2.3.10.

Układ topograficzny rzeczywistej sieci której model w niniejszym zadaniu badamy jest za-chowany na schemacie.

Tabela 2.3.9. Parametry odcinków rur schematu sieci w zadaniu 5.

Tabela 2.3.10. Parametry węzłów i odbiorów schematu sieci w zadaniu 5.


79

Po przeprowadzeniu obliczeń proszę odpowiedzieć na następujące pytania: 1) Czy układ sieci jest korzystny ze względu na tryb pracy? 2) W którym fragmencie sieci osiągane są ciśnienia minimalne? 3) Czy w tak skonfigurowanej sieci istnieją jakiekolwiek rezerwy przepustowości? Jeżeli

tak to ile one wynoszą? 4) Jakie modyfikacje najprościej można wprowadzić i jakie korzyści z tego wynikną oraz

jak zmienią się parametry pracy sieci?

2.3.3.7. Zadanie 6 W oparciu o schemat sieci z zadania 5 (przed modyfikacjami) użytkownik w dalszym ciągu

będzie badał sieć rozdzielczą gazu ziemnego. Po zbadaniu stanu technicznego sieci (inspekcja telewizyjna i próby ciśnieniowe) okazało

się, że możliwe jest zwiększenie maksymalnego ciśnienia za stacją redukcyjną do wartości 1,0 bar. W niniejszym zadaniu nie będzie brana pod uwagę kwestia finansowa reduktorów instalo-wanych u odbiorców.

W tak skonfigurowanym modelu sieci przeprowadzić podobne obliczenia jak w zadaniu poprzednim.

Po przeprowadzeniu obliczeń proszę odpowiedzieć na następujące pytania: 1) Ile wynoszą rezerwy przepustowości dla sieci pierwotnej (sprzed modyfikacji zapro-

ponowanych przez użytkownika) w przypadku takiej konfiguracji? 2) Czy w takim przypadku zasilania korzystne jest wprowadzanie jakichkolwiek modyfi-

kacji sieci?

2.3.3.8. Zadanie 7 W niniejszym zadaniu użytkownik stworzy model sprężarki, który będzie wykorzystany w

modelu sieci przedstawionym na rysunku 2.3.22. Jednostki parametry opisujące przedstawiony schemat są następujące: długość odcinka w metrach – wartość znajduje się powyżej odcinka, średnica wewnętrzna rury w milimetrach – wartość poniżej odcinka oraz wartość strumienia gazu odbieranego z poszczególnych węzłów w metrach sześciennych na godzinę – wartość wewnątrz węzła, poniżej jego nazwy.

Stanet

80


W oparciu o dane charakterystyki zawarte w tabeli 2.3.11. stworzyć model sprężarki wyko-rzystywanej w badanym modelu sieci.

Tabela 2.3.11. Charakterystyka sprężarki z zadania 7.

Wartość ciśnienia [bar]

Strumień przepływającego gazu[m3/h]

5,0 20,0 4,0 60,0 3,0 85,0 2,0 105,0 1,0 123,0 0,5 131,0

Dodatkowo proszę założyć, że niezależnie od obciążenia do zasilania sprężarki potrzebne jest 2 m3 gazu na godzinę.

Po przeprowadzeniu obliczeń proszę odpowiedzieć na następujące pytania: 1) Czy możliwa jest prawidłowa praca sieci jeżeli sprężarka jest wyłączona? 2) Jaka jest wartość ciśnienia w węźle K13 w przypadku pracy układu bez oraz ze sprę-

żarką?

2.3.3.9. Zadanie 8 W niniejszym zadaniu przeprowadzona zostanie optymalizacja średnica rur utworzonej

sieci, której schemat został przedstawiony na rysunku 2.3.23. Podczas tworzenia sieci wszystkie odcinki mają takie same parametry: średnica 100 mm, chropowatość 1,0 mm. Długości odcin-ków są następujące: górne oraz poziome odcinki sieci mają długość 500 m natomiast dolne na schemacie mają długość 1000 m. Z górnych i dolnych odcinków odbierany jest gaz w ilości 100 m3/h z każdego węzła. Zasilanie odbywa się z węzła K11, w którym wartość ciśnienia wynosi 2,00 bar.


81

W zadaniu optymalizacji poddane zostanie 6 odcinków znajdujących się w głównej linii zasilania pomiędzy węzłem zasilającym (K11) a węzłem K28. Wybór odcinków do optymaliza-cji dokonuje się przez wstawienie odpowiedniego znacznika do pola Optymalizacja bazy da-nych rur.


Po wprowadzeniu schematu sieci, należy sprawdzić w oknie dialogowym Typy rur, czy w programie są zdefiniowane jakieś typy rur, jeżeli nie, to w oparciu o odpowiednie normy czy aprobaty techniczne (np. PN–EN 10208-1) proszę wprowadzić podstawowy typoszereg rur stalowych lub polietylenowych stosowanych w przemyśle gazowniczym. Następnie przeprowa-dzić obliczenia symulacyjne z zaznaczonym poleceniem Optymalizacji Średnicy.

Po przeprowadzeniu obliczeń proszę odpowiedzieć na następujące pytania: 1) Jaki powinien być układ opcji symulacji, aby dobór średnicy rur był najbardziej efek-

tywny? 2) Jakie uzyskano wartości średnic? Przy jakich warunkach optymalizacji (liczba iteracji,

wybranych średnic itp.)? 3) Jaka jest wartość ciśnienia w najdalszym węźle sieci?

Stanet - Strona główna AGHhome.agh.edu.pl/~kepw/student/plik/stanet.pdf · Program STANET może być wykorzystywany jako system informacyjny o systemie sieci, po-nieważ opiera

Documents