Dimensioneringsgrundlag for PEM ledninger

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 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 Sagsnummer Sagsnavn ISBN 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 ledning har mindre kapacitet end dimensioneringen oprindelig angav. På den baggrund nedsatte Fagudvalg 5 en arbejdsgruppe, som skulle vurdere dimensioneringsgrundlaget 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 opgaven blev løst i 2 faser med mulighed for tilknytning af en ekstern rådgiver i fase 2. Gruppen har valgt at gennemføre 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 utilstrækkelig levering til en fjernvarmecentral i Odense. Naturgas Fyn har i rapporten "Kontrolrnåling Vollsmose - Enggade" dateret 26. januar 1993 (kilde 2) beskrevet hændelsesforløbet og udførte kontrolmålinger. I det følgende gengives et resume af rapporten. Problemerne opstod i forbindelse med et udfald på Fynsværket i januar 1993, hvor alle 3 gasfyrede kedler på varmecentralen i Enggade blev startet op. Resultatet var, at med fuld belastning på 6.060 m 3 /h blev der registreret 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 Naturgas Fyn, at der skulle udføres kontrolmålinger på hele systernet fra M/R-station Vollsmose. Ledningen er næsten 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 samtidig. Der kan således ikke aftages mere end ca. 6. 100 m3/h fra ledningen. Ledningen har en ret kompliceret linieføring på de sidste 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 m 3 /h er hastigheden over 40 m/s. Her skal ruheden variere fra 0,01 til 0,055 mm på en række delstrækninger, 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 angående 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 række tilfælde ikke umiddelbart kunne opfyldes ved leverance gennem det eksisterende net, men forholdene har været anderledes end på Fyn. Der har været tale om konvertering 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 (midlertidigt). Forstærkning af nettet ved anlæg af en parallel ledning.

4 Uoverensstemmelse mellem målte værdier og beregnede data er konstateret i Hjallerup, Dronninglund Kommune. Et nyt motoranlæg, som forsynes gennem en 3 km lang ledning, har et trykkrav på 2, 9 baro. Beregningen viste, at dette tryk lige netop var til stede, men realiteterne er, at der mangler ca. 100 mbar. 3 AFGRÆNSNING I opgavebeskrivelsen er det angivet, at grundlaget for dimensionering af PE ledninger i de regionale naturgasselskaber skal undersøges. Det er valgt at tage udgangspunkt i givne effektbehov i normal m 3 pr time. Den indledende opgørelse af markedsgrundlaget med enhedsforbrug pr. mz opvarmet areal, indregnede 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. Undersøgelsen dækker således forholdene omkring punktforbrugere, dog ikke spørgsmålet om afbrydelighed. Opgavebeskrivelsen nævner specifikt PE ledninger, dvs. 4 bar systemet. Vurdering af fordelingsnet ligger således uden for opgaven. Alle 5 selskaber sælger naturgas fra Nordsøen. Udgangspunktet 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 tryktabet 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 P2 db = tilgangstryk, absolut (bar) = afgangstryk, absolut (bar) = gassens relative vægtfylde i forhold til tør luft (0,625) = gastemperatur (ok) Tf z = superkompressibilitet m L = rørlængde (km) c = konstant (2,3947 x 10-5 ) K = fittingsfaktor Transmissionsfaktoren F formel: bestemmes af Colebrook-Whi te' s F = -4 log [ -----=k~-- 3,7 x o. l. x 1.413 x F Re J hvor k Re = rørets ækvivalente sandruhed (mm) = Reynold's tal

6 Q x db o. x u l. hvor u = = gassens dynamiske viskositet -3 konstant (1,2326 x 10 ) u = (l+ 0,0036 (P+l) + 0,0033 (T-T 0 )) 10-lO hvor p = middeltryk (bar) p = = l l+ (0,0036- (Tf- Tb)/20.000) x (P+l) Strømningsligningen er tilnærmet, idet sluttryk og ledningslængde egentlig skal korrigeres for højdeforskelle. Det har imidlertid ingen praktisk betydning i Danmark. De komplicerede udtryk for strømningsligningen og Colebrook-Whites formel betyder, at beregninger ikke umiddelbart kan gennemføres - det er nødvendigt at anvende et edb-program. Som alternativ - f.eks. i indledende beregninger hvor kravet til nøjagtighed ikke er så stort 11 - kan anvendes et diagram. I N-GAS MANUAL" (kilde l), afsnit II, side 76 er vist et diagram. De beskrevne formler er alment gyldige til dimensionering 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 programmer. Beskrivelser for 2 programmer er vedlagt som bilag 2. I programmerne skal der indlægges forskellige parametre. Under beskrivelserne er afvigende data nævnt. Naturgas Sjælland og Hovedstadsregionens Naturgas benytter et program udviklet af firmaet Conviser, Køge (VMNET). I brugervejledningen (kilde 4) er beregningsmetoden beskrevet. Naturgas Fyn og Naturgas Midt-Nord anvender et program udviklet af cowiconsult, Svendborg (Cowi-gas). I brugervejledningen (kilde 3) er beregningsmetoden beskrevet. NGF anvender en fittings-faktor på 1,0. De 2 selskaber bruger ikke den samme version, men forskellene 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 Oilconsult. 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 tetsproblemer 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. Resultaterne 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 parametre. De forudsætninger, som er angivet ovenfor, benyttes, så beregninger kan gennemføres med ensartede inddata. Der er f.eks. forskelle i de indre diametre, som kan variere med rørleverandør og valg af gennemsnits- 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 m 3 /h er det faktisk, mål te maksimum, som ledningen kan yde. Beregningen med 6. 300 ml/h er gennemført, da denne værdi er kontraktens maksimum. 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 tabel 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 negative 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 timeforbrug 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 m 3 fh. Der er en jævn stigning op til omkring 6.400 m 3 /h både for tryktab og gashastighed. Herefter øges værdierne markant. Det kan skyldes, at der kommer turbulent strømning.

11 TRYKTAB MELLEM ST. 1430 OG ST. 3920 GASHASTIGHED l ST. 3920 å p m bar v m/s N mth..., U') U') LL l!j l!j l!j z z z z l: l!j z..., z U') U') LL l: l!j l!j l!j l!j z z z z 4000 728,2 700 700 710 14,9 14 54 15 o 15 1 42'00 811,5 790 780 780 15,9 15,69 16,2 16,2 4400 902,1 880 860 870 17,1 16,95 17,5 17,5 4600 1000,3 960 950 970 18.4 18 33 18 9 18 9 4800 110?,4 10?0 1050 1060 19,7 19,87 20 s 20 4 5000 1224,7 1190 1160 1180 212 21 61 22,2 22 4 5200 1353,6 1310 1280 1300 22,9 23,61 24,3 24,4 5400 1496,4 1450 1420 1430 24,7 25,94 26,6 26,7 5600 1656,1 1600 1560 1590 26,9 28,74 29 4 29 7 5800 1837.o 1760 1730 1750 29 4 32,21 32 9 331 6000 6200 6400 6600 6800 7000 2045,9 2294,2 2605 o 3042,5 4620,4 5233,6 1960 2190 2470 2820 3440 3970 1910 2130 2400 2740 3250 - Tabel 1 1950 2170 2440 2800 - - 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

12 m bar 6000 V ollsmose-enggade m/s 200 5000 4000 3000 2000 1000 NM3/h o ~ Ff f ~ ~ l l l v l l l 11 l 7/! v~ l l ~!J~ / l l 7 ~ v l l ~ l. l l ""'.---:: ~ 1/ J... ""'.,. lo- ~... - t--- ~ ~:f ~ - ~~ ~:=--~ :;:;. =- - ~,--q ~- l v v /(... ~ 4000 4400 4800 2 o 5600 60 D~ 6400 6800 NGS NGF NGS NGMN J IT 180 160 140 120 100 80 60 40 20 o ---- Figur 1

13 Gashastigheden er en parameter, som de regionale selskaber anvender ved kontrol af ledningsdimensionerne. Selskaberne 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 anvende 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 konstateret støj fra en ledning ved Holmegård. Belastningen er 4.000 m 3 /h og gashastigheden 20 mfs. Det er en 180 mm ledning, hvor jorden er rodet op. Ved en fjernvarmecentral i Herning har NGMN haft støj, men det er formentlig fra målerskabet og ikke fra stikledningen. I Naturgasmanualen (kilde l) er det angivet, at hastigheden 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 højest 15 m/s for rør inde i bygninger. Selskaberne har endvidere undersøgt, hvilken indflydelse ændringer i ruheden og fittingsfaktoren har på trykket ved fjernvarmecentralen. Gasstrømmen er fastholdt på 6.300 m 3 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 figur 3.

14 RUHEDS INDFLYDELSE: GASMæNGDE 6300 Nm~h Tryk t st. 3920 Bar a '""' z Cl Cl z z Cl z z Ruhed "' "' u. 1: 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 Cl 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 faktor V1 en I!J u. 2:: 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 z T a bel 4 Flttingfaktor 1,2 Vollsmose Enggade 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 højeste 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 henvendelse til sin rørleverandør. Her mente man, at den store forskel mellem de mindre og de større rør muligvis var begrundet i tidligere anvendte metoder til fremstilling af rør. Fittingsfaktoren vil stige med antallet af ventiler, bøjninger m.v. Ved betragtning af et kort over Vollsmose - Enggade ledningen (kilde 2) forekommer der at være relativt mange fittings. 7. KONKLUSION Arbejdsgruppens undersøgelser vedrørende forskelle mellem beregnede og målte værdier af tryk i distributionsnettet 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 tilfælde.

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 Hjallerup 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-programmer til netanalyser. På Sjælland bruger de to selskaber samme program, NGS har deres eget, mens NGF og NGMN benytter en fælles beregningsmodel. Programmerne regner ud fra det samme teoretiske grundlag baseret på Colebrook-Whites formel som det bærende element. På nogle punkter anvender selskaberne forskellige værdier for de grundlæggende inddata. Gruppen anbefaler, 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 betydningen af ændring i de grundlægggende parametre. Der er kun konstateret små afvigelser i resultaterne ved lavere effektbehov. Omkring den maksimalt mulige leverance på ca. 6.000 m 3 /h blev forskellene større - muligvis pga. forskellige metoder til afrunding i programmerne. En vigtig parameter i tryktabsberegninger er rørets indre ruhed, men der mangler pålidelige data for ruhedsfaktoren. 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 samme gas, og de klimatiske forhold er de samme. Gruppen anbefaler, at følgende værdier anvendes ved beregninger 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 beregningerne, varierer relativt meget - fra 0,01 til 0,05 mm. Ruheden er en af de vigtigste parametre, især hvis en ledning er hårdt belastet. Gruppen anbefaler, at der gennemføres en forsøgsrække for at få bestemt ruheden i plastrør til naturgas. Undersøgelsen kunne f.eks. udføres af et ATV-institut eller lignende og med et par rørfabrikker involveret. Ved samme lej lighed kunne vulsters betydning bl i ve undersøgt. Selskaberne anvender forskellige indre rørdiametre i beregningerne, hvilket kan være rimeligt, hvis fabrikanterne 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 ledningstrykket 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 konstatere, 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

23.04.1993 41. SB/IV 06.5 FAU - S, Ledninger. PROJEKTFORSLAG. T:ITEL. Dimrnensioneringsgrundlag for PEM ledninger. BAGGRUND. Driftserfaringer fra en ca. 4 km lang Ø 225/200 mm PE ledning viser, at der ved meget store gasmængder er et tryktab, der er betydeligt 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 uoverensstemmelser 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. rørfabrikanterne. 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 Naturgas Teori for beregningerne Edb-programmet benytter en modificeret Hardy eross-metode 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 ønskedejpt. 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 fundet. 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 Colebrook 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 økonomisk optimering. Ved teknisk optimering baseres beregningerne på, at diameterændringerne skal lede nettet i en sådan retning, at trykkvadrattabet pr. længdeenhed bliver tilnærmet ens for alle rørene. Ved økonomisk optimering skal beregningerne lede til de mindste anlægsomkostninger 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 belastningssituation vil programmet her ændre variable diametre i såvel op- som nedadgående retning. Når det optimale net er fastlagt afbrydes beregningerne. Ønskes dimensionering med hensyntagen til udfald af et antal ledningsstrækninger/regulatorstationer foretages indledningsvis en optimering af fejlfrit net med belastning svarende til fej l situation, dvs. med hensyntagen til de opgivne afbrydelige forbrug, forbrug med 100% reserveforsyning og den ønskede reserveforsyning for øvrigt forbrug. Ved denne beregning er ledningsdimensionerne variable i henhold til det indlæste. Ved afslutningen fastlåses de fundne dimensioner for almindelige gadeledninger. Herefter behandles et antal udfaldssituationer, hvor forud beregnede dimensioner anvendes som mindstedimensioner, og hvor de overordnede gadeledningers dimension om nødvendigt øges. Hvis programmet selv får lov at vælge rækkefølgen af udfaldssituationerne (anbefales!) vil mindst belastede rør (i forsyningssituationen med fejlfrit net) først blive afbrudt. Herefter behandles udfald af regulatorstationerne en efter en.

3 Til slut sættes belastningen på nettet til det indlæste, de almindelige gadeledningers fastlåsning ophæves og normalsituationen behandles, med de forud beregnede dimensioner som mindstedimensioner. Der kan foretages en række specielle undersøgelser (eller det kan indgå i dimensioneringsalternativet) ved hjælp af en generel forbrugsfaktor, der ganges på samtlige opgivne forbrug i net-filen. Ved leveringsevneundersøgelser kan et antal analysetilfælde beregnes efter hinanden. Der specificeres et krævet leveringstryk i en eller flere givne knuder, og programmet 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 markering i resultatfilen ved overskridelser i analyse-situationer, og som vil have indflydelse på dimensioneringsberegningerne. Pumper og reduktionsventiler beskrives som hørende til et rør og med fast afgangstryk. Kontraventiler tilknyttes automatisk pumper og reduktionsventiler, men kan også specificeres alene i et rør. En knude må kun påvirkes af et stk. af denne type. Begrænsninger Der er ingen begrænsninger på, hvor mange rør, der kan have forbindelse til et knudepunkt. Nettet kan endvidere bestå af vilkårlige kombinationer af grenstrækninger og ringe, dog skal alle netdele naturligvis være sammenhængende 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 forsyningsnet. Metodens princip er kort fortalt, at trykket i systemets knudepunkter gættes; herefter beregnes flowbalancen i hvert knudepunkt, trykkene korrigeres efter en førsteordens tilnærmelse til strømningsligningerne, hvorefter en ny flowbalance bestemmes osv. Beregningerne stoppes, når kontinuitetsligningerne i knudepunkterne 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 ledningssystemet på grundlag af indlæste enhedsomkostninger for forskellige ledningsdiametre og fastlæggelse af forskellige lægningskategorier.

5 Økonomisk optimering Optimeringsproblemet består i at minimere omkostningerne til ledninger (minimere ledningsdimensionerne}, således at de til rådighed værende trykfald bestemt af et forsyningstryk samt minimumstryk i knudepunkterne udnyttes bedst muligt. Optimeringsrutinen bygger på et modificeret marginalanalyseprincip. Proceduren omfatter en successiv ændring af ledningsdimensionerne. Det optimale gasnet fastlægges i princippet som det system, hvor ændringen i investeringsomkostningen (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 startsituationer. Programmet optimerer på forskellig måde afhængig af trykket i det kritiske punkt: Hvis reservetrykket (tryk minus minimumskrav} positivt, reduceres diametrene til reservetrykket når sin mindste værdi større end o. er Hvis reservetrykket er negativt, forøges diametrene på de kritiske veje til reservetrykket bliver positivt. Herefter fortsættes som beskrevet ovenfor. Ved optimering i af diametre. brudsituation foretages kun forøgelse

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 prisgrupper. Den indre diameter må ikke angives til O mm. Det bemærkes, at der i strømningsligningerne ikke er taget hensyn til geometriske højdeforskelle. Den relative betydning heraf er under 2% af ved højdeforskelle mindre end 300 m.