Analyse des dynamischen Verhaltens gasförmiger Energieträger in multiverzweigten Rohrnetzwerken

Abstract

Bei der Optimierung ihrer Prozesse stützt sich die Industrie immer mehr auf numerische Methoden. Dabei werden komplexeste Prozesse mittels einer Vielzahl an Programmen abgebildet. Nach der Modellbildung und Simulation werden die Ergebnisse analysiert und bewertet. Die Ergebnisse im Betrieb umzusetzen, stellt den letzten Schritt in der Kette dar. Diese Arbeit analysiert den Gasverbund eines integrierten Hüttenwerks. Dabei wird zu- nächst analysiert wie ein integriertes Hüttenwerk aufgebaut ist und aus welchen Anlagen es besteht. Im Zuge dieser Analyse treten Fragestellungen auf, mit denen sich Betreiber des Hüttenwerks immer wieder konfrontiert sehen. Die Fragestellungen gehen dabei von der Analyse einfacher Betriebsstörungen bis hin zu möglichen Kettenreaktionen zufolge eines Ausfalls einer groÿen Anlage. Des Weiteren handelt es sich bei einem modernen Hüt- tenwerk um einen über Jahre entstandenen Anlagenverbund, der fortwährend Änderungen ausgesetzt ist. Bei, aus diversen Gründen, notwendigen Anlagenänderungen (Werksent- wicklungen) stellt sich zumeist die Frage wie sich das Netz bzw. der Anlagenverbund nach den Umbauten darstellt. Welche Änderungen verursachen eine bestimmte Maÿnah- me? Kommt es zu der erwünschten Verbesserung einer bestimmten Situation? Wurde etwas übersehen das zu Problemen führt? Eine Änderung des Netzwerkes kann des Weiteren zu der Frage führen, ob bestimmte Ag- gregate nach wie vor notwendig sind. Wurden durch den Umbau Ressourcen geschaen, die beispielsweise den Betrieb eines Verdichters erübrigen? Für diese und andere Fragen werden Modelle eingesetzt. In dieser Arbeit werden Modelle, die die Gasnetze eines Hüttenwerks abbilden, präsen- tiert. Sie wurden in enger Zusammenarbeit mit einem Hüttenbetreiber erstellt und stellen somit keine fiktive Anlage dar, sondern analysieren ein konkretes Hüttenwerk. Einige Fra- gestellungen wurden formuliert und mittels des Modells, nach umfangreicher Validierung, analysiert. Die Ergebnisse wurden mit dem Betrieb bewertet und gegebenenfalls direkt in der Anlage umgesetzt. Bei der Optimierung wurde dabei kein streng mathematischer Ansatz gewählt. In der Arbeit werden 3 verschiedene Methoden untersucht, die für eine mathematische Opti- mierung in Frage kommen würden. Dies stellt sozusagen einen Ausblick dar. Einige der Methoden wurden bereits angedacht und deren Umsetzung steht zur Diskussion. Bei der Optimierung stellt sich selbstverständlich auch die Frage der Bewertung der Güte eines Ergebnisses. Es stellte sich im Zuge der Arbeit heraus, dass dies keine einfach zu beant- wortende Frage darstellt. Zu diesem Zweck wurden zwei Kennzahlen entwickelt, die ein Ergebnis objektiv hinsichtlich Fackel- und Druckverlusten bewerten. Die Kennzahlen stel- len dabei nur einen Aspekt der Bewertung dar, einige geforderte Parameter können nur schwer mittels Zahlen bewertet werden

To optimize their processes the industry more and more uses numerical me- thods. A lot of dierent complex processes can be reproduced by using die- rent specific simulation tools. After modeling and simulating, the results can be analyzed and evaluated. The results then have to be implemented into the real plant. In this work an integrated iron and steel plant will be analyzed. In the first instance the integrated iron and steel works will be described. How is the steel works build on and which are the main facilities of the integrated steel work. In this context some questions for the plant operator, appeared. What happens in case of breakdown of a site? Can chain reaction occur? Todays integrated iron and steel works were not build in a day. They are historical grown and still underlay a continuous change. What inuence to the integrated steel works will modifications to the plant have? Will the expected impact occur? Maybe some detail was not taken into account. Was everything considered during the modification? Some net modifications might lead to more net capacity. Is it possible to shut down any compressor because of the new capacity? For all these and of course other questions the model should be used to find the correct and best answer. In this work dierent models to simulate dierent situations in integrated steel works will be presented. They have been developed in tight cooperation with an industrial partner. The developed models represent a real integrated steel works and are not only from theoretical interest. Some current questions have been analyzed. The results are also presented in this PhD thesis. These results have been evaluated together with our partners. Changes or modifications have directly been implemented into the real plant. For optimizing, an heuristic approach has been chosen. Some mathemati- cal methods were investigated, and presented as an opportunity for further improvement. During the discussion about optimization another interesting question occurs. How can results objectively be compared? Therefore two in- dices have been developed to quantify the are- and pressure losses in the distribution system.