uktn Usługi Komputerowe
Teresa Niederlińska
44-100 Gliwice, Poland
ul. Pszczyńska 118A/28
tel/fax +48 (0) 32 232 26 43    
tel 0 603 614 152
teresa@uktn.com

 

Do strony głównejOpis do wydruku.pdf (440 kB)


Dobór Średnic i Symulacja Sieci Gazociągowych

Opis programu GASNET wersja 3

 

Stosowane określenia:
Strumień - natężenie przepływu gazu, wyrażone w nm3/h. Mała litera n przed m3 oznacza, że odnosi się do warunków normalnych. Zamiast terminu strumień spotyka się również w literaturze terminy: natężenie przepływu, przepływ, obciążenie, obciążenie obliczeniowe.
Pobór - strumień pobierany z sieci przez odbiorców.
Średnica nominalna Dn - nazwa handlowa rury. Średnicy nominalnej jednoznacznie przyporządkowana jest średnica zewnętrzna Dzew i grubość ściany Gru.
Średnica wewnętrzna Dw - średnica wstawiana do wzorów obliczeniowych.

 

1. Przeznaczenie i charakterystyka programu

1.1 Podstawowe założenia

Program GASNET jest uniwersalnym narzędziem do obliczania hydrauliki stanu ustalonego sieci gazowych. Można nim obliczać gazociągi przesyłowe wysokiego ciśnienia, gazociągi rozprowadzające średniego ciśnienia oraz sieci rozdzielcze niskiego ciśnienia. Program oblicza prędkości i strumienie gazu w odcinkach, obciążenia poszczególnych źródeł gazu, ciśnienia gazu w węzłach i na życzenie dobiera średnice rurociągów.

Uniwersalny charakter uzyskano dzięki zastosowaniu metody obliczania strat ciśnienia, która może być stosowana w dużym zakresie ciśnień i prędkości gazu i dla dowolnych materiałów rur (literatura [1] i [2]). 

Uniwersalny charakter uzyskano również dzięki wyposażeniu programu w opcje odpowiadające różnym potrzebom użytkowników. Za najważniejsze opcje należy uznać kilka sposobów deklarowania poborów.

Dobór średnic polega na wybraniu z zestawu rur (zwanego dalej katalogiem rur) możliwie najmniejszych średnic, przy których ciśnienie gazu w sieci nie spada poniżej zadanej dopuszczalnej wartości. Realizowane jest metodą wielokrotnych przeliczeń.

Sieć gazową uważa się za składającą się z dwóch typów elementów: węzłów i odcinków.

Węzły dzielą się na węzły źródłowe i węzły sieci:

  1. Węzły źródłowe służą przede wszystkim do reprezentowania stacji gazowych redukcyjnych. Należy dla nich zadeklarować ciśnienia gazu dostarczanego do sieci.Wezłami zródłowymi moga byc również inne punkty w sieci, dla których chcemy zadeklarowac cisnienie.
  2. Węzły sieci są punktami łączenia strumieni i/lub punktami rozgałęzienia strumieni i/lub punktami poboru gazu. Dla węzłów sieci można deklarować pobory gazu zwane dalej poborami węzłowymi. Można to czynić na dwa sposoby: wyszczególniając pobory wszystkich odbiorców przyłączonych do węzła podając nazwisko, adres lub numer licznika oraz ilość zużytych m3 gazu, lub podając sumę poborów wszystkich odbiorców. Wezły sieci moga również reprezentowac zródła (czyli stacje gazowe) w przypadku, gdy zamiast ciśnień chcemy zadeklarować dla tych źródeł obciążenie.Takie źródłam maja byc potraktowane jako punkty poboru gazu o ujemnym poborze. Na wynik otrzymamy cisnienia w tych zródłach.

Odcinki reprezentują rury o stałej średnicy i chropowatości łączące dwa węzły. Z punktu widzenia programu odcinki są łukami grafu zorientowanego, toteż nieodłączną cechą każdego odcinka jest kierunek strumienia gazu. Kierunek ten deklaruje użytkownik poprzez zaznaczenie strzałką na swoim roboczym schemacie sieci, a następnie poprzez odpowiednie wypełnienie kolumn tabeli oznaczonych nagłówkami: Węzeł początkowy i Węzeł końcowy, tak aby grot strzałki wskazywał na węzeł końcowy.

  Wymagany przez program stopień zgodności zadeklarowanych kierunków z rzeczywistymi jest różny przy różnych trybach pracy programu. Mianowicie:

ˇ        Jeżeli program nie dobiera średnic, a pobory gazu określane są bezpośrednio w nm3/h, to program nie wymaga od użytkownika znajomości wszystkich kierunków. Zadeklarowanie odwrotnego kierunku w niektórych odcinkach (tam gdzie występują wątpliwości) nie będzie błędem – spowoduje jedynie, że wartości strumieni w wynikach w tych odcinkach będą ujemne. Zadeklarowanie odwrotnego kierunku w odcinkach o kierunku nie podlegającym wątpliwości może uniemożliwić symulację sieci, co jest sygnalizowane odpowiednimi komunikatami.

ˇ        Jeżeli program ma dobierać średnice, to zadeklarowane kierunki strumieni mają odzwierciedlać zamierzenie projektanta. Projektant powinien wiedzieć którymi odcinkami ma dopływać gaz do poszczególnych węzłów sieci i gdzie ma przebiegać granica stref zasilań poszczególnych źródeł. Program tak dobierze średnice, aby zadeklarowane kierunki były zachowane.

ˇ        Jeżeli pobory gazu określane są pośrednio poprzez liczbę odbiorców, co oznacza że program sam musi obliczyć pobory, to wszystkie zadeklarowane kierunki muszą być zgodne z rzeczywistymi. Jeżeli wyniki wykażą brak zgodności, to należy w tych odcinkach zmienić kierunki i ponowić obliczenia.

 

Dla odcinków oprócz kierunków należy zadeklarować długość, średnicę, chropowatość oraz można wyszczególnić opory miejscowe. Chropowatość jest wielkością charakteryzującą materiał rur.

Dla odcinków można zadeklarować stałą wartość wzrostu lub redukcji ciśnienia symulującą obecność kompresora lub reduktora.

Pobory gazu występujące na odcinku (tak zwane pobory odcinkowe) można deklarować na trzy sposoby:

Pobory odcinkowe program traktuje jako rozłożone równomiernie na całej długości odcinka.

 

1.2 Wprowadzanie danych

Wszystkie dane, z których program korzysta można podzielić na główne dane opisujące rozpatrywany obiekt i katalog rur.

Wprowadzanie głównych danych z klawiatury polega na wypełnianiu białych pól edycji (osobnych lub w tabelach), które rozmieszczone są na trzech zakładkach okna programu: Obiekt, Tabela opisu sieci i Moja trasa. Przeznaczenie poszczególnych pól i kolumn w tabelach opisane jest na ekranie i w tekstach pomocy. Na każdym etapie sporządzania danych można zapisać je do pliku o dowolnej nazwie. Zaleca się stosować rozszerzenie nazwy pliku .gaz lub .gas.

Katalog rur umieszczony na zakładce Katalog rur traktowany jest jako osobny zespół danych nie związany z głównymi danymi. Zapisuje się go do osobnego pliku o dowolnej nazwie z zalecanym rozszerzeniem .rur. Raz sporządzony katalog rur może służyć do różnych obliczeń. Są też przypadki, w których nie jest on potrzebny i zakładka z katalogiem rur ma pozostać pusta.

Program na bieżąco kontroluje formalną poprawność wpisywanych danych i sygnalizuje błędy. Merytoryczną poprawność można sprawdzić analizując raport pojawiający się w górnej części zakładki Obliczenia. Można też na dowolnym etapie wprowadzania danych zaglądać do schematu sieci i optycznie sprawdzać poprawność, pod warunkiem jednak, że wypełnia się kolumny współrzędnych węzłów X,Y.

Nie wszystkie pola edycji muszą być wypełnione, bowiem dane dzielą się na takie, które trzeba podać (obligatoryjne) i takie, które można podać (opcjonalne). Program ma wiele opcji, z których można nie korzystać:

 

1.3 Obliczenia

Obliczenia inicjowane są przyciskiem Wykonaj obliczenia na zakładce Obliczenia. Tok obliczeń ilustruje schemat blokowy na rys.1. Poszczególne bloki są omówione w rozdziale 2.

 

Rys.1 Schemat blokowy przebiegu obliczeń po naciśnięciu przycisku Wykonaj obliczenia.

 

1.4 Wyniki obliczeń

Wyniki obliczeń są dostępne w kilku formach:

Każdą z tych form wyników można przeglądać na ekranie i wydrukować.

Można również wydrukować zestawienie rur.

 

1.5 Ograniczenia programu

 

 

2. Metoda obliczeń

2.1 Obliczanie strumieni w odcinkach sieci

2.1.1 Sposoby deklarowania poborów

Podstawową informacją konieczną do obliczenia strumieni w odcinkach (zwanych również w literaturze [3] obciążeniami obliczeniowymi) są pobory gazu z sieci. Każdy pobór może być przez użytkownika zadeklarowany na jeden z trzech sposobów:

  1. jako pobór [nm3/h] skupiony w węźle sieci (pobór węzłowy),
  2. jako pobór [nm3/h] rozłożony wzdłuż odcinka (pobór odcinkowy),
  3. jako liczba odbiorców komunalnych i ogrzewających pomieszczenia rozłożone wzdłuż odcinka.
W ramach sposobu 1 i 2 pobory węzłowy i odcinkowy mogą być deklarowane dwoma metodami:

Metoda pierwsza polega na wpisaniu (do odpowiedniego pola w tabeli) wartości strumienia wyrażonego w [nm3/h]. Liczba ta musi być uprzednio ręcznie policzona lub oszacowana.

Metoda druga polega na wyszczególnieniu wszystkich odbiorców przyłączonych do odcinka lub węzła. Przyłącza mogą się rozgałęziać. Dla każdego odbiorcy (oprócz adresu, nazwiska czy numeru licznika) podaje się pobór wyrażony w nm3 na dowolny okres czasu np. na miesiąc. Deklaruje się również mnożnik służący do przeliczenia tych poborów na nm3/h. Program przemnaża i sumuje wszystkie pobory przypadające na dany odcinek lub węzeł i sumę umieszcza w odpowiednim polu tabeli.

Dla poborów odcinkowych dodatkowo istnieje możliwość szacunkowego określenia tych poborów gdy znane jest zapotrzebowanie na gaz dla całej sieci. W tym celu trzeba skorzystać z narzędzia o nazwie Obliczanie poborów mikrorejonu opisanego w rozdziale 3.5.

Wybór sposobu będzie zależał od danych, jakimi dysponuje użytkownik. Np.:

Korzystanie z wszystkich trzech sposobów równocześnie nie jest przez program sygnalizowane jako błąd. W wyniku otrzymujemy zawsze sumę poborów pochodzących z trzech sposobów deklarowania. Domyślnie program wypełnia zerami wszystkie kolumny przeznaczone na wpisywanie poborów, dzięki czemu użytkownik może skoncentrować się tylko na poborach niezerowych.

 

2.1.2 Obliczanie poborów odcinkowych na podstawie zadeklarowanych liczb odbiorców

Jeżeli użytkownik decyduje się na trzeci sposób deklarowania poborów, to musi wypełnić pięć kolumn specjalnie do tego celu przeznaczonych, znajdujących się w Tabeli opisu sieci. Są to kolumny:

W kolumnach tych deklaruje się dla każdego odcinka:

Jeśli nie korzysta się z trzeciego sposobu deklarowania poborów, to w celu zlikwidowania zbędnych pięciu kolumn z ekranu i wydruków należy ten fakt zaznaczyć (menu Opcje/Ukrywanie kolumn). Program ukryje te kolumny aby nie utrudniały pracy.

Oprócz wypełnienia pięciu kolumn należy na zakładce Obiekt wybrać jedną z trzech odpowiedzi na pytanie o stopień urbanizacji całego obiektu. Domyślnie odpowiedź nastawiona jest na Średni, a zmiana na Mały lub Duży ma pewien wpływ na wyniki (około 10%). Przez stopień urbanizacji można rozumieć zamożność i poziom życia odbiorców gazu.

Metodę obliczania strumieni gazu na podstawie zadeklarowanych liczb odbiorców zaczerpnięto z literatury [2] rozdział 2 „Zasady określania zużycia gazu przez grupy odbiorców”.

Strumień gazu Q pobierany przez grupę odbiorców dołączonych do rozpatrywanego odcinka oblicza się ze wzoru:

 

(1)

Znaczenie symboli:

- liczby odbiorców podłączonych do odcinka zużywających gaz odpowiednio do celów komunalnych i do ogrzewania pomieszczeń,
- współczynniki jednoczesności poboru gazu odpowiednio do celów komunalnych i do ogrzewania pomieszczeń,
Q1k,Q1g - maksymalne lub średnie zużycia gazu przez jednego uśrednionego odbiorcę (reprezentanta grupy),
- współczynniki korekcyjne odpowiednio dla celów komunalnych i ogrzewania pomieszczeń, które w przypadku nie występowania odbiorców pozakomunalnych przyjmują wartość 1, natomiast w przypadku występowania odbiorców pozakomunalnych przyjmują wartości większe od 1, zależnie od stopnia urbanizacji.

Współczynniki jednoczesności obliczane są z następujących wzorów empirycznych:

(2)

Znaczenie symboli:

a,b,c,d - współczynniki liczbowe, których wartości zależą od stopnia urbanizacji i są różne dla celów komunalnych i dla ogrzewania pomieszczeń.
- obliczeniowe liczby odbiorców zużywających gaz odpowiednio do celów komunalnych i do ogrzewania pomieszczeń. Liczby te uzyskuje się w wyniku sumowania:

(3)

- tranzytowe liczby odbiorców czyli liczby odbiorców dołączonych do odcinków następnych w stosunku do rozpatrywanego odcinka, do których gaz dopływa tranzytem przez rozpatrywany odcinek. Przy obliczaniu tych liczb program uwzględnia kierunki strumieni zadeklarowane przez użytkownika. Jeżeli użytkownik nie określi rzeczywistych kierunków, to liczby te będą niepoprawne. W konsekwencji wszystkie wyniki będą również niepoprawne. Należy skorygować kierunki w tych odcinkach, dla których w wynikach strumienie są ujemne i wykonać obliczenia ponownie. Prawidłowe wyniki muszą mieć wszystkie strumienie dodatnie.

Obliczony wzorem (1) strumień Q traktowany jest jak pobór gazu rozłożony równomiernie wzdłuż odcinka i dodawany do poboru odcinkowego.Następnie pobór odcinkowy dzielony jest na połowy, które umiejscawiane są w węzłach początkowym i końcowym odcinka.

 

2.1.3 Obliczanie strumieni spełniających tylko I prawo Kirchhoffa

Zgodnie z I prawem Kirchhoffa, że suma strumieni dopływających do każdego węzła jest równa sumie strumieni wypływających z tego węzła, program sumuje kolejno dla każdego węzła strumienie wypływające. Na strumień wypływający z węzła składa się pobór węzłowy, połowa poborów odcinkowych wszystkich związanych z danym węzłem odcinków, oraz strumienie przepływające tranzytem. Otrzymujemy w ten sposób wielkość strumienia wypływającego z węzła, która jest równocześnie sumą strumieni dopływających do węzła:

Q = QT +Qw + 0.5×Qo              (4)

gdzie

Q      - strumień wypływający z węzła

QT     - tranzyt do odcinków następnych

Qw    - pobór węzłowy

Qo     - pobór odcinkowy

Proces kolejnego sumowania rozpoczyna się od końcowych węzłów znajdujących się na obrzeżach sieci. Następnie algorytm przesuwa się w kierunku przeciwnym do zadeklarowanych kierunków przepływu gazu podążając do źródeł, gdzie proces obliczeniowy zostaje zakończony.

Równolegle z obliczaniem strumieni w odcinkach wyznaczane są również tranzytowe liczby odbiorców nTk i nTg, które potrzebne są do obliczania współczynników jednoczesności (wzory (3) i (2)).

Dla sieci rozgałęzionych zasilanych z jednego źródła każdy węzeł ma tylko jeden odcinek do niego skierowany, toteż cały strumień wypływający z węzła musi być dostarczany przez ten odcinek. Nie ma tu możliwości podejmowania jakichkolwiek innych decyzji, toteż obliczone w powyższy sposób strumienie dla całej sieci są wielkościami ostatecznymi. Pojawią się one w wynikach symulacji.

Inaczej przedstawia się sprawa dla sieci oczkowych i zasilanych z kilku źródeł. W takich sieciach algorytm napotyka na węzły, do których skierowane są dwa lub więcej odcinków. Dla tych węzłów suma strumieni wypływających z węzła (będąca równocześnie sumą strumieni dopływających do węzła) musi zostać rozdzielona na wszystkie odcinki zasilające węzeł. Przy rozdziale uwzględniane są wagi poszczególnych doprowadzeń do węzła. Wagą jest liczba odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka odległości od najbliższego źródła. Tak więc odcinek dający krótsze połączenie ze źródłem dostanie odpowiednio większą część strumienia.

Wartości strumieni uzyskane wyżej opisaną metodą spełniają następujące role:

Gdy wyżej opisany proces obliczeniowy dla całej sieci zostanie zakończony program sprawdza, czy mają być dobierane średnice i jeśli tak, to przystępuje do doboru średnic.

 

2.2 Dobór średnic

Dwie sprawy maja podstawowe znaczenie przy prawidłowym doborze srednic: 1. kierunki odcinków, 2. minimalne dopuszczalne ciśnienie w sieci. Poprzez ukierunkowanie odcinków projektant informuje program jak ma funkcjonowac projektowana sieć, a mianowicie które odcinki maja stanowić magistrale, a które przewody mniejszej rangi. Program tak dobierze średnice, aby założone kierunki były w miarę możności zrealizowane. Minimalne dopuszczalne ciśnienie w sieci jest drugim wskaźnikiem przy doborze. Średnice tak zostaną dobrane, aby ciśnienie nie przekroczyło tej granicy. Zdarzy sie jednak czasem przekroczenie. Dlatego po uzyskaniu wyników należy przeglądnąć wykresy linii ciśnień wzdłuż tras, aby wychwycić miejsca, gdzie linie ciśnienia zbyt stromo spadaja (i tam zwiększyć średnice), wzglednie nie potrzebnie straty sa zbyt małe (i tam zmniejszyc srednice).

Informacją dla programu, że średnice mają być dobierane, są zera wpisane do kolumny średnic nominalnych Dn. Jeżeli program nie natrafi na zera w tej kolumnie, to proces doboru średnic zostaje ominięty. Gdy zera występują to średnice zostaną dobrane i wpisane w miejsce zer.

Gdyby zaistniała potrzeba wykonania ponownie doboru średnic (np. po wprowadzeniu zmian w danych nie związanych z średnicami) - w kolumnie Dn ponownie powinny pojawić się zera. Czynność zerowania średnic ułatwia specjalny przycisk na pasku narzędziowym.

Aby dobrać średnice program musi dysponować zestawem rur. Zestaw ten nazywa się w programie katalogiem rur. Jest on tworzony przez użytkownika na potrzeby konkretnego projektu. Tworzenie katalogu rur polega na wypełnieniu tabelki z trzema kolumnami (średnica nominalna Dn, średnica zewnętrzna Dzew, grubość ściany Gru) na zakładce Katalog rur. Do katalogu rur należy wpisać tylko te typy rur, które mogą być stosowane w projekcie.

Program dąży do uzyskania możliwie najmniejszej sumy powierzchni rur przy spełnionym warunku minimalnego ciśnienia nie mniejszego od dopuszczalnej granicy. Wartość dopuszczalnego ciśnienia deklaruje użytkownik jako jedną z danych.

Proces doboru średnic odbywa się w programie w dwóch etapach:

  1. wyznaczenie jednostkowej dyspozycyjnej straty ciśnienia. Jest to maksymalna strata ciśnienia przypadająca na jednostkę długości, jaka nie spowoduje spadku ciśnienia w żadnym punkcie sieci poniżej dopuszczalnego.
  2. wyszukanie dla każdego odcinka takiej średnicy z katalogu rur, która powoduje stratę ciśnienia najbardziej zbliżoną do dyspozycyjnej.

Przyjmując dobrane średnice jako zadane, program przystępuje do realizowania kolejnych etapów obliczeń symulacyjnych zgodnie ze schematem blokowym na rys.1. Jak już wspomniano wyżej, użytkownik powinien przeanalizować wyniki symulacji  w celu podjęcia decyzji o ewentualnej korekcie średnic w niektórych odcinkach, bowiem otrzymane średnice należy traktować jako wstępną propozycję. Po każdej korekcie należy obliczenia powtórzyć.

Powody, dla których nie powinno się bezkrytycznie przyjmować dobranych średnic są następujące:

 

2.3 Obliczanie strat ciśnienia w odcinkach sieci

W tym rozdziale stosowane są następujące symbole:

D       - średnica wewnętrzna rury
d        - gęstość względna gazu
F       - powierzchnia przekroju rury
Hs     - ciepło spalania
L       - długość odcinka powiększona o procent długości z tytułu oporów miejscowych
p1      - ciśnienie bezwzględne w węźle początkowym odcinka
p2      - ciśnienie bezwzględne w węźle końcowym odcinka
pN      - ciśnienie normalne
Q       - strumień objętości gazu odniesiony do warunków normalnych
R       - indywidualna stała gazowa
T       - temperatura bezwzględna gazu jednakowa w całej sieci
TN      = 273.15
w1      - prędkość gazu na początku odcinka
w2      - prędkość gazu na końcu odcinka
Z       - współczynnik strat ciśnienia
Z1      - współczynnik ściśliwości gazu w warunkach panujących na początku odcinka
ZN      - współczynnik ściśliwości gazu w warunkach normalnych
ZM     - współczynnik strat miejscowych
ZT      - współczynnik strat tarcia
xCO2   - ułamek molowy CO2 w gazie
xH2     - ułamek molowy H2 w gazie
l       - współczynnik tarcia rur.

We wszystkich wzorach stosowany jest układ jednostek SI.

Strata ciśnienia w odcinku 1 – 2 obliczana jest zgodnie ze wskazaniem normy PN-76/M-34034 Rurociągi. Zasady obliczeń strat ciśnienia. W podrozdziale 2.6.5.2. Przepływ izotermiczny gazów znajduje się wzór, z którego można obliczyć prędkość gazu na końcu odcinka w2 gdy znana jest prędkość w1 na początku odcinka:

(5)

Wzór 5 jest uwikłany względem szukanej wielkości w2, toteż rozwiązywany jest metodą iteracyjną. Zakończenie procesu iteracyjnego następuje gdy strona prawa różni się od strony lewej mniej niż o 10-10. Może się zdarzyć, że wielkości Z i w1, które są wielkościami zadanymi, przyjęły wartości powodujące przejście w obszar braku rozwiązania. W takim przypadku zamiast rozwiązania na ekranie pojawi się stosowny komunikat sugerujący zaistnienie błędu w danych.

We wzorze 5 tkwi założenie, że temperatura gazu w wyniku przepływu nie uległa zmianie. Poza tym wzór ten stosuje się do dowolnych ciśnień, prędkości nie przekraczających wartości krytycznych i dowolnych długości odcinka.

Ciśnienie p2 na końcu odcinka oblicza się ze wzoru:

(6)

Stratę ciśnienia gazu w odcinku 1 – 2 oblicza się wg wzoru:

(7)

Współczynnik strat ciśnienia Z oblicza się wg wzoru podanego w tejże normie w podrozdziale 2.7:

Z = ZT + ZM             (8)

gdzie współczynnik strat tarcia ZT oblicza się wg wzoru:

(9)

natomiast współczynnik strat miejscowych ZM obliczany jest wg Informacji dodatkowych tejże normy, tablice 3 do 8, i tylko w przypadku gdy użytkownik wyszczególnił opory miejscowe.

Współczynnik tarcia rur l obliczany jest wg rozdziału 3 tej samej normy. W zależności, czy rurę należy uznać za hydraulicznie gładką czy chropowatą, oraz w zależności od wielkości liczby Reynoldsa stosuje się wzory Hagena–Poliseuille’a lub Prandtla-Karmana lub Colebrooka–White’a.

Prędkość gazu w1 na początku odcinka obliczana jest wg wzoru:

(10)

Współczynniki ściśliwości ZN i Z1 obliczane są metodą opisaną w normie PN-ISO 12213-3 Gaz ziemny – Obliczanie współczynnika ściśliwości – Obliczanie z wykorzystaniem właściwości fizycznych. Metoda ta (SGERG-88) wymaga znajomości następującego zestawu danych definiujących właściwości fizyczne gazu: HS, d, xCO2, xH2. Wielkości HS i d deklaruje użytkownik w polach edycji na zakładce Obiekt. Zakłada się dla uproszczenia, że wielkości xCO2 i xH2 są równe zero.

Przedstawiona w tym rozdziale metoda obliczania straty ciśnienia w odcinku może być użyta gdy znane jest ciśnienie gazu na początku odcinka. W związku z tym program rozpoczyna obliczenia od odcinka mającego swój początek w źródle. Ciśnienie w węźle początkowym takiego odcinka jest zadane w tabeli Lokalizacja i ciśnienia źródeł na zakładce Obiekt. W toku obliczeń zostają określane ciśnienia w kolejnych węzłach, toteż obliczenia dla kolejnych odcinków mogą być realizowane.

 

 

2.4  Rozwiązywanie równań II prawa Kirchoffa.

Zgodnie z II prawem Kirchhoffa, suma strat ciśnienia w odcinkach tworzących oczko sieci (zwane również pierścieniem) równa jest zeru, a suma strat ciśnienia na trasie łączącej dwa źródła zasilania równa jest różnicy ciśnień tych źródeł. W programie wprowadzono pojęcie uogólnionego oczka, które obejmuje również takie połączenie między dwoma punktami o zadanych ciśnieniach.

Jeżeli w sieci nie ma oczek i jest tylko jedno źródło zasilania, to po obliczeniu strumieni wg podrozdziału 2.1.3 i ewentualnym doborze średnic następuje obliczanie strat ciśnienia w odcinkach i ciśnień w węzłach i na tym praca programu zostaje zakończona.

Jeżeli występują oczka w sieci i/lub sieć zasilana jest z kilku źródeł, to najczęściej okazuje się, że po pierwszym obliczeniu strat ciśnienia II prawo Kirchhoffa nie będzie spełnione.

Program przystępuje wówczas do poprawiania strumieni. Konstruowany jest układ równań opisujących każde uogólnione oczko zgodnie z zasadą II prawa Kirchhoffa. Niewiadomymi w tym układzie równań jest wektor poprawek do strumieni, a wielkościami zadanymi straty ciśnienia w odcinkach wywołane przez znany (z poprzedniej iteracji) wektor strumieni. W wyniku rozwiązania tego układu równań (metodą Ilina-Kalinkina lit. [5]) otrzymujemy nowy wektor strumieni. Dla nowego wektora strumieni obliczane są nowe straty ciśnienia i sprawdzany jest stopień spełnienia II prawa Kirchhoffa. Jeżeli II prawo spełnia się z dokładnością do 1 Pa, to obliczenia zostają ostatecznie zakończone. W przeciwnym razie program ponownie przystępuje do obliczania kolejnego wektora strumieni.

Mamy tu do czynienia z dwoma pętlami iteracyjnymi. Zewnętrzną pętlą jest obliczanie nowych strat ciśnienia dla nowych strumieni, a pętlą wewnętrzną jest rozwiązywanie układu równań w celu wyznaczenia nowych poprawek do strumieni.

 

 

3. Instrukcja obsługi

3.1 Instalowanie programu

Program jest dostarczany na płycie CD w postaci samoinstalującej się. Instalacja umieszcza ikonę na pulpicie i w menu Start.
Na życzenie program może być dostarczony pocztą elektroniczną w postaci spakowanej wymagającej tylko rozpakowania. W tym przypadku ikona na pulpicie nie jest umieszczana i program nie jest wpisywany do menu Start. Obie formy dystrybucji zawierają 3 pliki:

 

3.2 Strona Tytułowa

Okno programu składa się z pięciu zakładek. Program zgłasza się do pracy z widoczną pierwszą zakładką o nazwie Strona tytułowa.

Strona tytułowa zawiera nazwę legalnego użytkownika i zastępuje umowę licencyjną. Użytkownik posiadający program z nazwą swojej instytucji, lub ze swoim nazwiskiem, jest uprawniony do bezpłatnych porad i wyjaśnień udzielanych przez telefon lub e-mail (032 232 26 43, teresa@uktn.com), jest uprawniony do otrzymania bezpłatnie poprawionej wersji programu gdyby w programie został znaleziony błąd, oraz jest uprawniony do otrzymania następnej wersji programu po cenie up-grade. Autor programu nie ponosi odpowiedzialności za skutki źle pod względem merytorycznym przygotowanych danych.

Na Stronie tytułowej znajduje się przycisk włączający i wyłączający tryb przewodnika. W trybie przewodnika przy każdej zmianie zakładek pojawia się odpowiedni tekst pomocy dotyczący aktywnej zakładki. Ten sam efekt można uzyskać naciskając każdorazowo klawisz F1.

 

3.3 Przygotowanie danych

3.3.1 Wstępne czynności przed wprowadzaniem danych

Przed przystąpieniem do wprowadzania danych z klawiatury dobrze jest wykonać ideowy schemat sieci. Schemat ten nie musi (a nawet nie może) odwzorowywać wszystkich szczegółów w przebiegu tras, a długości odcinków nie muszą zachowywać proporcji. Przeznaczeniem schematu na etapie wprowadzania danych jest ułatwienie w pracy, a na etapie oglądania wyników jest graficzna prezentacja rozkładu ciśnienia , prędkości i strumieni w sieci. Przy sporządzaniu schematu należy uwzględnić następujące sprawy:

Lokalizacja źródeł.
Każde źródło powinno być połączone z siecią za pomocą tylko jednego odcinka. Jedyną rolą tego odcinka ma być doprowadzenie gazu z źródła do sieci, toteż nie może on po drodze zasilać odbiorców. Odcinek ten może być dowolnie krótki. Wielkość strumienia w takim odcinku, jaką uzyskamy w wynikach symulacji, będzie równa obciążeniu danego źródła, a w przypadku tylko jednego źródła będzie sumą wszystkich poborów i zapotrzebowaniem na gaz dla całej sieci.
Linie łamane i łuki.
Program nie ma możliwości rysowania na schemacie odcinków w postaci linii łamanych i łuków. Odcinek może być tylko linią prostą. W związku z tym w niektórych przypadkach (gdy chcemy zachować na schemacie charakter topologii sieci) trzeba dzielić odcinki na mniejsze.
Kierunki przepływu gazu.
Na każdym odcinku należy zaznaczyć strzałką kierunek przepływu gazu. Program wymaga aby stopień zgodności deklarowanych kierunków z rzeczywistymi był w różnych trybach pracy następujący:
  • Jeżeli program nie dobiera średnic a pobory gazu określane są bezpośrednio w strumieniach pobieranego gazu, to program nie wymaga od użytkownika znajomości wszystkich kierunków. Zadeklarowanie odwrotnego kierunku w niektórych odcinkach (tam gdzie występują wątpliwości) nie będzie błędem – spowoduje jedynie, że wartości strumieni w wynikach w tych odcinkach będą ujemne. Zadeklarowanie odwrotnego kierunku w odcinkach o kierunku nie podlegającym wątpliwości może uniemożliwić symulację sieci, co jest sygnalizowane odpowiednimi komunikatami.
  • Jeżeli program ma dobierać średnice, to zadeklarowane kierunki strumieni mają odzwierciedlać zamierzenie projektanta. Projektant powinien wiedzieć którymi odcinkami ma dopływać gaz do poszczególnych węzłów sieci i gdzie ma przebiegać granica stref zasilań poszczególnych źródeł. Program tak dobierze średnice, aby zadeklarowane kierunki były zachowane.
  • Jeżeli pobory gazu określane są pośrednio poprzez liczbę odbiorców, co oznacza że program sam musi obliczyć pobory, to wszystkie zadeklarowane kierunki muszą być zgodne z rzeczywistymi. Jeżeli wyniki wykażą brak zgodności, to należy w tych odcinkach zmienić kierunki i ponowić obliczenia.
  • Gdy sieć zasilana jest z kilku źródeł należy najpierw wyznaczyć granice stref zasilań, a następnie tak zaznaczać kierunki w odcinkach, aby były skierowane do tych granic. Konsekwencje nie odgadnięcia przebiegu granic będą takie same jak wyżej omówiono: w wynikach pojawią się ujemne strumienie.
  • Trzeba zwrócić uwagę, czy zaznaczone kierunki nie cyrkulują w oczkach, bo byłby to błąd (patrz rys. 3).
  • Jeżeli dla zródła gazu (stacja redukcyjna) chcemy podac obciążenie zródła zamiast ciśnienia, to odcinek łaczacy to zródło z siecią ma być skierowany do zródła, a podczas wypełniania tabeli opisu sieci należy wpisać dla tego zródła obciążenie ze znakiem minus.
Współrzędne węzłów na schemacie (X, Y).
Na schemacie sieci należy narysować osie układu współrzędnych: poziomą X na dole schematu i pionową Y po lewej stronie schematu. Punkt przecięcia osi powinien znaleźć się w lewym dolnym rogu. Na osie należy nanieść podziałkę czyli zaznaczyć równe odstępy i opisać zaznaczone punkty liczbami. Można użyć dowolne podziałki, a punktowi przecięcia osi można nadać dowolną wartość. Wskazane jest nie używanie zbyt dużych liczb (powyżej pięciocyfrowych). Najprostszą podziałką jest podziałka od 0 do 100. Dla ułatwienia można pokratkować schemat rysując linie równoległe do oś przechodzące przez zaznaczone punkty. Przy wprawie zabieg ten nie będzie potrzebny, tym bardziej, że nie jest potrzebna zbytnia dokładność określania współrzędnych. Mają one służyć tylko do graficznej ilustracji uzyskanych wyników. Ważne jest natomiast, aby nie nadawać kilku węzłom tych samych współrzędnych, bo nakryją się i nie będą widoczne.
Program ma opcję umożliwiającą zastosowanie współrzędnych X,Y do obliczania długości odcinków. W takim przypadku muszą to być współrzędne geodezyjne odczytane z mapy terenu wyrażone w metrach. Aby z tej opcji skorzystać, trzeba przestawić program na specjalny tryb pracy wybierając w menu Narzędzia /Obliczanie długości odcinków. Przy normalnym trybie pracy (domyślnym) długość odcinka musi być zadeklarowana przez użytkownika i nie ma ona żadnego związku z współrzędnymi węzłów.

Zaleca się wpisanie na schemat przy każdym węźle jego współrzędnych (X,Y) tak, jak to widać na rysunku 2. Ułatwi to dalszą pracę.

Rys. 2. Schemat sieci przygotowany do wprowadzania danych do programu

 

Schemat sieci widoczny na rys. 2. jest przygotowany poprawnie, ponieważ spełnia następujące warunki:

Poniżej przedstawiony jest ten sam schemat, w którym popełniono 4 następujące błędy:

  1. źródło SR1 nie posiada jednego własnego odcinka,
  2. w oczku a-1-2-c-a strzałki "powodują" cyrkulację gazu,
  3. odcinek d1-d2 ma niewłaściwy kierunek (od granicy stref w stronę źródła),
  4. odcinek 3-2 ma niewłaściwy kierunek (od odbiorcy do źródła).

Rys.3 Ilustracja czterech błędów

 

3.3.2 Wypełnianie pól edycji na zakładce Obiekt

Wprowadzanie danych najlepiej zacząć od zakładki Obiekt. Znajduje się tu 9 pól edycji przeznaczonych do wprowadzenia danych ogólnych:

Obiekt.
Pole przeznaczone na dowolny tekst, który pojawi się na wszystkich wydrukach. Jeżeli liczymy kilka wariantów tego samego zagadnienia, to dobrym zwyczajem jest uzupełnianie tekstu za każdym razem o numer lub opis wariantu.
Wybór jednostki dla ciśnień.
Wszystkie ciśnienia w danych interpretowane są jako wielkości podane w jednostce wybranej, oraz wszystkie ciśnienia w wynikach przeliczane są na tę jednostkę. Zmiana jednostki w sytuacji, gdy już ciśnienia zostały podane nie spowoduje przeliczenia tych ciśnień.
Najmniejsze dopuszczalne nadciśnienie w sieci.
Ta wielkość odgrywa rolę przy doborze średnic, oraz rysowana jest na wykresach przedstawiających profile ciśnień.
Temperatura gazu.
Występuje przy obliczaniu strat ciśnienia.
Gęstość względna gazu
Jest stosunkiem gęstości gazu do gęstości powietrza w warunkach normalnych. Bierze udział w obliczaniu strat ciśnienia.
Ciepło spalania.
Charakteryzuje właściwości gazu.
Stopień urbanizacji całego obiektu.
Potrzebny tylko przy obliczaniu poboru gazu na podstawie zadeklarowanych liczb odbiorców. Stopień urbanizacji można interpretować jako stopień zamożności i poziomu życia odbiorców gazu .
Domyślna chropowatość.
Liczba wpisana w tym polu będzie pojawiać się w każdym nowo tworzonym wierszu Tabeli Opisu Sieci w kolumnie chropowatość. Tam też można będzie indywidualnie dla każdego odcinka ją korygować.
Wielkość chropowatości należy przyjmować w zależności od materiału rur zgodnie z literaturą lub informacją od producenta (np.stal – 0.1, PE – 0.05, PVC – 0.025).
Domyślna długość zastępująca opory miejscowe
Jest to procent długości odcinka, o który zostanie ta długość powiększona przy obliczaniu strat ciśnienia. Liczba wpisana w tym polu będzie pojawiać się w każdym nowo tworzonym wierszu Tabeli Opisu Sieci w kolumnie %L. Podobnie jak chropowatość można ją dla poszczególnych odcinków korygować.
Drugą część zakładki Obiekt stanowi tabelka Lokalizacje i ciśnienia źródeł dotycząca węzłów źródłowych. Węzły źródłowe tym się charakteryzują, że nigdy nie są węzłami końcowymi, toteż nie ma możliwości opisania ich w Tabeli opisu sieci. Mają więc własną tabelę, do której oprócz nazwy węzła trzeba wpisać ciśnienie gazu.

Pozostałe trzy kolumny wypełniane są domyślnie zerami, co oznacza, że można ich nie wypełniać. Jeżeli jednak chcemy uzyskać schemat sieci, to należy wypełnić kolumny X i Y. Rzędna terenu wpisana do kolumny o tej samej nazwie będzie potrzeba tylko w przypadku, gdy chcemy uwzględnić wpływ różnicy terenu na straty ciśnienia.

Tabela Lokalizacje i ciśnienia źródeł jest jedną z trzech tabel, które obsługuje się w jednakowy sposób (pozostałe tabele są na zakładkach Tabela opisu sieci i Katalog rur). Wypełnianie tabeli polega na wpisywaniu danych do poszczególnych pól tabeli przesuwając się z pola do pola za pomocą klawisza Tab lub Shift-Tab. Pusta tabela ma jeden pusty wiersz do wypełnienia. Każdy następny wiersz trzeba utworzyć poprzez kliknięcie w przycisk na koniec lub w przycisk między. Przyciski te służą do utworzenia nowego pustego wiersza na końcu tabeli lub między już istniejącymi wierszami (nad wierszem zaznaczonym). Można też używać klawiszy skrótu Alt+k lub Alt+m. Zamiast przycisku na koniec można po prostu nacisnąć klawisz Enter.

 

3.3.3 Wypełnianie tabeli opisu sieci

Każdy wiersz tabeli opisu sieci przeznaczony jest do opisu jednego odcinka sieci oraz jego węzła końcowego. Ponieważ każdy węzeł sieci przynajmniej raz dla jakiegoś odcinka jest węzłem końcowym - można mieć pewność, że jeżeli opiszemy wszystkie odcinki wraz z ich węzłami końcowymi, to tylko węzły źródłowe nie zostaną w tej tabeli opisane. Węzły źródłowe mają własną tabelę na zakładce Obiekt.

Wypełnianie tabeli polega na wpisywaniu danych do poszczególnych pól tabeli przesuwając się z pola do pola za pomocą klawisza Tab lub Shift-Tab.

Komórka aktywna (czyli taka, do której właśnie można coś wpisać) zaznaczona jest kropkowanym prostokątem lub obecnością kursora. Wiersz zawierający aktywną komórkę zaznaczony jest gwiazdką na lewym marginesie. Wiersz z gwiazdką jest wierszem zaznaczonym.

Pusta tabela posiada jeden pusty wiersz do wypełnienia. Aby wypełnić następny wiersz trzeba najpierw utworzyć pusty wiersz za pomocą jednego z dwóch przycisków lub klawisza Enter. Przycisk z podkreśloną literką k tworzy pusty wiersz na końcu tabeli. Przycisk z podkreśloną literką m tworzy pusty wiersz między już istniejącymi wierszami, konkretnie nad wierszem zaznaczonym. Klawisz Enter działa jak przycisk z podkreśloną literką k.

Na pasku narzędziowym znajduje się 13 przycisków obsługujących edycję tabeli. Rolę każdego przycisku można przeczytać na „chmurce”, która pojawi się, gdy strzałkę kursora umieścimy nad przyciskiem i odczekamy ułamek sekundy.

Na dole pod tabelą znajduje się wiersz, w którym pojawia się krótki opis kolumny wskazanej strzałką myszy.

Oprócz przycisków tabelę obsługuje menu/Szukaj, menu/Narzędzia i menu/Opcje. Opisowi menu poświęcony jest rozdział 3.5.

 

Opis przycisków umieszczonych na pasku narzędziowym

 

Przyciski przemieszczania się po tabeli

Pierwsze cztery przyciski służą do przemieszczania się do skrajnych pozycji tabeli. Oprócz tego klawiszami PgDn i PgUp można się przemieszczać o stronę w dół i w górę.

 

Przyciski tworzenia nowych wierszy

Dwa kolejne przyciski z podkreśloną literką k i m służą do tworzenia nowego pustego wiersza. Wiersz taki pojawi się odpowiednio na końcu tabeli lub między już istniejącymi wierszami.

Trzy przyciski manipulowania odcinkami

Kliknięcie w pierwszy przycisk spowoduje tymczasowe usunięcie zaznaczonego wiersza. Wiersz ten nie znika z tabeli, lecz zostaje przekreślony. Przekreślony wiersz nie bierze udziału w obliczeniach i nie pojawi się w wydrukach. Ponowne kliknięcie przywraca wiersz do obliczeń (przekreślenie znika).

Drugi przycisk służy do zmiany kierunku w odcinku. Nazwy węzłów zamieniają się miejscami. Węzeł, który był węzłem początkowym staje się końcowym. Program przegląda całą tabelę w poszukiwaniu innego wiersza, w którym nowy końcowy węzeł również występuje jako końcowy. Jeżeli znajdzie, to dane dla tego węzła zostaną przepisane, toteż operacja zmiany kierunku nie wymaga od użytkownika żadnych dodatkowych działań. Jeżeli program nie znajdzie danych dla nowego węzła końcowego, to użytkownik jest proszony specjalnym komunikatem o uzupełnienie tych danych.

Trzeci przycisk służy do zmiany kierunku we wszystkich odcinkach, w których ostatnio wykonane obliczenia wykazały ujemne strumienie.

Przyciski kasujące

Wszystkie trzy kasujące przyciski przed zadziałaniem wyświetlają ostrzeżenie i czekają na potwierdzenie.

Przyciski informacyjne

Przycisk z ikoną przedstawiającą zawór daje szybki podgląd (bez możliwości edycji) ile i jakie opory miejscowe zostały zadeklarowane w zaznaczonym odcinku. Tę samą informację można uzyskać uruchamiając edytor oporów miejscowych.

Ostatni przycisk (Q1=?) wyświetla tabelę zużycia gazu GZ50 przez jednego odbiorcę w zależności od typu zabudowy (przepisaną z literatury [4]). Nie przewidziano automatycznego przenoszenia zawartych w niej liczb do danych ani do obliczeń.

Przeznaczenie kolumn tabeli

Tabela opisu sieci posiada 19 kolumn. Nigdy się nie zdarzy, żeby trzeba było wszystkie kolumny wypełniać. Minimalna liczba kolumn do wypełnienia to 6. Zbędne kolumny należy ukryć. W tym celu trzeba skorzystać z menu Opcje/Ukrywanie kolumn i zaznaczyć te opcje programu, których nie będzie się używać. Ukryte kolumny nie znikają z tabeli, a jedynie zostają zwężone do minimalnej szerokości. Wypełniane są zerami lub wartościami domyślnymi. Uwaga! Przechodząc klawiszem TAB do kolejnych kolumn nie omijamy ukrytych kolumn. Informacja które z kolumn zostały ukryte pamiętana jest razem z danymi w pliku dyskowym.

Nr odcinka - Unikalna liczba naturalna w zakresie od 1 do 9999. Kolejność nie jest wymagana.
Nazwa odcinka - Dowolna, możliwie krótka, nazwa np. ulicy. Można nie wypełniać. Trzeba pamiętać, że w przypadku ukrycia, kursor nadal zatrzymuje się w tej kolumnie.
Węzeł początkowy - Nazwa węzła początkowego (możliwie krótka) dla odcinka (do 16 znaków).
Węzeł końcowy - Nazwa węzła końcowego dla odcinka (do 16 znaków).
Bardzo ważną sprawą dla poprawnego działania programu jest konsekwentne trzymanie się zaznaczonych na schemacie kierunków i takie wypełnienie kolumn dla węzłów, żeby grot strzałki wskazywał na węzeł końcowy.
Średnica nominalna Dn - Nazwa rury (do 16 znaków). Jeżeli ma być dobrana wpisać 0.
Istnieje w programie pewna dowolność w wypełnianiu kolumny Dn powodująca zarówno ułatwienia, jak też niebezpieczeństwo popełnienia błędu. Dn pomyślana jest jako nazwa handlowa rury w przypadku projektowania nowych sieci, lub jako dowolna nazwa identyfikująca w przypadku istniejących sieci. Program natomiast potrzebuje do obliczeń średnicy wewnętrznej Dw. O tym, jaka średnica wewnętrzna przyporządkowana jest danej średnicy nominalnej program usiłuje dowiedzieć się z katalogu rur obecnego podczas obliczeń na zakładce Katalog rur. Aby umożliwić programowi ściągnięcie potrzebnej informacji z katalogu rur każda średnica Dn występująca w tabeli opisu sieci musi zostać opisana w katalogu rur.
Gdyby w katalogu rur program nie odnalazł szukanej nazwy Dn, (na przykład tabela katalogu rur jest pusta) to program założy, że średnica wewnętrzna równa jest nominalnej. Rozwiązanie takie przyjęto w tym celu, aby można było w tabeli opisu sieci w kolumnie Dn wpisać gotową średnicę wewnętrzną i nie wypełniać katalogu rur.
Z kolei dla użytkowników, którzy nie zamierzają korzystać z tego uproszczenia wnosi ono niebezpieczeństwo, że gdy przez zapomnienie nie wczytamy katalogu rur lub  nie umieścimy jakiejś rury w katalogu rur,  to obliczenia zostaną wykonane na nieprawidłowej średnicy. Program ostrzega przed taką sytuacją odpowiednim komunikatem.
Pojęcie średnicy nominalnej występuje w katalogach producentów rur stalowych. Każda rura stalowa ma swoją średnicę nominalną. Rury z tworzyw sztucznych identyfikowane są poprzez swoje średnice zewnętrzne i grubości ścianki. Dlatego wielu użytkowników ma w tym przypadku problem jaką wartość wpisać do kolumny Dn. Otóż do kolumny Dn najlepiej wpisać średnicę zewnętrzną (w literaturze [3] występuje nawet określenie dla rur z tworzyw sztucznych nominalna średnica zewnętrzna). Gdyby w sieci występowały dwa typy rur o tej samej średnicy zewnętrznej lecz różniące się grubością ściany (np. 110x6.3 i 110x10.0), wtedy należy wprowadzić dla Dn dodatkowy identyfikator (np. 110a i 110b). W katalogu rur oba typy muszą zostać opisane.
Przykład:
W tabeli opisu sieci deklarujemy Dn=110. Równocześnie do katalogu rur wpisujemy Dn=110, Dzew=110, Gru=6.3. Program pobierze z katalogu Dzew i Gru i obliczy Dw = 97.4. Wyniki symulacji będą prawidłowe. Gdybyśmy nie wypełnili katalogu rur to program przyjmie Dw=110. W wynikach symulacji otrzymamy za małe straty ciśnienia.
Prawidłowe wyniki otrzymamy również jeżeli katalog rur pozostawimy pusty i sami obliczymy średnicę wewnętrzną i w tabeli opisu sieci w kolumnie Dn wpiszemy liczbę 97.4. Postępowanie takie ma wadę: w wydrukach rura figuruje jako Dn=97.4, co bardzo utrudni zamawianie takiej rury w sklepach, hurtowniach lub u producenta.
Długość odcinka L [m] - Należy podać rzeczywistą długość drogi jaką gaz pokonuje od jednego węzła do drugiego.
%L za opory [%] - Procent L za opory to liczba, o którą program powiększy długość odcinka z tytułu oporów miejscowych zgodnie ze wzorem:

gdzie Lz jest zastępczą długością wstawianą do wzoru (9).
Na ogół przyjmuje się %L=10%. Domyślnie wpisywana jest tu wielkość, którą zadeklarowaliśmy uprzednio na zakładce Obiekt. Indywidualnie dla poszczególnych odcinków można tę liczbę dowolnie zmieniać. Kolumnę %L można wskazać do zasunięcia (menu Opcje/Ukrywanie kolumn) jeżeli w całej sieci liczba ta ma być jednakowa.
Opis odbiorców - Kolejnymi kolumnami jest grupa 5 kolumn przeznaczona dla trzeciego sposobu deklarowania poborów (za pomocą liczb odbiorców), który został omówiony w rozdziałach 2.1.1 i 2.1.2. Tam też wyjaśnione jest przeznaczenie kolumn. Są to kolumny:

Kolumny te domyślnie wypełnione są zerami i jeżeli nie korzysta się z trzeciego sposobu deklarowania poborów, to należy je wskazać do ukrycia (menu Opcje/Ukrywanie kolumn).

Pobór odcinkowy - Pobór gazu równomiernie rozłożony wzdłuż odcinka.
Opis węzłów końcowych - Cztery kolejne kolumny służą do opisu węzła końcowego odcinka:
Tu się podaje:
  • pobór gazu skupiony w węźle końcowym odcinka,
  • współrzędne X i Y węzła końcowego na płaszczyźnie schematu,
  • rzędną terenu węzła końcowego odcinka. Deklarujemy ją w sytuacji, gdy chcemy uwzględnić różnicę poziomów przy liczeniu strat ciśnienia. Potrzeba taka może wystąpić przy niskich ciśnieniach i dużych różnicach poziomu. Drugim powodem deklarowania rzędnych terenu jest korzystanie z opcji obliczania długości odcinków na podstawie współrzędnych X,Y i rzędnej terenu (menu Narzędzia/Obliczanie długości odcinków).
Każdą z tej grupy kolumn, jeżeli tylko nie będą potrzebne, można wskazać do ukrycia (menu Opcje/Ukrywanie kolumn). Zaleca się jednak nie rezygnować z podawania współrzędnych X,Y ponieważ oznaczało by to rezygnację z bardzo komunikatywnego prezentowania wyników symulacji na schemacie sieci. Opis przygotowywania współrzędnych znajduje się w rozdziale 3.3.1.
Chropowatość - Wielkość ta zależy od materiału rury. Należy przyjmować zgodnie z literaturą lub informacją od producenta (np. stal – 0.1, PE – 0.05, PVC – 0.025). Przed rozpoczęciem wypełniania Tabeli Opisu Sieci należy zadeklarować chropowatość domyślną, która będzie następnie umieszczana automatycznie w każdym nowym wierszu tabeli. Dla poszczególnych odcinków można ją zmieniać. Jeżeli w całej sieci chropowatość jest jednakowa, to można kolumnę chropowatości wskazać do ukrycia (menu Opcje/Ukrywanie kolumn).
Opory miejscowe - Po kliknięciu w kolumnie Opory miejscowe pojawi się mały przycisk z trzema kropkami. Kolejne kliknięcie w ten przycisk spowoduje otwarcie edytora oporów miejscowych.
Edytor oporów miejscowych
Po pojawieniu się edytora oporów miejscowych, należy wybrać z zestawu te opory, które znajdują się w odcinku i wypełnić przewidziane dla nich dane. Powinna w tym momencie nastąpić zmiana koloru planszy, na której znajduje się dany opór. Oznacza to, że wpisane dane zostały przyjęte i są prawidłowe. W celu wycofania danego oporu z odcinka wystarczy wyzerować jedną z danych. Kolor planszy wraca do poprzedniego.
Trójniki dobierane są poprzez kliknięcie odpowiedniego schematycznego obrazka, w którym czerwona strzałka oznacza aktualny odcinek. Kliknięcie w planszę obok obrazków spowoduje wycofanie zaznaczonego trójnika.
Nie należy sugerować się napisem Z=0 lub Z=<nieaktualna liczba z poprzednich obliczeń>. Symbol Z oznacza współczynnik strat dla jednej sztuki danego oporu i zostanie obliczony dopiero podczas obliczeń symulacyjnych. W celu zapoznania się z aktualną wartością Z trzeba po obliczeniach ponownie uruchomić edytor oporów. Łatwiejszym sposobem jest jednak kliknięcie w przycisk na pasku narzędziowym z ikoną przedstawiającą zawór.
Kompresor/reduktor - Ostatnia plansza na samym dole edytora oporów miejscowych służy do wprowadzenia kompresora lub reduktora do odcinka, czyli do wprowadzenia stałej wartości ciśnienia, o którą zostanie powiększona lub pomniejszona strata ciśnienia w odcinku.

 

3.3.4 Deklarowanie specjalnej trasy na zakładce Moja trasa

Zakładka Moja trasa służy do opisania własnej trasy, dla której chcemy uzyskać wykres linii ciśnień. Trasę tę opisują kolejne nazwy węzłów. Trasa może być dowolnie długa i skierowana w dowolną stronę.

Zakładki Moja trasa można nie wypełniać, i proponuje się nie wypełniać jej przy pierwszej próbie obliczeń. Program bowiem sam dzieli całą sieć na trasy i sporządza dla nich wykresy niezależnie, czy Moja trasa jest wypełniona czy nie. Może się okazać, że wykresy te całkowicie wystarczają.

Jeżeli jednak podczas przeglądania profilów linii ciśnień stwierdzimy, że trasy, które nam wytyczył sam program nie są satysfakcjonujące, można przystąpić do wypełnienia zakładki Moja trasa. Wypełnianie polega na wpisywaniu kolejnych węzłów do czerwonego okienka i naciskaniu klawisza ENTER, lub klikaniu w strzałkę . Wykres dla tak zdefiniowanej trasy pojawi się jako pierwszy w spisie wykresów dla wszystkich tras.

Podczas zapisu danych na dysk spis węzłów Mojej trasy znajdzie się w tym samym wspólnym pliku z danymi na dysku.

 

3.4 Tworzenie katalogu rur

Strona Katalog rur służy do utworzenia katalogu rur. Katalog rur jest tabelką z trzema kolumnami:

  1. średnica nominalna Dn,
  2. średnica zewnętrzna Dzew,
  3. grubość ściany Gr.

Po uruchomieniu programu katalog rur jest pusty. Można go wypełnić dowolnymi rurami. Program nie dysponuje żadnymi gotowymi katalogami.

Kiedy katalog rur ma być obecny podczas obliczeń, a kiedy ma pozostawać pusty?

Katalog rur ma być obecny podczas obliczeń w dwóch przypadkach:

Katalog rur ma podczas obliczeń pozostawać pusty gdy do kolumny Dn tabeli opisu sieci zostały wpisane średnice wewnętrzne.

Podczas doboru średnic katalog rur spełnia rolę zestawu rur, z którego programowi wolno wybierać. Projektant decyduje jakie rury użyje (z jakich materiałów) i jakie średnice mogą pojawić się w projekcie i tylko te rury ma wpisać do katalogu. Program nie posiada żadnych innych kryteriów poza stratami ciśnienia, którymi mógłby się kierować podczas doboru.

Przy obliczeniach symulacyjnych program sięga do katalogu rur w celu pobrania danych do obliczenia średnicy wewnętrznej. Jeżeli katalog jest pusty lub w katalogu nie ma odpowiedniej średnicy nominalnej, to program zakłada, że średnica wewnętrzna jest równa nominalnej.

Wypełnianie tabeli katalogu rur polega na wpisywaniu danych do poszczególnych pól tabelki przesuwając się z pola do pola za pomocą klawisza Tab lub Shift-Tab. Pusta tabelka posiada jeden pusty wiersz do wypełnienia. Aby wypełnić następny wiersz trzeba najpierw utworzyć pusty wiersz za pomocą jednego z dwóch przycisków. Przycisk z podkreśloną literką k tworzy pusty wiersz na końcu tabeli. Przycisk z podkreśloną literką m tworzy pusty wiersz między już istniejącymi wierszami, konkretnie nad wierszem zaznaczonym.

Średnica nominalna może zawierać znaki alfanumeryczne np. 100a, 100b. W sumie liczba znaków nie może przekroczyć 16.

 

3.5 Zakładka Obliczenia

Gdy główne dane i katalog rur są gotowe można przystąpić do wykonania obliczeń. Przycisk rozpoczynający obliczenia znajduje się na zakładce Obliczenia. Przycisk ten dzieli zakładkę na część górną i dolną.

Część górna zakładki służy do przeglądania, sprawdzania i drukowania danych. Znajduje się tu raport czyli zestawienie parametrów sieci, jaka została zidentyfikowana przez program na podstawie danych. Raport ułatwia wykrycie ewentualnych błędów merytorycznych w danych.

Część dolna zakładki dotyczy wyników, toteż póki nie zostaną wykonane obliczenia część ta jest nieczynna. Znajduje się tu miejsce na komunikaty o przebiegu obliczeń. Jeżeli obliczenia przebiegły prawidłowo to pojawia się tu informacja, że wyniki w postaci liczbowej można przeglądać w Tabeli Opisu Sieci i równocześnie zostają uaktywnione trzy przyciski realizujące różne formy prezentacji wyników. Jeżeli obliczenia nie zostały zakończone, to pojawia się tu informacja o przyczynie.

Opis przycisków rozmieszczonych na zakładce Obliczenia

Wyświetla na ekranie i drukuje czarno-biały schemat sieci gotowy lub na etapie opracowywania (pod warunkiem, że wypełnione zostały kolumny współrzędnych X, Y dla węzłów). Schemat sieci dobrze nadaje się do prezentacji i drukowania końcowych wyników w przypadku, gdy nie dysponujemy monitorem kolorowym i drukarką kolorową.

Umożliwia wydrukowanie nawet nie kompletnych danych.

Inicjuje obliczenia wg schematu blokowego na rys. 1. Jeżeli wystąpiły w danych błędy formalne przycisk jest nieaktywny. Po poprawnym wykonaniu obliczeń uaktywnia następujące przyciski:

Wyświetla na ekranie schemat sieci (pod warunkiem, że wypełnione zostały kolumny współrzędnych X, Y dla węzłów). Schemat rysowany jest kolorami reprezentującymi wartości wybranego parametru: ciśnienia, prędkości lub strumienie. Okno schematu zaopatrzone jest w objaśnienie informujące jak zmienić skalę prezentowanego parametru (czyli wartości parametru, od których następuje zmiana koloru), jak powiększyć schemat lub wybrać fragment, jak włączać i wyłączać opisy węzłów i odcinków, oraz jak drukować.

Po kliknięciu w ten przycisk ukazuje się okno obsługujące przeglądanie i drukowanie wykresów linii ciśnień wzdłuż wytyczonych tras. Po lewej stronie okna zamieszczony jest spis wszystkich tras. Po prawej stronie obok spisu przedstawiony jest wykres dla pierwszej trasy.

Na osi poziomej odkładane są długości odcinków, a na osi pionowej ciśnienia.

Można przeglądać po kolei wszystkie wykresy lub zaznaczyć niektóre i przeglądać tylko zaznaczone. Na wszystkich wykresach oprócz linii ciśnienia gazu (niebieska) rysowana jest pozioma linia przedstawiająca minimalne dopuszczalne ciśnienie w sieci Pmin (zielona). Poniżej tej linii powierzchnia wykresu jest zakreskowana, co ma oznaczać że linie ciśnień nie powinny przechodzić przez ten obszar.

Pod osią poziomą, w miejscach gdzie kończy się kolejny odcinek a zaczyna następny wpisana jest nazwa węzła, chyba że brak miejsca na to nie pozwala. Wykresy zawsze zaczynają się od lewego brzegu rysunku i przebiegają w kierunku prawego brzegu, nie zależnie w jakim kierunku dana trasa skierowana jest w rzeczywistości. Fakt ten wymaga od oglądającego pewnej wyobraźni w przypadkach, gdy trasa w rzeczywistości biegnie w przeciwnym kierunku, lub nie stanowi linii prostej.

Na jednym wykresie oprócz głównej trasy rysowane są linie dla odgałęzień jednoodcinkowych, jeżeli takie są. Nazwa węzła kończącego takie odgałęzienie wpisywana jest trochę poniżej linii wpisywania nazw węzłów dla głównej trasy.

Przycisk o tym tytule prowadzi do drukowania wyników poprzez dwa kolejne okienka dialogowe. Na pierwszym można ustawić opcje drukowanej tabeli wyników lub polecić wydrukowanie zestawienia rur,a na drugim okienku dialogowym wybrać drukarkę lub ustawić jej parametry jeśli zachodzi taka potrzeba.

3.6 Menu

W oknie programu zawsze widoczne i dostępne są dwie pozycje menu: Plik i Pomoc. Gdy aktywna jest zakładka Tabela Opisu Sieci w menu występują dodatkowo pozycjeSzukaj, Narzędzia i Opcje.

Menu Plik

Menu Plik służy do zapisu i odczytu głównych danych oraz katalogu rur na dysk. Nazwy plików, do których wpisujemy główne dane i katalog rur są dowolne. Jeżeli podana nazwa pliku do zapisu nie posiada rozszerzenia, to program uzupełni ją o rozszerzenie .gaz dla głównych danych i .rur dla katalogu rur. Rozszerzenia te ułatwiają czynność odczytu.

Menu Szukaj

Menu Szukaj służy do odszukiwania węzła w kolumnie węzłów końcowych lub początkowych. Nazwę szukanego węzła wpisuje się w pole edycji, które ukazuje się po uruchomieniu szukania.

Menu Narzędzia

Menu Narzędzia zawiera dwa narzędzia, które mogą być przydatne w specyficznych sytuacjach.
Narzędzie Obliczanie długości odcinków służy do przestawienia programu w tryb obliczania długości odcinków na podstawie współrzędnych X , Y oraz rzędnych terenu węzłów początkowego i końcowego każdego odcinka. Będąc w tym trybie program oblicza długość po każdym uaktywnieniu komórki w kolumnie długości i obliczoną wartość wpisuje do tej komórki. Przy korzystaniu z tego narzędzia współrzędne muszą być podawane w metrach, a ich wartości odczytywane z map.

Domyślnie po uruchomieniu programu tryb ten jest wyłączony. Długości odcinków trzeba wpisywać z klawiatury do kolumny L[m] i nie mają one związku z deklarowanymi współrzędnymi, toteż układ współrzędnych i jednostki dla współrzędnych X,Y mogą być dowolne.

Narzędzie Obliczanie poborów mikrorejonu ma zastosowanie tylko dla sieci w osiedlach mieszkaniowych charakteryzujących się równomiernym rozkładem poborów. Aby skorzystać z tego narzędzia trzeba znać zapotrzebowanie na gaz dla całego mikrorejonu. Program rozkłada całkowite zapotrzebowanie na poszczególne odcinki proporcjonalnie do ich długości. Na czas działania narzędzia można deklarować odpowiednio zmodyfikowane długości w tych odcinkach, o których wiadomo, że nie stosują się do równomiernego rozkładu.

Menu Opcje

Menu Opcje posiada tylko jedną pozycję Ukrywanie kolumn.
Ukrywanie zbędnych kolumn jest koniecznością ze względu na bardzo rozbudowaną Tabelę Opisu Sieci (19 kolumn z danymi, a gdy dołączą się wyniki obliczeń 26 kolumn). Po kliknięciu w Ukrywanie kolumn pojawi się okno dialogowe, na którym zaznaczamy z jakich możliwości programu NIE będziemy korzystać, co wiąże się z nie wykorzystywaniem niektórych kolumn. Jest to czynność jednorazowa dla danego tematu, gdyż informacja o zbędnych kolumnach pamiętana jest razem z głównymi danymi.

Literatura

[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. Sieci i instalacje gazowe. WNT Warszawa 2002.
[4] Ryszard Zajda. Schematy Obliczeniowe Gazociągów. Centrum Szkolenia Gazownictwa. Warszawa 2001.
[5] J.Ciesielski, C.Grabarczyk,E.Szymaczek. Obliczanie wielopierścieniowych sieci wodociągowych metodą Ilina-Kalinkina z zastosowaniem EMC. Gaz, Woda i Technika Sanitarna. Nr 7 Tom LI.