Progettazione e verifica reti gas

Intestazione


Programma ReteGas  

Calcolo del regime stazionario di una rete gas
(bassa, media ed alta pressione)


Finalità Progetto e verifica di una rete gas.

Descrizione Il programma calcola il regime stazionario di una rete di trasporto e di distribuzione dei gas.
Può essere utilizzato per il calcolo di:
  • reti di distribuzione del metano (bassa e media pressione),
  • reti di trasporto del metano (alta pressione),
  • reti di distribuzione di gas tecnici (anidride carbonica, azoto, acetilene ..), e vapori

In particolare, definita la rete, vengono calcolate pressioni, portate e composizioni lungo tutta la rete.

Elementi costituenti la rete
Gli elementi costituenti la rete sono:

  • nodi,
  • immissioni, 
  • prelievi (concentrati o distribuiti), 
  • tubazioni,
  • centrali di compressione, 
  • centrali di riduzione e valvole di regolazione della pressione, 
  • perdite di carico concentrate (gomiti, giunti a T, brusche variazioni di diametro …),
  • valvole di intercettazione (totalmente aperte oppure totalmente chiuse).

Formule utilizzate
Le cadute di pressione nelle tubazioni sono calcolate utilizzando la formula di Fergusson.
Per ragioni di completezza sono state inserite anche:

  • la formula di Splitzglass,
  • la formula di Renouard per reti di distribuzione del metano a media pressione,
  • la formula di Renouard per reti di distribuzione del metano a bassa pressione.

Il coefficiente di comprimibilità z viene calcolato mediante l'equazione di Redlich_Kwong.
Le caratteristiche fisiche del gas (densità, viscosità... ) vengono calcolate in funzione della sua composizione, temperatura e pressione.

Coefficienti di contemporaneità
Probabilmente la difficoltà maggiore nel progettare una rete di distribuzione del gas è quella di definire i consumi delle varie utenze e di tenere conto della loro non contemporaneità.
Il programma prevede la definizione di due tipi di utenze:

  • le prime, definite prelievi fissi, sono fissate a priori dal progettista (sono queste, ad esempio, le forniture ad impianti industriali),
  • le seconde sono i consumi domestici; essi vengono definiti con il numero di famiglie allacciate, il consumo massimo per famiglia e la curva coefficiente di contemporaneità / numero famiglie.

Come è noto il coefficiente di contemporaneità delle utenze civili (utenze reali / consumo massimo per famiglia) decresce all'aumentare del numero di famiglie servite.
Progettare la rete supponendo che i prelievi siano uguali i valori medi delle forniture significa sottodimensionare la rete (la rete non sarebbe in grado di garantire le forniture durante i picchi di richiesta).
Viceversa progettare la rete in modo tale che soddisfi la richiesta massima contemporanea di tutte le utenze significa sovradimensionarla in modo esagerato
Per progettare correttamente la rete occorre calcolare il numero di famiglie servite da ogni tronco e applicare il relativo coefficiente di contemporaneità AD OGNI TRONCO.
Se non si tiene conto che il coefficiente di contemporaneità varia lungo la rete si i risultati della simulazione possono risultare inattendibili.
.
Per maggiori dettagli riportiamo il cap. 6.8 del libro "Progetto di una rete di trasporto e di distribuzione del gas (alta, media e bassa pressione)" associato al programma.

Calcolo della criticità della rete
Nella versione Plus il programma consente di calcolare in modo automatico: 

  • l'indice di criticità dei vari elementi, tale indice segnala, sinteticamente, il “peso” della loro messa fuori servizio,
  • le aree di influenza relative alla messa fuori servizio dei vari elementi (cabine di riduzione, tubazioni etc. ),
  • le aree di influenza relative alle rotture delle tubazioni,
  • i nodi “supercritici”  relativi alle rotture delle tubazioni (in tali nodi la pressione prima si abbassa fino allo spegnimento delle fiamme e poi si ripristina su valori superiori alla soglia minima).

Per maggiori dettagli riportiamo il cap. 7  del libro "Progetto di una rete di trasporto e di distribuzione del gas (alta, media e bassa pressione)" associato al programma.

Verifica della topologia e del funzionamento della rete
Prima di procedere ai calcoli si verifica che la rete sia stata definita in modo topologicamente corretto. 
Il programma calcola il regime stazionario della rete anche se i vincoli imposti comportano situazioni fisicamente impossibili (es. pressioni negative, portate negative nelle valvole ..). Il programma provvede, quindi, ad evidenziare queste condizioni facilitando così il compito del progettista.

Algoritmo di calcolo
L'utilizzo della metodologia delle matrici sparse consente di calcolare in modo rapido il regime stazionario di reti anche molto estese.


Connessione ad un sistema cartografico

 

 

Il programma può funzionare in due modi:
  • come programma a sé stante,
  • collegato ad un sistema cartografico.

In questo secondo caso il programma si limita a calcolare il regime stazionario della rete e passare i risultati al sistema cartografico (secondo la metodologia archi e nodi). 

Segnaliamo la società che utilizza il programma ReteGas nei sistemi cartografici che commercializza.

Wallingford  Soncino (Cr) - ing. Alessandro Gallina cell. 3358280930 a.gallina@hrwallingford.co.uk

Dimensioni massime della rete Il programma prevede tre versioni:

1) Versione Plus, completa del calcolo della criticità della rete

2) Versione Enterprise, senza il calcolo della criticità della rete

In ambedue le versioni i limiti sono:

  • numero massimo nodi      20000,
  • numero massimo tronchi  20000,
  • numero massimo sorgenti     200,
  • numero massimo centrali di compressione         200,
  • numero massimo cabine di riduzione                2000,
  • numero massimo perdite di carico concentrate 1000,
  • numero massimo valvole di intercettazione       1200,
  • numero massimo componenti la miscela di gas     12,
  • numero massimo tronchi collegati ad un singolo nodo  20.

3) Versione ridotta, senza il calcolo della criticità della rete e con il numero massimo dei nodi limitato a 400.


Piattaforme Windows 95 e successivi.

Libro allegato 

Progetto di una rete di trasporto e di distribuzione del gas
(bassa, media ed alta pressione)

Il volume (280 pagine), scritto con la gentile collaborazione di Edison Gas ed Enidata:
  • descrive in modo dettagliato le equazioni che descrivono il regime stazionario di una rete gas,
  • riporta alcune delle metodologie utilizzate per la previsione dei consumi,
  • spiega gli algoritmi di calcolo utilizzati,
  • mostra l'utilizzo del programma,
  • riporta in appendice la normativa vigente.

Il libro non è soggetto ad alcun copyright. 
Se alcune parti sono di vostro interesse ne siamo lieti, copiatele pure, ma citate la fonte

Dowload (gratuito) del libro (file word "zippato" 1,2 Mb)

Riportiamo qui di seguito l'indice dei capitoli.

    1.   SOMMARIO

    2.   GRANDEZZE FISICHE E LORO UNITA’ DI MISURA
       2.1   Densità
       2.2   Peso specifico
       2.3   Densità relativa e peso specifico relativo
       2.4   Energia interna
       2.5   Entalpia
       2.6   Calore specifico
       2.7   Pressione
       2.8   Portate
       2.9   Viscosità 
     2.10   Comprimibilità

    3.   STRUTTURA DELLE RETI
       3.1   Tipi di rete
       3.2   Stoccaggi

    4.   PROPRIETA' FISICHE DEI GAS
       4.1   Densità
       4.2   Peso specifico
       4.3   Peso molecolare
       4.4   Gas e vapori
       4.5   Equazione di stato
       4.6   Equazione del viriale
       4.7   Fattore acentrico
       4.8   Correlazione di Pitzer
       4.9   Funzioni residue
     4.10   Entalpia di un gas reale

    5.   IL MOTO DEL GAS
       5.1   Pressione idrostatica
       5.2   Moto permanente
       5.3   Moto laminare e moto turbolento
       5.4   Equazioni fondamentali del moto
       5.5   Perdita di carico dovuta all'attrito
       5.6   Equazione di Fergusson
       5.7   Tubazioni con utenze uniformemente distribuite
       5.8   Equazione di Spitzglass
       5.9   Equazione di Renouard per reti di distribuzione a media pressione
     5.10   Equazione di Renouard per reti di distribuzione a bassa pressione
     5.11   Temperatura del gas nelle tubazioni
     5.12   Centrali di compressione
     5.13   Cabine di riduzione
     5.14   Perdite di carico concentrate
     5.15   Valvole di intercettazione
     5.16   Cenni sulla dinamica del gas nelle tubazioni

    6.   DESCRIZIONE DEL PROGRAMMA
       6.1    Sorgenti
       6.2    Tronchi
       6.3    Velocità del gas
       6.4    Cabine di riduzione della pressione
       6.5    Centrali di compressione
       6.6    Valvole di intercettazione
       6.7    Nodi
       6.8    Utenze
         6.8.1    Utenze concentrate ai nodi
         6.8.2    Utenze distribuite lungo le tubazioni
         6.8.3    Prelievi fissi
         6.8.4    Coefficiente di contemporaneità
         6.8.5    Interazione fra utenze civili
         6.8.6    Portate di compensazione ai tronchi
         6.8.7    Portate di compensazione ai nodi
         6.8.8     Portate di compensazione alle sorgenti
         6.8.9    Calcolo delle famiglie servite dagli elementi
         6.8.10  Un esempio concreto
     6.9      Calcolo della composizione
     6.10    Gas contenuto nella rete

    7.   CALCOLO DELLA CRITICITA' DELLA RETE
       7.1   Premessa
       7.2   Finalità
       7.3   Calcolo della criticità dei vari elementi 
       7.4   Zone di influenza dei fuori servizio 
       7.5   Zone di influenza delle rotture delle tubazioni
       7.6   Rottura delle tubazioni e identificazione dei nodi supercritici 
       7.7   Algoritmo adottato 
       7.8   Tabelle operative  

    8.   PREVISIONE DEI CONSUMI E PROGRAMMAZIONE DEL TRASPORTO
       8.1   Reti di distribuzione: previsione dei consumi
         8.1.1   Utenze termoelettriche
         8.1.2   Utenze industriali
         8.1.3   Utenze civili
       8.2   Reti di trasporto: programmazione del trasporto del gas  
         8.2.1   La programmazione
         8.2.2   Algoritmo di previsione per la tipologia industriale e civile

         8.2.3   Modello industriale
         8.2.4   Modello civile
         8.2.5   Modello ARIMA

    9.   ALGORITMI DI CALCOLO
       9.1   Metodo di risoluzione Newton-Rampson
       9.2   Solutore del sistema linearizzato
       9.3  Schema di flusso
       9.4   Sistema di equazioni
         9.4.1   Calcolo delle pressioni e delle portate
         9.4.2  Calcolo delle composizioni
         9.4.3  Calcolo delle famiglie servite e delle portate di compensazione
       9.5   Matrici sparse

    10.   MANUALE UTENTE
       10.1   Caricamento del programma
       10.2   Dimensioni massime della rete
       10.3   Utilizzo del programma
       10.4   Considerazioni sulla progettazione della rete
       10.5   Impostazione dei numeri
       10.6   Test
       10.7   Elenco delle videate
         10.7.1   Menù principale
         10.7.2   Impostazioni
         10.7.3   File
         10.7.4   Parametri e formule
         10.7.5   Definizione delle utenze civili
         10.7.6   Visualizzazione delle formule adottate
         10.7.7   Composizione della miscela
         10.7.8   Descrizione della rete
         10.7.9   Calcolo
       10.7.10   Risultati
       10.7.11 Stampe
       10.8 Esempio di calcolo

    11.   COLLEGAMENTO AD UN SISTEMA CARTOGRAFICO
        11.1   Chiamata del programma
        11.2   Struttura dei dati in ingresso ed in uscita
          11.2.1   Memorizzazione dei dati tramite data base
          11.2.2   Memorizzazione dei dati tramite foglio Excel
          11.2.2   Memorizzazione dei dati tramite file

    12.   APPENDICE
        12.1   Normativa
        12.2   Richiami di statistica
        12.3   Caratteristiche fisico chimiche
        12.4   Fattori di conversione fra unità di misura

     13.   SIMBOLI UTILIZZATI

     14.   BIBLIOGRAFIA

 

Download Download del programma "demo"

 


Ing. Valerio Tarenzi
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