Peter Tóth

Optimalizácia prevádzky

potrubných systémov s

využitím simulačných modelov.

24.3.2011

2

Východiská

Simulácia (teória)Prevádzka (prax)

• Globálny pohľad na systém.

• Optimalizácia prevádzky systému.

• Nové riešenia, zmeny.

CS1CS2CS3CS4B

A

C

Dĺžka potrubí: 2200 km +

Priemer potrubí: 90% @ 1 200, 1 400 mm

Trasové uzávery: každých 25 km

Prepravná kapacita: 93 mld.CM/rok +

Hlavný vstup: A

Hlavné výstupy: B, C

Inštalovaný výkon: 1GW +

Max. denná kapacita: 290 MCM +

• Lokálny pohľad na technológiu.

• Bezpečnosť prevádzky technológie.

• Existujúca konfigurácia, stabilita.

3

Lokálny pohľad (technológia)

SYSTÉM SYSTÉM

1.

1. Technológia s podnetom k zmene

2. Analýza

3. Riešenie

4. Implementácia

1.

4.

3.

2.

Zachovanie

prevádzkových

možností

systému

4

1. Technológia s podnetom k zmene

2. Analýza

3. Riešenie

4. Implementácia

5. Zmena vyplývajúca zo simulácií systému

(teória )

6. Zlepšenia založené na prevádzke novej

technológie (prax )

Globálny (systém) a lokálny (technológia) pohľad

SYSTÉM

1.

4.

3.

2.

SYSTÉM

1.

4.

3.

2.

Rozšírenie

prevádzkových

možností

systému

5. 5. 6.

5

RS1RS2

RS3

CS4 CS3

QB

QC

QCS4

B

C

CS1CS2CS3CS4RS1

C

B

A

• Dva hlavné výstupy s rôznym kontrahovaným tlakom.

• Jeden výstupový tlak na poslednej kompresorovej stanici.

• Nemožné udržať oba zmluvné tlaky súčasne v potrebnom rozsahu.

• Výsledná tlaková rezerva na jednom výstupe (nie pod našou kontrolou).

• Zmeny prepravného režimu pokryté iba riadením kompresorových staníc.

IDSCB4CSQQQQ

Motív pre hydraulické rozdelenie systému

6

Ciele hydraulického rozdelenia systému

A

CS1CS2CS3CS4

C

B

RS1

RS1RS2

RS3

Q2 Q1

CS4 CS3

QB

QC

QCS4

QBP

B

C

21RGQQQ

IDSRGB4CSQQQQ

RGCBPQQQ

• Dva hlavné výstupy s rôznym kontrahovaným tlakom.

• Dva výstupné tlaky na poslednej kompresorovej stanici.

• Dodržanie oboch zmluvných tlakov súčasne v potrebnom rozsahu.

• Požadovaná rezerva tlaku na výstupoch pod našou kontrolou.

• Zmeny prepravného režimu pokryté riadením kompresorových a regulačných

staníc (RS1 a RS2).

7

Analýzy a ciele hydraulických simulácií

• Kompresorová stanica CS3:

Overiť možnosti riadenia na dodržanie tlaku na C.

Overiť stabilnú prevádzku počas celého roka.

• Kompresorová stanica CS4:

Overiť možnosti riadenia na dodržanie tlaku na B.

Kvantifikovať vyššie kompresné pomery a nižšie

prietoky.

A

CS1CS2CS3CS4

C

B

RS1

RS1RS2

RS3

Q2 Q1

CS4 CS3

QB

QC

QCS4

QBP

B

C

• Prepravná sústava:

Verifikovať možnosť plynulého a operatívneho prerozdelenia prietoku medzi B

a C iba pomocou regulátorov v RS1 a RS2 bez zmeny konfigurácie

kompresorových staníc.

Kvantifikovať menšiu potrebu redukcie tlaku v regulátoroch na RS3.

Overiť možnosť riadenia systému s dodržaním oboch kontrahovaných tlakov

súčasne.

8

PRIETOK = QA

PO

ME

R =

QB/Q

C

Výpočtová mriežka

• Simulácie a optimalizácia rozdeleného systému boli vykonané v softvéri SIMONE.

• Výpočtová mriežka bola určená na základe trendu z predchádzajúcich rokov

a očakávanej zmeny prepravy.

• Pre každý bod mriežky sa vykonali simulácie pre jednotný aj rozdelený hydraulický

režim.

• Pre každý bod mriežky boli určené kľúčové parametre systému, ako sú konfigurácie

kompresorových staníc, tlaky v ich vstupoch a výstupoch, potrebný výkon kompresorov,

prietoky cez regulačné stanice RS1 a RS2, prevádzkové body používaných strojov, atď.

Simulácie, optimalizácia a spôsob riešenia

Spojený systém

Rozdelený systém

9

Implementácia hydraulického rozdelenia systému

Využitie potrubnej časti v smere výstupu C:• Medzi CS3 a RS1:

línie 1L a 3L.

• Za RS1 :

3. línia z RS1 do RS2

línia “B3” z RS2 do RS3

línia “B1” z RS1 do RS3

línia “B2” z RS1 do RS3

• ostatné línie sa využívajú na prepravu plynu v smere do B.

0, 1

0, 2

0, 3

0, 4

0, 5

0, 6

0, 7

0, 8

0, 9

1, 0

270

260

250

240

230

220

210

200

190

180

170

160

150

140

130

120

110

100

90

80

0, 0

5, 0

10, 0

15, 0

20, 0

25, 0

30, 0

35, 0

30,0-

35,0

25,0-

30,0

20,0-

25,0

15,0-

20,0

10,0-

15,0

5,0-

10,0

0,0-

5,0

RS1 CONTROL VALVE FLOWRATE Q1

FLOWRATERATIO

+

0, 1

0, 2

0, 3

0, 4

0, 5

0, 6

0, 7

0, 8

0, 9

1, 0

270

260

250

240

230

220

210

200

190

180

170

160

150

140

130

120

110

100

90

80

0, 0

0, 1

0, 2

0, 3

0, 3

0, 4

0, 5

0, 6

0, 7

0, 8

0,7-

0,8

0,6-

0,7

0,5-

0,6

0,4-

0,5

0,3-

0,4

0,3-

0,3

0,2-

0,3

0,1-

0,2

0,0-

0,1

RS3 INLET PRESSURE DIFFERENCE

FLOWRATERATIO

+

0, 1

0, 2

0, 3

0, 4

0, 5

0, 6

0, 7

0, 8

0, 9

1, 0

270

260

250

240

230

220

210

200

190

180

170

160

150

140

130

120

110

100

90

80

0, 0

0, 0

0, 1

0, 1

0, 2

0, 2

0, 3

0, 3

0,3-

0,3

0,2-

0,3

0,2-

0,2

0,1-

0,2

0,1-

0,1

0,0-

0,1

0,0-

0,0

C OUTLET PRESSURE DIFFERENCE

FLOWRATERATIO

+

10

Hodnotenie kľúčových systémových parametrov

0, 1

0, 2

0, 3

0, 4

0, 5

0, 6

0, 7

0, 8

0, 9

1, 0

270

260

250

240

230

220

210

200

190

180

170

160

150

140

130

120

110

100

90

80

0, 0

0, 1

0, 2

0, 3

0, 3

0, 4

0, 5

0, 6

0, 7

0, 8

0,7-

0,8

0,6-

0,7

0,5-

0,6

0,4-

0,5

0,3-

0,4

0,3-

0,3

0,2-

0,3

0,1-

0,2

0,0-

0,1

RS3 INLET PRESSURE DIFFERENCE

FLOWRATERATIO

+

0

50

100

150

200

250

300

1. 1. 2008 31. 1. 2008 1. 3. 2008 31. 3. 2008 30. 4. 2008 30. 5. 2008 29. 6. 2008 29. 7. 2008 28. 8. 2008 27. 9. 2008 27. 10. 2008 26. 11. 2008 26. 12. 2008

0

0, 5

1

1, 5

2

2, 5

3

TIME

RATIO

FLOWRATE

• Hodnoty kľúčového parametra pre

hydraulicky rozdelenú prepravnú sústavu

boli odčítané od hodnôt zodpovedajúceho

parametra v jednotlivých bodoch mriežky

pre prevádzku spojeného systému.

• Ďalej bola vytvorená funkcia rozdielu

parametra v závislosti od prietoku A

sústavou a pomeru prietokov výstupov

B/C.

• Na základe reálnej prevádzky systému v

minulosti bol stanovený reálny prietok a

reálny pomer za sledované obdobie.

• Na základe reálneho prietoku a reálneho

pomeru za daný deň je možné

pretransformovať tento deň pomocou

funkcie na hodnotu rozdielu daného

parametra.

• S použitím tohto prístupu je možné

pretransformovať celé časové obdobie a

integrovať požadované hodnoty.

RS3 – Rozdiel vstupného tlaku

Pomer prietokov

výstupov B/CPrietok sústavou A

Sledované obdobie

11

Transformácia a citlivostná analýza

0, 1 0, 2 0, 3 0, 4 0, 5 0, 6 0, 7 0, 8 0, 9 1, 0

270

260

250

240

230

220

210

200

190

180

170

160

150

140

130

120

110

100

90

80

0,7-0,8

0,6-0,7

0,5-0,6

0,4-0,5

0,3-0,4

0,3-0,3

0,2-0,3

0,1-0,2

0,0-0,1

RS3 INLET PRESSURE DIFFERENCE

FL

OW

RA

TE

+

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

260

270

0, 1 0, 2 0, 3 0, 4 0, 5 0, 6 0, 7 0, 8 0, 9 1

2005=>Real

2006=>Real

2007=>Real

2008=>Real

2009=>Real

RATIO

• Vplyv budúcej prevádzky na hodnoty

kľúčových parametrov je možné stanoviť na

základe prevádzky v danom bode v minulosti

a súčasnosti.

• Napríklad v prípade nárastu prepravy v

smere z A do C sa táto hodnota pripočíta

k prietoku cez A a taktiež k prietoku na C.

Tým sa daný bod posunie nahor a doľava

(nakoľko hodnota pomeru B/C sa zníži).

• Vyčíslením rozdielov na základe danej

funkcie s využitím popísanej metodiky je

možné urobiť citlivostnú analýzu pre vplyv

zmeny prietoku na rozdiely akéhokoľvek

parametra.

• Takto získané výsledky sú založené

na reálnych údajoch a preto

hodnotenie prevádzky v budúcnosti

stojí na pevnom základe.

RS3 – Rozdiel vstupného tlaku

Pomer prietokov výstupov B/C

Prie

tok s

ústa

vo

u A

12

Reálna prevádzka

• Implementácia projektu do praxe bola založená na výsledkoch a odporúčaniach

získaných v teoreticko-výpočtovej časti.

• Bolo veľmi dôležité kombinovať praktické skúsenosti ľudí z riadenia prepravy spolu

s novými nárokmi kladenými na systém po jeho hydraulickom rozdelení.

• Jeden z najdôležitejších faktorov bolo získavanie dôvery ľudí z praxe k výsledkom z

výpočtov.

• Dôvera sa získavala postupne nepretržitým porovnávaním reálnej

prevádzky a našich odporúčaní založených na hydraulických

simuláciách.

4, 8

5

5, 2

5, 4

5, 6

5, 8

6

6, 2

1. 1. 2008 10. 4. 2008 19. 7. 2008 27. 10. 2008 4. 2. 2009 15. 5. 2009 23. 8. 2009 1. 12. 2009

Pôvodný spôsob

prevádzky

ADAPTÁCIA Nový spôsob

prevádzky

Sledované obdobie

Výstup č.1

Výstup č.2

13

Záver

• Odporúčaný spôsob prevádzkovania rozdeleného systému

bol úspešne overený v praxi.

• Výsledky simulácií (teória) zodpovedali reálnej prevádzke

prepravnej sústavy.

• Reálna prevádzka zahŕňa reálne zariadenia s reálnymi

technickými obmedzeniami, ktoré ľudia z praxe poznajú

najlepšie.

• Vo fáze návrhu a výpočtov je treba zohľadniť tieto technické

obmedzenia.

• Odporúčaný prístup je vzájomná interakcia teórie a praxe.

• Toto je zároveň spôsob, ako dosahujeme naše kľúčové

priority:

Bezpečnosť, spoľahlivosť a výkonnosť.