A MISKOLCI EGYETEM KÖZLEMÉNYEI

Átírás

1 A MISKOLCI EGYETEM KÖZLEMÉNYEI A Sorozat BÁNYÁSZAT 50. KÖTET A Miskolci Egyetem fennállásának 260. évfordulója alkalmából rendezett Jubileumi Tudományos Konferencia Bányászati és Műszaki földtudományi szekcióinak előadásai Miskolc, szeptember 7-8. MISKOLC, 1995

2

3 A MISKOLCI EGYETEM KÖZLEMÉNYEI A Sorozat BÁNYÁSZAT 50. KÖTET Á Miskolci Egyetem fennállásának 260. évfordulója alkalmából rendezett Jubileumi Tudományos Konferencia Bányászati és Műszaki földtudományi szekcióinak előadásai Miskolc, szeptember 7-8. MISKOLC, 1995

4 HU ISSN SZERKESZTŐ BIZOTTSÁG: KOVÁCS FERENC felelős szerkesztő JAMBRIK R., MATING B., STEINER F., TARJÁN I. Kiadja a Miskolci Egyetem A kiadásért felelős: Dr. Palkó Gyula rektorhelyettes Miskolc-Egyetemváros, 1995 Megjelent a Miskolci Egyetemi Kiadó gondozásában Felelős vezető: Dr. Péter József Műszaki szerkesztő: Balsai Pálné A kiadóba érkezett július 17-én. A Sokszorosítóba leadva: augusztus 7-én Példányszám: 300 Készült Develop lemezről, az MSZ és szabványok szerint Miskolci Egyetem Sokszorosító Üzeme A sokszorosításért felelős: Kovács Tiborné üzemvezető BD - ' ME

5 A Miskolci Egyelem Közleményei A. sorozol Bányászai, 50. kötet. Jubileumi Konferencia old. GÁZELOSZTÓ RENDSZEREK SZIMÜLÁaÓJA A 90-ES ÉVEKBEN * CSETE JENŐ Tartalmi összefoglalás A szerző a Miskolci Egyetem Gázmémöki Tanszékén folyó, gázelosztó rendszerek szimulációja témájú K+F tevékenység eredményeit és a téma további kilátásait mutatja be a hazai gázellátás és a gázhálózatok fejlődésével összefüggésben. Dr. Csete Jenő, egyetemi docens, Miskolci Egyetem Kézirat beérkezett június

6 Gázelosztó rendszerek jellemzése 1856, ( ), a magyar gázipar nevezetes dátumai: a városi gáz szolgáltatásának megindítása Budapesten; a földgázfelhasználás kezdete Magyarországon; a városi gázrólföldgázravaló átállás befejezése, azaz a tisztaföldgázkorszak kezdete. A szénből termelt városi gáz elosztó rendszereket elsősorban nagyvárosokban építették a ki, két nyomásfokozatú, közép- és kisnyomású gázelosztás vált tipikussá. A gázelosztó hálózatok jellegzetesen vegyes struktúrájúak voltak, általában több betáplálási ponttal. A városi gázrólföldgázratörtént átállás a gázelosztó hálózatok eredeti struktúráját nem változtatta meg, hanem lényegesen kiterjesztette méreteiket, és a rendszerek energiaszállító képessége a gáz nagyobb nyomása és fűtőértéke következtében szignifikánsan megnőtt [1]. A 60-as évektől folyamatosan nagyszámú új település kapcsolódott be a vezetékes földgázszolgáltatásba, a hazai gáziparban új korszak kezdődött. A városokban a városi gázról földgázra átállított gázelosztó rendszerek továbbra is két nyomásfbkozatúak maradtak, bar középnyomású és bar kisnyomású hálózatok üzemelnek hierarchikus felépítésben. A rendszerek betáplálási pontjai a gázátadó állomás(ok) általában közvetlenül a települések határán helyezkednek el. A gázszolgáltatásban a 80-as - 90-es években bekapcsolt, a gázszállító vezetékektől távolabb fekvő, kis hősűrűségű települések gázellátó rendszerei a következőkkel jellemezhetők: egy, a szállító vezeték közelébe telepített gázátadó állomásról bokorszeruen felfűzött település csoport külterületen fekvő nagyközépnyomású rendszeren át kap gázt. A nagyközépnyomású vezetékek névleges üzemnyomása általában bar. A települések határában gázfogadó állomásokon a gáz nyomását maximum 3 bar-ra szabályozzák, és a település belterületén középnyomású gázellátást valósítottak meg. Mind a nagyközép-, mind a középnyomású hálózatok struktúrája általában egy forrásponttal táplált sugaras kialakítású. A sugaras szerkezetet elsősorban a gazdasági kényszerből származó optimumra törekvés indoklota. A vezetékes gázellátásba bekapcsolt települések száma az 1. ábrán látható. 86

7 8 fc Et 2 S 2Í 2 2 0> OJ (n 0) 0> 0> 0) 0> /.Ära A vezetékes gázellátásba bekapcsolt települések száma A gázelosztó hálózatok számának és méretének növekedése, a gáz iránti fokozódó igény előtérbe helyezte, a személyi számítógépek megjelenése és tömeges elterjedése pedig lehetővé tette a gázhálózatok szimulációját. Gázelosztó rendszereknél szimuláció alatt a gázhálózat áramlási viszonyainak leképezését, elsősorban a gázáramok, a nyomások, áramlási sebességek és más hidraulikai paraméterek számítását értjük. Új rendszerek tervezésénél és üzemelő hálózatok vizsgálatánál, fejlesztésénél és bővítésénél kiemelt fontosságú a minimális nyomású pont, valamint a maximális áramlási sebesség helye és nagysága. Egy gázvezeték hidraulikai számításának alapösszefüggése a múlt század közepe óta ismert [2]. Gázhálózatok hidraulikai viszonyainak számítási algoritmusai, a nem-lineáris egyenletek megoldási módozatai szintén évtizedek óta ismertek [3,4, 5]. Egy csővezeték áramlási viszonyainak számításától a több nyomásfokozatú, összetett struktúrájú gázelosztó hálózat rendszerszemléletű szimulációjáig vezető út egy több, mint két évtizedes következetes és sikeres K+F tevékenység története a Miskolci Egyetem Gázmérnöki Tanszékén (korábban: Olajtermelési Tanszék) [6,7]. 87

8 Korszakhatára szimulációban - a személyi számítógépek megjelenése Gázelosztó rendszerek szimulációjának helyzetét, alkalmazhatóságát a rendelkezésre álló hardver alapvetően meghatározza. A személyi számítógépek (továbbiakban: PC-k) megjelenése a magyar gáziparban a szimulációs technikában korszakhatárt jelentett. A PC-k megjelenése előtt a következők jellemezték a gázhálózat számítást: kevés számú nagy központi számítógép működött; számítógépek és a gázelosztó rendszerek egymástól földrajzi és átvitt értelemben egyaránt távol üzemeltek egymástól; a számítógépeket és a gázelosztó hálózatokat üzemeltető szakemberek érdekei nem estek egybe; nehézkes, kötegelt adatkezelésű, rugalmatlan, kezdetleges egyedi szoftverek készültek; nem volt know-how és tapasztalat a gázhálózat számításban; sem valós igény, sem valós lehetőség nem létezett gázhálózatok szimulációjára. A PC-k megjelenése és gyors elterjedése után a következő jellemzőkfigyelhetőkmeg: nagy számú személyi számítógép működik; a számítógépeket közvetlenül a gázszolgáltatóknál használják; a számítógépet kezelő és a gázelosztó hálózatot üzemeltető szakemberek érdekei között a távolságok lényegesen csökkentek; interaktív és rugalmas szoftverek kerültek piacra; üzemszerűen kipróbált, hatékony és oktatott know-how vált közismertté; rendeleti kényszer és műszaki - gazdasági igény egyaránt kialakult gázelosztó hálózatok szimulációjára. Interaktív szimulációs szoftverek A 80-as évek magyar gáziparát Commodore-64 típusú kis teljesítményű, nem műszaki számítások céljára kialakított számítógépek uralták. A C-64-esek nagy száma és széleskörű gázipari 88

9 alkalmazása ugyanakkor lehetővé tette, hogy a Miskolci Egyetemen kidolgozásra kerüljön az első hazai interaktív gázhálózat szimulációs szoftver. Az alapozás és az első tapasztalatszerzés után az igazi áttörés a 80-as évek végén következett be. A C-64-es gépeket korábban elképzelhetetlen rövid idő alatt felváltották az egyre nagyobb teljesítményű IBM kompatibilis személyi számítógépek. A 90-es évek első felére már a magyar gáziparban a PC-k mindennapos munkaeszközzé váltak, és ennek természetes folyamodványaként piacra került az első magyar PC-re írt, interaktív, rugalmas, tesztelt gázelosztó hálózatok hidraulikai számítására alkalmas DIGAS szimulációs szoftver [8]. A tanszéki K+F munka következő konkrét redménye a komplex tervezd és szimulációs funkciókat ellátó DIPLAN szoftver megjelenése volt ban [9]. A szimulációs szoftverek mindennapos gázipari alkalmazásához jelentősen hozzájárult, hogy a szimulációs technika a gázmérnöki tananyag szerves részévé vált, továbbá nagy szerepet játszottak azok a mérnöktovábbképző tanfolyamok, melyeket a tanszele között tartott. A tanfolyamokon 274 felsőfokú végzettségű gázipari szakember vett részt, és a szimulációs technika a tanfolyamok anyagában kitüntetett helyet kapott. Jelentős tényező volt az is, hogy a gázszolgáltatásért akkor felelős OKGT 1986-ban rendeletben írta elő: települések gázellátási tanulmánytervéhez hálózat szimulációs számításokat kell csatolni. A személyi számítógépek viszonylag olcsók voltak a gázszolgáltatóknak, a tanszéken kidolgozott interaktív szimulált szoftverek pedig könnyen érthető és kezelhető volt a szolgáltatós szakembereknek. így mind az objektív, mind a szubjektív feltételei teljesültek a szimulációs technika bevezetésének a hazai gáziparba. A könnyen érthető és kezelhető interaktív szimulációs szoftverek egyértelműen a tanszéki kutató - fejlesztő munka eredményei voltak. A szakirodalomból ismert hidraulikai alapösszefüggésekből a K+F munka során kellett általánosan használható algoritmust felállítani, és meg kellett találni a gázelosztó rendszerek struktúrájának leírására, a kapcsolódó rendszerelemek (csővezeték szakaszok és csomópontok) megadására alkalmas és célszerű modellt. A hálózati struktúra klasszikus mátrixos leírásától a Kirchhoff törvények dualitásának felhasználásával jutottunk el az áramlási egyenletek egyszerűbb és számítási szempontból hatékony leírásáig. Eredményesen oldottuk meg a sok zérus elemet tartalmazó mátrixok tömörítését, melyre elsősorban memóriatakarékosságból, és ezen keresztül a vizsgálható gázrendszer méreteinek növelése céljából volt szükség. Az elkészült szimulációs szoftvereket 89

10 'nyúzópróba" és 'hitelességi vizsgálatok" után mért üzemi adatokkal teszteltük, és részben a fejlesztési munkával párhuzamosan, részben az elkészült szoftverek gyakorlatban való alkalmazása során kialakítottuk a gázelosztó hálózatok szimulációjának módszertanát. Bevezettük a 'ha - akkor" típusú feladatmegoldást a gázipari szimulációs gyakorlatban. A szimulációs technika elmélete és gyakorlata önálló tananyag résszé vált gázipari graduális és posztgraduális képzésünkben. Az 1989-re elkészült DIGAS szoftver interaktív és felhasználóbarát. Külön ki kell emelni az adatbevitel rugalmasságát és a nagyméretű gázhálózatok feldolgozásánál rendkívül hatékony szelektív eredménykezelést. A DIGAS szoftvert mind az öt magyar regionális gázszolgáltató eredményesen bevezette a mindennapi gyakorlatába. A szoftver sikere - a szoftver kézenfekvő erényei mellett - annak volt köszönhető, hogy a gázszolgáltatók már kedvező tapasztalatokat szereztek a személyi számítógépekre írt tanszéki programok használatával, és a 90-es évek elejére a gázszolgáltatóknál dolgozó gázmémökök száma számottevőre növekedett. Ezek a gázmémökök már egyetemi taulmányaik során elsajátították a DIGAS használatával kapcsolatos ismereteket. A szoftver sikerének egyik sajátos bizonyítéka, hogy rövid idő alatt széles körben illegálisan használni kezdték. A DIGAS - mint szimulációs szoftver - alkalmas gázelosztó hálózatok állandósult áramlási viszonyainak leképezésére, és ezáltal gázelosztó rendszerek indirekt tervezésére. Az 1. ábrán a gázszolgáltatásba bekapcsolt települések száma látható között az új rendszerek döntő többségét a C-64-re írt tanszéki szimulációs programmal méretezték után ezt a funkciót a DIGAS vette át, az abban az időszakban készült gázellátási tanulmánytervek mellékletét a DIGAS szoftver eredménylapjai képezték. Üzemelő gázhálózatok hidraulikai vizsgálatára, szimulációjára azokban az években - ismereteink szerint - ritkán került sor. Új gázelosztó rendszerek tervezése dominált, és ennek kapcsán született az új igény egy interaktív gázhálózat tervező programra. A fejlesztés és a továbblépés az eddigi tanszéki szimulációs tapasztalatok és eredmények alapján történt. A rendszertervezési metódus a Stubbs - Thompson [10] elvre épült. Lényeges új feladat volt a csőszakasz kiválasztási algoritmusának megalkotása a minimális nyomású csomóponthoz vezető maximális áramlási úton [8]. Speciális megoldást igényelt a szabványos csőátmérő sor miatt a rendszer túldimenzionálásának elkerülése. A szoftver gyakorlati alkalmazhatóságának előfeltétele volt továbbá, hogy a homogén KPE csővezeték rendszereken belül mód legyen a P-6 és P-10 jellemzoju csövek egyidejű alkalmazására a gáztársaságok műszaki - biztonsági előírásainak megfelelően. 90

11 A tanszéki K+F munka eredményeként került forgalomba a DIPLAN tervező szoftver, melyet a kézirat elkészítésének időpontjáig egy regionális gázszolgáltató és két vállalkozás már használ a mindennapi gyakorlatban. A DIPLAN szoftver két számítási blokkot tartalmaz: a tervezési blokkot és az elemzési blokkot. A második blokk a DIGAS-ra épül, a DIGAS adatállományokkal felülről kompatibilis. Előrejelzés a következő 10 évre A Gázmérnöki Tanszék sikeres K+F tevékenysége gázelosztó hálózatok szimulációja területén 1995-ben nem fejeződik be. A téma és a kapcsolódó területek kilátásait a következő pontokba foglalhatjuk össze: aföldgáziránti igény a következő években fennmarad, a gázfelhasználás növekedni fog [11,12], a növekmény részben a gázzal már ellátott településeken a telítettség emelkedéséből, részben új települések bekapcsolásából adódik majd össze, 2000-ig új gázelosztó rendszereket fognak létesíteni, ezek hidraulikai tervezéséhez alkalmas és célszerű eszköz a DILPAN szoftver, a még meg nem valósult gázelosztó rendszerek már elkészült tanulmányterveit felül kell vizsgálni, új hidraulikai számításokat kell végezni, mert 1994-ben a nagyközépnyomású tartomány felső határát 10 bar-ról 25 bar-ra, a középnyomású tartomány üzemnyomását 3 bárról 4 bar-ra emelték fel, a PC-k száma és teljesítménye tovább növekszik, használatuk még általánosabbá válik az évtized második felében, a nagyobb PC kapacitások előtérbe hozzák a gázhálózatok grafikus megjelenítése iránti igényt és lehetőséget, gázszolgáltatóknál felmerült az igény a szimulációs szoftverek és a ma még kezdeti fázisban lévő gázhálózatok térinformatikai rendszerének összekapcsolására. Mindezen új K+F feladatokat és egyben új kihívásokat jelentenek a Gázmérnöki Tanszék munkatársai számára az előttünk álló időszakban. 91

12 Köszönetnyilvánítás A szerző ezúton mond köszönetet Dr. Tihanyi László egy. docensnek és Dr. Bódi Tibor egy. adjunktusnak, hogy hozzájárultak a közös K+F munka eredményeinek publikálásához. Irodalomjegyzék [1.] Vida M. főszerk.: Gáztechnikai kézikönyv. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1991 [2.] Darcy, H.: Les fontaines publiques de la ville de Dijon. Paris, Dalmont, 1856 [3.] Cross, H.: Analysis of network of conduits or conductors urban. Bull, of Univ. Illinois, 286., 1936 [4.] Fincham, A. E.: Areviewof computer programs for network analysis. The Gas Council, Research Communication, GC 189, London, 1971 [5.] Bobok, E: Fluid mechanics for petroleum engineers. Elsevier, Amsterdam, 1993 [6.] Csete J.: Kisnyomású gázelosztó hálózatok hidraulikai elemzésének metodikája. Energiagazdálkodás, XX. évf., szám, [7.] Tihanyi L.: A számítógépes gázhálózat-tervezés néhány kérdése. Kőolaj és Földgáz, 15. (115.) évfolyam, 3. szám, március, [8.] Csete, J.: Simulation of gas distribution systems. UN/ECE-IGU Symposium on the Use of Computers for Gas Transmission and Distribution Systems, Budapest, 1990 [9.] Tihanyi L. - Bódi T. - Csete J.: A DIPLAN interaktív gázhálózat tervező szimulációs modell. Miskolci Egyetem, 1993 (kézirat) [10.] Stubbs, C. W. - Thompson, P. D.: Designing gas distribution networks by computer. Manchester District Junior Gas Association, Liverpool, 1969 [11.] LakliaT.: A hazai kommunális földgázpiac. Magyar Energetika, 1994/4.,

13 [12.] Boros E.: Aföldgáztárolásszerepe és perspektívája a magyarföldgázellátásban. Gázkereskedelmi Konferencia, Tihany,

14 TARTALOMJEGYZÉK Dr. Takács, G., Udvardi, G., Turzó, Z.: A segédgázos termelés korszerűsítésének lehetőségei az algyői mezőben 3 Heinemann, Z., E., Ganzer, L.,J.: Adaptive grid and dual-time stepping for multi-purpose reservoir simulation models 11 Lakatos, 1., Lakatos-Szabó, J.,Munkácsi, I., Trömbőczky, S.: Profile correction in hydrocarbon reservoirs state-of-art and experiences at the Algyő field 27 Gesztesi, Gy., Dr. Mating, B Dr. Török, J., Dr. Tóth, J.: Flow of mobilized oil in surfactant enhances oil recovery 37 Ősz, Á.: Vízszintes fúrások kitörésvédelme, 47 Keresztes, T., ősz, Á., Pugner, S.: Korszerű fúrásellenőrző és -irányító műszerkabinok a szénhidrogén-bányászatban 59 Bódi, T.: Gyűjtőrendszer optimális telepítési helyének meghatározása számítógéppel 69 Dr. Bobok, E., Dr. Navratil, L., Tőrök, A., Udvardi, G.: Nehézolajok vízágyas szállításának egyszerű matematikai modellje 79 Csete, J.: Gázelosztó rendszerek szimulációja a 90-es években 85 Tihanyi, L.: Az Olaj- és Gázmérnöki szak képzési tapasztalatai és perspektívái 95 Dr. Szilágyi, Zs.: Az új gázipari műszaki-biztonsági szabályozás szakmai, tudományos alapjai 105 Komornoki, L P.: Increasing fh<» rapacity of 0.6 MPa working pressure gas distribution net, constucted from 1.6 MPa nominal pressure elements 109 Sztermen, A.: Subjective and objective risk assessment 117 Eperjesi, L.: Vezetékszakadások esetén kiáramló gáz mennyiségének becslése a végtelen nagy tartály modelljével 125 Debreczeni, E.: Pneumatikus szállítással kombinált marófej kifejlesztése a Geotechnikai Berendezések tanszéken 133 Dr. Debreczeni, E., Sümegi, L: Vízsugaras vágási kísérletek a Geotechnikai Berendezések tanszéken 145 Patvaros,J.: Möglichkeiten zur vielsteigen Nutzung von flözen mit grossem MethangehalL 155 Dr. Vőneky, G.: Textilbetétes gumiheveder rugalmas deformációja 165 Jambrik, R.: Environmental effects of closing the non-ferrous ore mine of Gyöngyösoroszi

15 Lénán, L.: A Bükk-térség fenntartható vízkészlet-gazdálkodása 191 Mádai, F.: A bükki mészkövek szöveti fejlődése a nyomási ikeresedés vizsgálata alapján 201 Dr. Bán, M.: Hévizek karbonátos vízkőkiválásainak termikus vizsgálata 213 Kovács, Zs.: Miskolci felhagyott kőfejtők környezetföldtani értékelése 221 Dr. Egerer, F., Namesánszki, K.: Ércpörkölés technológiai folyamatának optimalizálása röntgendiffrakcióval 231 Dr. Egerer, F., Kósik, G., Namesánszki, K.: Hulladéklerakók környezetföldtani problémái (Egy ipari hulladéklerakó környezetföldtani hatásvizsgálata) 237 Sándor, Cs., Kovács, B Szabó, /.; Süllyedés-számítás depóniatestek alatt 245 Dr. Somfai, A., Dr. Szalay Á., Dr. Bérczy, I.: Kőolajföldtani szempontú medenceanalízis 255 Szűcs P., Robonyi, A.: An applicable formation damage model in sandstone petroleum reservoirs 267 Turai, E.: Felszínközeli környezetszennyezések elektromágneses módszerekkel történő kimutathatóságának a vizsgálata 275 Némedi Varga, Z.: A mecseki kőszénkutatás eredményessége