Dimensioneringsgrundlag for PEM ledninger

Projektrapport

Marts 1995

Dansk Gasteknisk Center a/s • D r. Neergaards Vej SB • 2970 Hørsholm • Tlf. 2016 9600 • Fax 4516 1199 • www.dgc.dk • dgc@dgc.dk

Dimensioneringsgrundlag for PEM ledninger

Fagudvalg 5 Projekt nr.: P26

Dam:sk Oasteknis. Jf c.·.··· en.· . ter øls ~ -··- ._-._-' - -- --

Hørsholm ~99S

Titel

Rapport kategori

Forfatter

Dato for udgivelse

Copyright

Sagsnummer

Sagsnavn

ISBN

Dimensioneringsgrundlag for PEM ledninger

Projektrapport

Bent Idon Nielsen, NGF Jens Koefoed, NGSJ Kjeld Pedersen, NGS Niels Michaelsen, NGMN

DGC-ansvarlig: Svend Høgstedt Hansson

20.04.1995

Dansk Gasteknisk Center a/s

713.12, Fagudvalg 5, P26

Dimensioneringsgrundlag for PEM ledninger

87-7795-076-3

For ydelser af enhver art udført af Dansk Gasteknisk Center a/s (DGC) gælder:

- at DGC er ansvarlig i henhold til "Almindelige bestemmelser for teknisk rådgivning & bistand (ABR 89)", som i øvrigt anses for vedtaget for opgaven.

- at erstatningsansvaret for fejl, forsømmelser eller skader over for rekvirenten eller tredjemand gælder pr. ansvarspådragende fejl eller forsømmelse og altid begrænses tillOO% af det vederlag, som DGC har modtaget for den pågældende ydelse. Rekvirenten holder DGC skadesløs for alle tab, udgifter og erstatningskrav, der måtte overstige DGC's hæftelse.

- at DGC skal- uden begrænsning-omlevere egne ydelser iforbindelse medfejl og forsømmelser i DGC's materiale.

Juni 1992

INDHOLDSFORTEGNELSE

Side

l. INDLEDNING l

2. BAGGRUND 2

3. AFGRÆNSNING 4

4. TEORI 5

5. EDB-PROGRAMMER 7

6. BEREGNINGER 8

7. KONKLUSION 16

8. ANBEFALINGER 18

KILDEFORTEGNELSE 20

BilAG

l

l. INDLEDNING

Driftserfaringer hos Naturgas Fyn har vist, at en led­

ning har mindre kapacitet end dimensioneringen oprinde­

lig angav. På den baggrund nedsatte Fagudvalg 5 en ar­

bejdsgruppe, som skulle vurdere dimensioneringsgrundla­

get hos de regionale selskaber.

Gruppen har haft følgende medlemmer:

Bent Idon Nielsen

Jens Koefoed

Kjeld Pedersen

Niels Michaelsen

NGF, formand

NGSJ

NGS

NGMN

HNG har været indbudt til møderne, men selskabet har

kun været repræsenteret i begrænset omfang.

Gruppen har holdt 6 møder i perioden fra august 1993

til januar 1995. I oplægget var det forudsat, at opga­

ven blev løst i 2 faser med mulighed for tilknytning af

en ekstern rådgiver i fase 2. Gruppen har valgt at gen­

nemføre arbejdet selv i l fase.

Rapporten er resultatet af gruppens arbejde.

Naturgas Fyn' s oplæg og opgavebeskrivelsen dateret 23.

april 1993 er vedlagt som bilag l.

2

2. BAGGRUND

Udvalgsarbejdet blev startet på baggrund af utilstrække­

lig levering til en fjernvarmecentral i Odense. Natur­

gas Fyn har i rapporten "Kontrolrnåling Vollsmose - Eng­

gade" dateret 26. januar 1993 (kilde 2) beskrevet hæn­

delsesforløbet og udførte kontrolmålinger.

I det følgende gengives et resume af rapporten.

Problemerne opstod i forbindelse med et udfald på Fyns­

værket i januar 1993, hvor alle 3 gasfyrede kedler på

varmecentralen i Enggade blev startet op. Resultatet

var, at med fuld belastning på 6.060 m3 /h blev der regi­

streret et indgangstryk i centralen på 0,9 bare. Det er

0,3 bar over det i kontrakten garanterede tryk, men den

oprindelige dimensioneringsberegning havde vist et tryk

på 1,5 bare.

Nogle få dage efter besluttede Odense Fjernvarme og Na­

turgas Fyn, at der skulle udføres kontrolmålinger på he­

le systernet fra M/R-station Vollsmose. Ledningen er næs­

ten 4 km lang.

Målingerne viste, at trykket på 0,9 bare ikke var højt

nok til, at alle 3 kedler kan køre på fuld last samti­

dig. Der kan således ikke aftages mere end ca. 6. 100

m3/h fra ledningen.

Ledningen har en ret kompliceret linieføring på de sid­

ste 1.100 meter, som kan være medvirkende til det lave

tryk. Trykfaldet er imidlertid jævnt, så målingerne kan

ikke bekræfte en teori om, at gasstrømmen blokeres af

et fremmedlegeme.

3

De målte værdier er sammenlignet med beregnede data.

Det viser sig, at ruheden i rørene har stor effekt ved

høje gashastigheder. Ved maksimal belastning på ca.

6.100 m3 /h er hastigheden over 40 m/s. Her skal ruheden

variere fra 0,01 til 0,055 mm på en række delstrækning­

er, for at målte og beregnede værdier passer sammen.

Ved lavere forbrug er der ikke en entydig sammenhæng

mellem ruhedsfaktor, rørdiameter og gasmængde.

Det ovenfor beskrevne problem er ikke konstateret hos

hverken NGSJ eller NGS. NGS har en uafklaret sag angåen­

de trykforholdene ved Egtved Varmeværk, men det drejer

sig om kontraktmæssige forhold. De målte og beregnede

værdier er ens.

I NGMN's område har kundernes ønsker mht. tryk i en ræk­

ke tilfælde ikke umiddelbart kunne opfyldes ved leveran­

ce gennem det eksisterende net, men forholdene har væ­

ret anderledes end på Fyn. Der har været tale om konver­

tering af fjernvarmeværker til kraftvarmeproduktion,

hvor den valgte motor har et trykbehov som er højere

end nettet er dimensioneret til. Det nødvendige tryk er

skaffet ved:

Installation af udstyr til trykforøgning.

Hævning af afgangstrykket i MIR-stationen (midler­

tidigt) .

Forstærkning af nettet ved anlæg af en parallel

ledning.

4

Uoverensstemmelse mellem målte værdier og beregnede da­

ta er konstateret i Hjallerup, Dronninglund Kommune. Et

nyt motoranlæg, som forsynes gennem en 3 km lang led­

ning, har et trykkrav på 2, 9 baro. Beregningen viste,

at dette tryk lige netop var til stede, men realiteter­

ne er, at der mangler ca. 100 mbar.

3 • AFGRÆNSNING

I opgavebeskrivelsen er det angivet, at grundlaget for

dimensionering af PE ledninger i de regionale naturgas­

selskaber skal undersøges.

Det er valgt at tage udgangspunkt i givne effektbehov i

normal m3 pr time. Den indledende opgørelse af markeds­

grundlaget med enhedsforbrug pr. mz opvarmet areal, ind­

regnede typer fyringsinstallationer og brændselsformer

m.v. er således ikke vurderet.

Dimensionering af ledninger til større forbrugere

(kraftvarmeværker, industrivirksomheder m.fl.) baseres

på faktiske oplysninger om effektbehov og trykkrav. Un­

dersøgelsen dækker således forholdene omkring punktfor­

brugere, dog ikke spørgsmålet om afbrydelighed.

Opgavebeskrivelsen nævner specifikt PE ledninger, dvs.

4 bar systemet. Vurdering af fordelingsnet ligger såle­

des uden for opgaven.

Alle 5 selskaber sælger naturgas fra Nordsøen. Udgangs­

punktet er således dansk gas med en brændværdi på 39,0

MJ/m 3 (oprindelig 39,6 MJ/m 3 ).

5

4. TEORI

Sammenhængen mellem gasstrømningen i et rør og trykta­

bet bestemmes af strømningsligningen:

hvor

Q = gasstrømning (Nm 3 /h)

Tb = basistemperatur (273,15 K)

p b = basistryk, absolut (l bar)

F = transmissionsfaktor

o. = indvendig diameter (mm) l.

P l = tilgangstryk, absolut (bar)

P2 = afgangstryk, absolut (bar)

db = gassens relative vægtfylde i forhold til tør

luft (0,625)

Tf = gastemperatur (oK)

z = superkompressibilitet m L = rørlængde (km)

c = konstant (2,3947 x 10-5 )

K = fittingsfaktor

Transmissionsfaktoren F bestemmes af Colebrook-Whi te' s

formel:

F = -4 log [ -----=k~--3,7 x o.

l.

hvor

x 1.413 x F Re J

k = rørets ækvivalente sandruhed (mm)

Re = Reynold's tal

hvor

u =

=

u =

hvor

p =

p =

=

Q x db

o. x u l.

6

gassens dynamiske viskositet -3 konstant (1,2326 x 10 )

(l+ 0,0036 (P+l) + 0,0033 (T-T0

)) 10-lO

middeltryk (bar)

l

l+ (0,0036- (Tf- Tb)/20.000) x (P+l)

Strømningsligningen er tilnærmet, idet sluttryk og led­

ningslængde egentlig skal korrigeres for højdeforskel­

le. Det har imidlertid ingen praktisk betydning i Dan­

mark.

De komplicerede udtryk for strømningsligningen og Cole­

brook-Whites formel betyder, at beregninger ikke umid­

delbart kan gennemføres - det er nødvendigt at anvende

et edb-program. Som alternativ - f.eks. i indledende be­

regninger hvor kravet til nøjagtighed ikke er så stort

- kan anvendes et diagram. I 11 N-GAS MANUAL" (kilde l),

afsnit II, side 76 er vist et diagram.

De beskrevne formler er alment gyldige til dimensione­

ring af gasnet. Der findes desuden simplere, tilnærmede

formler (Weymouth's formel, Panhandle formlerne m.fl.).

De har alle et begrænset gyldighedsområde, så de må kun

anvendes inden for dette.

7

For alle 5 regionale selskaber gælder, at de benyttede

edb-programmer er baseret på strømningsligningen og

Colebrook-Whites formel.

S. EDB-PROGRAMMER

De 5 regionale selskaber anvender 3 forskellige program­

mer. Beskrivelser for 2 programmer er vedlagt som bilag

2.

I programmerne skal der indlægges forskellige parame­

tre. Under beskrivelserne er afvigende data nævnt.

Naturgas Sjælland og Hovedstadsregionens Naturgas benyt­

ter et program udviklet af firmaet Conviser, Køge

(VMNET).

I brugervejledningen (kilde 4) er beregningsmetoden be­

skrevet.

Naturgas Fyn og Naturgas Midt-Nord anvender et program

udviklet af cowiconsult, Svendborg (Cowi-gas) .

I brugervejledningen (kilde 3) er beregningsmetoden be­

skrevet.

NGF anvender en fittings-faktor på 1,0.

De 2 selskaber bruger ikke den samme version, men for­

skellene vedrører ikke selve beregningsmetoden.

NGMN har købt et program fra USA, benævnt Winflow, som

er bedre til driftsanalyser på det eksisterende net.

Det vil i fremtiden også blive brugt til dimensionering.

8

Naturgas Syd anvender et program udviklet af Oilcon­

sult. Formler og beregningsprocedurer er de samme som i

Cowi-gas.

NGS har valgt følgende parametre:

Relativ vægtfylde 0,64.

o Gastemperatur 288,15 K.

Viskositet 1,15 x 10-10 bar x s.

6. BEREGNINGER

Da baggrunden for udvalgsarbejdet er kapaci tetsproble­

mer for en ledning i Odense, har arbejdsgruppen valgt

at gennemføre beregninger på de forskellige programmer

for den pågældende ledningsstrækning.

Beregningerne er gennemført med ensartede data. Resulta­

terne er tryk i forskellige knudepunkter.

Forudsætninger:

Temperatur 283,0° K

Dynamisk viskositet 1,050 x 10-10 bar x s

Relativ vægtfylde 0,625

Fittings-faktor 1,10

R uh ed 0,02 mm

Indvendig diameter ø200 162,4 mm

Indvendig diameter ø225 182,8 mm

9

De regionale selskaber anvender ikke helt identiske pa­

rametre. De forudsætninger, som er angivet ovenfor, be­

nyttes, så beregninger kan gennemføres med ensartede

inddata. Der er f.eks. forskelle i de indre diametre,

som kan variere med rørleverandør og valg af gennem­

snits- eller minimumsværdier. De angivne størrelser er

valgt efter henvendelse til NGF's leverandør.

Trykket i bar absolut blev indledningsvis beregnet for

en række punkter og forskellige timeforbrug:

Station 2.295 ml/h 4.500 ml/h 6.127 ml/h 6.300 ml/h

o l. 430

1.920

2.820

3.920

Station o er MIR-stationen i Vollsmose mens station

3. 920 er fjernvarmecentralen ved Enggade. Dimensionen

skifter fra ø225 til ø200 i station 1.430.

Gennemstrømningen på 6. 127 m3 /h er det faktisk, mål te

maksimum, som ledningen kan yde. Beregningen med 6. 3 00

ml/h er gennemført, da denne værdi er kontraktens maksi­

mum.

Ved lave timeforbrug var forskellene beskedne, så der

blev gennemført mere detaljerede beregninger i området

4.000 - 7.000 mljh.

Tryktabet på strækningen i dimension ø200 er vist i ta­

bel 1. Gashastigheden ved fjernvarmecentralen i Enggade

er vist i tabel 2. I begge tilfælde er udgangspunktet

stigende timeforbrug.

lO

For NGF og NGMN kan programmet ikke give meningsfyldte

data ved de(t) højeste timeforbrug (resultatet er nega­

tive værdier).

Forskellene er endvidere vist på figur 1. Her er kun

indtegnet de høj es te og de laveste værdier. Resultater

for de 2 øvrige selskaber ligger altså mellem de viste

kurver.

Det fremgår af kurverne, at NGS har det største tryktab

og den laveste gashastighed (hastigheden ved lave time­

forbrug er dog mindst i NGSJ 1 s beregninger) . NGF har

det laveste tryktab, mens NGMN generelt har den højeste

gashastighed. Dog er NGSJ 1 s beregnede hastighed størst

ved 6.800 m3 fh.

Der er en jævn stigning op til omkring 6.400 m3 /h både

for tryktab og gashastighed. Herefter øges værdierne

markant. Det kan skyldes, at der kommer turbulent strøm­

ning.

N mth

4000

42'00

4400

4600

4800

5000

5200

5400

5600

5800

6000

6200

6400

6600

6800

7000

TRYKTAB MELLEM ST. 1430 OG ST. 3920

å p m bar

..., U') U') LL l!J l!J l!J z z z

728,2 700 700

811,5 790 780

902,1 880 860

1000,3 960 950

110? ,4 10?0 1050

1224,7 1190 1160

1353,6 1310 1280

1496,4 1450 1420

1656,1 1600 1560

1837 .o 1760 1730

2045,9 1960 1910

2294,2 2190 2130

2605 o 2470 2400

3042,5 2820 2740

4620,4 3440 3250

5233,6 3970 -

Tabel 1

11

z l: l!J z

710

780

870

970

1060

1180

1300

1430

1590

1750

1950

2170

2440

2800

--

GASHASTIGHED l ST. 3920

v m/s

..., z U') U') LL l: l!J l!J l!J l!J z z z z

14,9 14 54 15 o 15 1

15,9 15,69 16,2 16,2

17,1 16,95 17,5 17,5

18.4 18 33 18 9 18 9

19,7 19,87 20 s 20 4

212 21 61 22,2 22 4

22,9 23,61 24,3 24,4

24,7 25,94 26,6 26,7

26,9 28,74 29 4 29 7

29 4 32,21 32 9 331

32.4 36 73 37 3 37 9

36,2 43,02 43,3 44,2

41 3 52 87 52.5 ~4 o

49,4 72,29 69,4 72,8

96,2 158,38 122,0 144,7

167~2 8796,00 - -

Tabel 2

m bar

6000

5000

4000

3000

2000

1000

o

NM3/h

12

V ollsmose-Enggade

l l

v l

l l l

11 l

7/ !

v~ l l

~ !J~ / l l

~ v 7 l l

~ l . l

Ff f l IT

~ ~ ""' /( ........

~

~ 1/ J ... ""' .,.

lo-.---:: ~

~ ~:f ... - t---

~ ~,--q ~-~ - ~~

~:=--~ :;:;. =- -

l v v

4000 4400 4800 2 o 5600 60 D~ 6400 6800

NGS NGS NGF NGMN J

---- Figur 1

m/S 200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

o

13

Gashastigheden er en parameter, som de regionale selska­

ber anvender ved kontrol af ledningsdimensionerne. Sel­

skaberne har følgende maksimale værdier:

NGS

NGSJ

NGF

NGMN

25 mfs

30 m/s (tilstræber 15 mfs)

30 m/s

35-50 m/s (afhængig af tryk)

Ved høje hastigheder kan der komme støj og vibrationer.

Tallene gælder for gadeledninger, men ikke for stik.

Hvis grænserne overskrides, kan der blive tale om at an­

vende en større dimension.

I NGF's ledning til centralen i Enggade er hastigheden

42 m/s ved maksimal belastning. Der er ikke konstateret

støjgener - end ikke efter frigravning. NGSJ har konsta­

teret støj fra en ledning ved Holmegård. Belastningen

er 4.000 m3 /h og gashastigheden 20 mfs. Det er en 180

mm ledning, hvor jorden er rodet op. Ved en fjernvarme­

central i Herning har NGMN haft støj, men det er for­

mentlig fra målerskabet og ikke fra stikledningen.

I Naturgasmanualen (kilde l) er det angivet, at hastig­

heden for ledninger i jord ikke bør overstige 30 mfs. I

ikke støjfølsomme områder kan der formentlig regnes med

op til 50 mfs.

I Gas Ståbi (kilde 5) er det angivet, at hastigheden

for ledninger i jord bør være mindre end 25 mfs og høj­

est 15 m/s for rør inde i bygninger.

Selskaberne har endvidere undersøgt, hvilken indflydel­

se ændringer i ruheden og fittingsfaktoren har på tryk­

ket ved fjernvarmecentralen. Gasstrømmen er fastholdt

på 6.300 m3 fh. Først øges ruheden fra 0,01 mm til 0,05

mm med fittingsfaktoren fastholdt på l, 10, se tabel 3

og figur 2. Derefter øges fittingsfaktoren fra 1,00 til

1,20 med ruheden fastholdt på 0,02 mm, se tabel 4 og fi­

gur 3.

14

RUHEDS INDFLYDELSE: GASMæNGDE 6300 Nm~h

Tryk t st. 3920 Bar a

'""' z Ruhed "' "' u. 1: Cl Cl Cl Cl z z z z

0;01 1,962 2,078 2,13 2,09

0,02 1,651 1,786 1,85 1,81

. 0,03 1,331 1,500 1,58 1,53

0,04 0,948 1,197 1,30 1,23

0,05 -0,913 0,841 0,99 0,94

Tabel 3

Ruhed V ollsmose-Enggade

0,01_1 -0,5 o 2,5 bara

NGF

Figur 2

15

FITTINGSFAKTORS INDFLYDELSE: GASMæNGDE 6300 Nm'lh

Tryk l st. 3920 Fittings- Bar a ...., z faktor en V1 u. 2:: I!J l!l z ~ ~ z - z z

1,00 2,098 2,198 2,24 2,21

1,05 1,886 2,002 2,06 2,02

1,10 1,653 1,786 1,85 1,81

1,15 1,395 1.539 1,61 1,56

1,20 1,025 1,21.3 1,34 1,33

T a bel 4

Flttingfaktor Vollsmose Enggade 1,2

1,1

1 o 2 ' 1 1,2 2,4 bara

Figur 3

16

Af tabel 3 fremgår det, at en ruhed på O, 05 mm i alle

tilfælde giver et tryk mindre end atmosfærens tryk - i

beregningen fra NGS allerede ved 0,04 mm.

Figur 2 og 3 viser, at ved variationer i både ruhed og

fittingsfaktor beregner NGS det laveste og NGF det høje­

ste tryk.

Ruheden (den ækvivalente sandruhed) for plastrør blev

før naturgassens introduktion i Danmark (omkring 1980)

sat til 0,01 mm for rør mindre end ø200 og 0,05 mm for

rør i dimension ø200 og større.

I forbindelse med udvalgsarbejdet blev spørgsmålet om

ruhedens størrelse undersøgt hos NGF' s rørleverandør.

svaret var ikke entydigt, idet ruheden for nye PE rør

blev oplyst til 0,01 - 0,05 mm.

I 1993 undersøgte NGMN samme problemstilling ved henven­

delse til sin rørleverandør. Her mente man, at den sto­

re forskel mellem de mindre og de større rør muligvis

var begrundet i tidligere anvendte metoder til fremstil­

ling af rør.

Fittingsfaktoren vil stige med antallet af ventiler,

bøjninger m.v. Ved betragtning af et kort over Volls­

mose - Enggade ledningen (kilde 2) forekommer der at væ­

re relativt mange fittings.

7. KONKLUSION

Arbejdsgruppens undersøgelser vedrørende forskelle mel­

lem beregnede og målte værdier af tryk i distributions­

nettet dækker 4 af landets 5 regionale selskaber. Det

lavere tryk i forhold til den beregnede værdi, som NGF

har konstateret i Odense, må anses for et isoleret til­

fælde.

17

NGS og NGSJ har ingen eksempler på problemstillingen. I

NGMN 1 s område har der været et tilfælde med en lille

forskel mellem tallene. Den var imidlertid væsentlig,

idet afvigelsen betyder, at en højtryksmotor i Hjalle­

rup falder ud.

Den lave fittings-faktor på 1,0 i NGF's beregninger kan

være medvirkende til forskellen. Rørstrækningen har et

kompliceret forløb.

De regionale selskaber anvender 3 forskellige edb-pro­

grammer til netanalyser. På Sjælland bruger de to sel­

skaber samme program, NGS har deres eget, mens NGF og

NGMN benytter en fælles beregningsmodel.

Programmerne regner ud fra det samme teoretiske grund­

lag baseret på Colebrook-Whites formel som det bærende

element. På nogle punkter anvender selskaberne forskel­

lige værdier for de grundlæggende inddata. Gruppen anbe­

faler, at selskaberne benytter mere ensartede data.

Arbejdsgruppen har gennemført beregninger med identiske

inddata og værdier for den kritiske ledning i Odense.

Hensigten har været at belyse 2 forhold. For det første

om der kunne konstateres forskelle i resultaterne fra

de 3 modeller, og som det andet punkt at analysere be­

tydningen af ændring i de grundlægggende parametre.

Der er kun konstateret små afvigelser i resultaterne

ved lavere effektbehov. Omkring den maksimalt mulige le­

verance på ca. 6.000 m3 /h blev forskellene større - mu­

ligvis pga. forskellige metoder til afrunding i program­

merne.

En vigtig parameter i tryktabsberegninger er rørets ind­

re ruhed, men der mangler pålidelige data for ruhedsfak­

toren. Til kontrol bør anvendes gashastigheden i røret.

•

18

8. ANBEFALINGER

Arbejdet har vist, at der er en række forskelle i valg

af parametre, som kan være begrundet i at selskaberne

arbejder uafhængigt af hinanden. Alle anvender den sam­

me gas, og de klimatiske forhold er de samme.

Gruppen anbefaler, at følgende værdier anvendes ved be­

regninger for PE-net:

Relativ massefylde: 0,625.

Viskositet: 1,05 x 10-10 bar x s.

o Temperatur: 283,0 K.

Fittingsfaktor: 1,05.

De teoretiske ruhedsfaktorer, som indgår i beregninger­

ne, varierer relativt meget - fra 0,01 til 0,05 mm. Ru­

heden er en af de vigtigste parametre, især hvis en led­

ning er hårdt belastet.

Gruppen anbefaler, at der gennemføres en forsøgsrække

for at få bestemt ruheden i plastrør til naturgas. Un­

dersøgelsen kunne f.eks. udføres af et ATV-institut el­

ler lignende og med et par rørfabrikker involveret. Ved

samme lej lighed kunne vulsters betydning bl i ve under­

søgt.

Selskaberne anvender forskellige indre rørdiametre i be­

regningerne, hvilket kan være rimeligt, hvis fabrikan­

terne leverer rør med afvigende mål. Oplysninger fra to

danske producenter af plastrør til naturgas tyder på,

at der er meget beskedne forskelle på virksomhedernes

data for indre rørdiametre.

19

Gruppen anbefaler, at følgende indre diametre anvendes:

R~rdimension Indre diameter. mm ø20 13,7

Ø40 32,3

ø63 50,8

Ø90 73,0

Ø125 101,1

Ø160 130,5

ø200 162,6

ø225 183,5

20

KILDEFORTEGNELSE

l. N-GAS MANUAL Projekthåndbog for naturgasd.istributionsanlæg Foreningen Dansk Gas, 1. august 1980

2. Kontrolmåling Vollsmose - Enggade Naturgas Fyn, 26. januar 1993

3. Beregning/optimering af gasforsyningsnet

Brugervejledning

COWiconsult, Svendborg, november 1992

4. VMNET, version ~.4 Brugervejledning Viggo Micbaelsen, Køge, april 1990

5. Gas ståbi

Teknis.k Forlag, maj 1993

BILAG l

Oplæg til nyt projekt i FAU-5 regi.

Med baggrund i aktuelle driftserfaringer ved Naturgas Fyn, hvor

det har vist sig, at der er en betydelig forskel i det beregnede

og det faktiske afgangstryk for enden af en længere, højt belastet

PE ledning, foreslår Naturgas Fyn, at der iværksættes aktiviteter, der skal resultere i en klarlægning af årsagen hertil.

Baggrunden for dette forslag er, at NGF har en 3,9 km lang PE

ledning, der hovedsagelig forsyner ån kunde, en varmecentral.

Undervejs er der dog tilsluttede to kunder, der hver især kun

bruger mindre gasmængder, og den ene endda ret sjældent.

Ledningen består af 1,4 km ø 225 mm PE samt 2,6 km ø 200 mm PE, og

beregningerne viser, at der ved et aftag på 6300 m3/h skulle være

et tryk på 2,45 bar abs. Faktum er, at det ikke er muligt at

trække mere end ca 6100 m3/h ud af ledningen, og da er lednings­

trykket faldet til 1,9 bar abs.

Der er gennemført et måleforsøg, der ikke indikerer, at der er

fremmedlegemer af nogen art inde i systemet.

Vi finder at første trin i sådant et projekt kunne være, at kon­

statere, om der er registreret problemer af samme art hos øvrige

selskaber.

FØlgende trin kunne derefter være at se på hvilke afgrænsninger

der ligger til grund for de anvendte dimensioneringsformler,

hvilken indflydelse har de indvendige vulster på ruhedsfaktoren,

og hvordan er den forbundet med gashastigheden.

c::::::; ~~ ~ ~..... -Svend Bomholt.

Naturgas Fyn liS Ørbækvej 260, DK-52.20 Odense SØ Telefon 661S SO 15 l Tele(<ll: 6615 5127 Telex: NG-Fyn 5 q"'Ot. G i ro : ~ 286890

FAU - S, Ledninger.

PROJEKTFORSLAG.

T:ITEL.

Dimrnensioneringsgrundlag for PEM ledninger.

BAGGRUND.

23.04.1993

41.

SB/IV

06.5

Driftserfaringer fra en ca. 4 km lang Ø 225/200 mm PE ledning vi­

ser, at der ved meget store gasmængder er et tryktab, der er be­

tydeligt større end, hvad der er beregnet. Ledningen er således

ikke i stand til at transportere den gasmængde, der er forudsat,

med deraf fØlgende konsekvenser for indgåede kontrakter.

FORMAL.

Formålet med projektet er at fastlægge årsagen til forskellen

mellem de beregnede og de under drift registrerede forhold.

Naturgas Fyn US Ørbækvej 260. DK-5'220 Odense SØ Telefon 6615 50 15 l Telefax 6615 5127 Telex: NG- Fyn 5 97 i.h Giro: 2 28 68 90

- 2 -

PROJEKTETS GENNEMFØRELSE.

Projektet tænkes opdelt i fØlgende faser:

FASE 1.

- Undersøgelse af, om der benyttes det samme grundlag for

dimensionering af PE ledninger i de forskalling regioner

- Gennemgang af egne driftsdata for registrering af uoverensstem­

melser mellem beregnede og registrerede tryk i PE ledninger med

en meget høj udnyttelse.

FASE 2.

- Afklaring af, hvilken indflydelse rørlængder, gashastighed,

ruhedsfaktor, bØjninger mv. har på ledningens samlede kapacitet.

I denne fase forventes det, at der knyttes en ekstern rådgiver

til projektet.

ØKONOMI.

Fase l. O kr Fase 2 50000 kr

ORGANISATION.

Opgaven løses i en arbejdsgruppe under FAU-5, med deltagere fra

DGC, De regionale Gasselskaber, DANGAS, samt evt. rørfabrikanter­

ne.

Ansvarlig overfor FAU-5 er Svend Bomholt, Naturgas Fyn.

De enkelte projektdeltagere udpeges på et senere tidspunkt.

- 3 -

OPFØLGNING OG IMPLEMENTERING.

Ved projektets afslutning udarbejdes en rapport, der beskriver

projektet, samt de fundne resultater.

Rapporten kan herefter danne grundlag for en eventuel justering af

dimmensioneringsgrundlaget i de regionale gasselskabers PE net.

Svend Bomholt

•

BILAG 2

VMNET

Anvendes af Naturgas Sjælland og Hovedstadsregionens Na­

turgas

Teori for beregningerne

Edb-programmet benytter en modificeret Hardy eross-meto­

de til fastlæggelse af de enkelte ledningsflow i et

ringnet. Som en konsekvens af den gættedejkorrigerede

flowfordeling findes trykfladen og dermed haves trykket

i det ''i-te" ringrørs to ender for det aktuelle flow.

Ved sammenligning mellem trykkvadrattabet over røret

(beregnet ved hjælp af det fundne tryk i de to ender)

og det nødvendige trykkvadrattab til at drive det ønske­

dejpt. gættede flow i røret, beregnes en korrektion af

flowet i rør "i". Denne korrektion giver en omfordeling

af flowet i ringen, som vil ændre trykfladen i en sådan

retning, at trykkvadrattabet beregnet på de to ovenfor

omtalte måder (regnet med fortegn) efterhånden bliver

ens, som udtryk for at den rette flowfordeling er fun­

det. Således fortsættes i alle nettets rørjringe og så

mange gange, at den ønskede nøjagtighed er opnået.

Programmet finder selv et passende udgangsgæt.

Metoden indebærer, at trykket i alle rørs endepunkter

er kendt, hvorfor superkompressibiliteten kan indregnes

på korrekt måde. Gasflowet beregnes ved hjælp af Cole­

brook og Whites formel. Formlen gælder alle laminære

gasstrømninger. Enkelttab kan indregnes som et generelt

tillæg til trykkvadrattabet eller beregnes individuelt

pr. rørstrækning ved hjælp af et samlet modstandstal

for strækningen.

• 2

Det ovenfor beskrevne leder frem til løsningen af en

analysesituation. Ved dimensionering beregnes som

nævnt - en række analysesituationer.

Ved dimensionering kan der vælges mellem teknisk og øko­

nomisk optimering. Ved teknisk optimering baseres bereg­

ningerne på, at diameterændringerne skal lede nettet i

en sådan retning, at trykkvadrattabet pr. længdeenhed

bliver tilnærmet ens for alle rørene. Ved økonomisk op­

timering skal beregningerne lede til de mindste anlægs­

omkostninger ud fra opgivne enhedspriser for de enkelte

rør i de enkelte lægningsklasser.

Ved optimering vil programmet først behandle en normal

forsyningssituation med den indlæste belastning. Ønskes

kun dimensionering (optimering) for den indlæste belast­

ningssituation vil programmet her ændre variable diame­

tre i såvel op- som nedadgående retning. Når det optima­

le net er fastlagt afbrydes beregningerne.

Ønskes dimensionering med hensyntagen til udfald af et

antal ledningsstrækninger/regulatorstationer foretages

indledningsvis en optimering af fejlfrit net med belast­

ning svarende til fej l situation, dvs. med hensyntagen

til de opgivne afbrydelige forbrug, forbrug med 100% re­

serveforsyning og den ønskede reserveforsyning for øv­

rigt forbrug. Ved denne beregning er ledningsdimensio­

nerne variable i henhold til det indlæste. Ved afslut­

ningen fastlåses de fundne dimensioner for almindelige

gadeledninger.

Herefter behandles et antal udfaldssituationer, hvor

forud beregnede dimensioner anvendes som mindstedimen­

sioner, og hvor de overordnede gadeledningers dimension

om nødvendigt øges. Hvis programmet selv får lov at væl­

ge rækkefølgen af udfaldssituationerne (anbefales!) vil

mindst belastede rør (i forsyningssituationen med fejl­

frit net) først blive afbrudt. Herefter behandles ud­

fald af regulatorstationerne en efter en.

• 3

Til slut sættes belastningen på nettet til det indlæ­

ste, de almindelige gadeledningers fastlåsning ophæves

og normalsituationen behandles, med de forud beregnede

dimensioner som mindstedimensioner.

Der kan foretages en række specielle undersøgelser (el­

ler det kan indgå i dimensioneringsalternativet) ved

hjælp af en generel forbrugsfaktor, der ganges på samt­

lige opgivne forbrug i net-filen.

Ved leveringsevneundersøgelser kan et antal analysetil­

fælde beregnes efter hinanden. Der specificeres et kræ­

vet leveringstryk i en eller flere givne knuder, og pro­

grammet beregner så den mængde gas, som det aktuelle

net er i stand til at levere det pågældende sted til

det pågældende tryk. Beregningerne foretages en efter

en, indtil hele datagruppen er behandlet.

Hvert rør er endvidere forsynet med et krav til max.

hastighed og tryktab pr. meter, hvilket vil give marke­

ring i resultatfilen ved overskridelser i analyse-situa­

tioner, og som vil have indflydelse på dimensionerings­

beregningerne.

Pumper og reduktionsventiler beskrives som hørende til

et rør og med fast afgangstryk. Kontraventiler tilknyt­

tes automatisk pumper og reduktionsventiler, men kan og­

så specificeres alene i et rør. En knude må kun påvir­

kes af et stk. af denne type.

Begrænsninger

Der er ingen begrænsninger på, hvor mange rør, der kan

have forbindelse til et knudepunkt. Nettet kan endvide­

re bestå af vilkårlige kombinationer af grenstrækninger

og ringe, dog skal alle netdele naturligvis være sammen­

hængende med mindst en regulatorstation.

, 4

Maksimalt antal knuder .......................... 1700

Maksimalt antal rør ............................. 1815

Maksimalt antal regulatorstationer .............. 25

Maksimalt antal forskellige rørdiametre ......... 25

Maksimalt antal forskellige lægningsklasser ..... 6

Maksimalt antal afbrydelige forbrug............. 40

Maksimalt antal forbrug med 100% reserveforsyning 100

Maksimalt antal pumper og ventiler.............. 25

Maksimalt antal leveringsevne-undersøgelser ..... 25

Maksimalt antal specificeret udfaldsrækkefølge .. 40

COWI-GAS

Anvendes af Naturgas Fyn og Naturgas Midt-Nord

Tryk- og flowberegning

I programmet benyttes Newton-Raphsons i terationsmetode

til beregning af tryk- og flowbalance i det givne forsy­

ningsnet. Metodens princip er kort fortalt, at trykket

i systemets knudepunkter gættes; herefter beregnes flow­

balancen i hvert knudepunkt, trykkene korrigeres efter

en førsteordens tilnærmelse til strømningsligningerne,

hvorefter en ny flowbalance bestemmes osv. Beregninger­

ne stoppes, når kontinuitetsligningerne i knudepunkter­

ne er opfyldt med en passende valgt tolerance.

Til beregning af tryk og flow benyttes Colebrook og

Whites formel.

Økonomisk beregning

Programmet kan foretage en økonomisk beregning af led­

ningssystemet på grundlag af indlæste enhedsomkostning­

er for forskellige ledningsdiametre og fastlæggelse af

forskellige lægningskategorier.

5

Økonomisk optimering

Optimeringsproblemet består i at minimere omkostninger­

ne til ledninger (minimere ledningsdimensionerne}, såle­

des at de til rådighed værende trykfald bestemt af et

forsyningstryk samt minimumstryk i knudepunkterne udnyt­

tes bedst muligt. Optimeringsrutinen bygger på et modi­

ficeret marginalanalyseprincip.

Proceduren omfatter en successiv ændring af ledningsdi­

mensionerne. Det optimale gasnet fastlægges i princip­

pet som det system, hvor ændringen i investeringsomkost­

ningen (som følge af en dimensionsændring) i relation

til den hermed forbundne ændring i transmissionstab er

ens for alle ledningsstrækninger.

Optimeringen kan starte med vilkårlige diametre, men

det globale optimum opnås ikke fra alle startsituatio­

ner.

Programmet optimerer på forskellig måde afhængig af

trykket i det kritiske punkt:

Hvis reservetrykket (tryk minus minimumskrav} er

positivt, reduceres diametrene til reservetrykket

når sin mindste værdi større end o.

Hvis reservetrykket er negativt, forøges diametre­

ne på de kritiske veje til reservetrykket bliver

positivt. Herefter fortsættes som beskrevet oven­

for.

Ved optimering i brudsituation foretages kun forøgelse

af diametre.

6

Programmets begrænsninger

Nettet kan maksimalt indeholde 600 knudepunkter og 600

ledninger.

Fra hvert knudepunkt kan der maksimalt udgå 6 ledninger.

Forbrug kan kun påføres i knudepunkter.

Der kan ikke påføres forbrug ved kilder (MIR-stationer) .

Ved kilder, hvor trykket fastholdes, beregnes indtaget.

Der kan maksimalt regnes med 100 rørtyper og 8 prisgrup­

per.

Den indre diameter må ikke angives til O mm.

Det bemærkes, at der i strømningsligningerne ikke er ta­

get hensyn til geometriske højdeforskelle. Den relative

betydning heraf er under 2% af ved højdeforskelle min­

dre end 300 m.