Von Tom DeWitte und Tom Coolidge
Innerhalb jedes druckbeaufschlagten Rohrleitungsnetzes, sei es Erdgas, gefährliche Flüssigkeiten, Wasser oder Fernwärme, gibt es eine oder mehrere Druckzonen. Druckzonen sind grundlegend für die Planung und den Betrieb von druckbeaufschlagten Rohrleitungsnetzen. Eine formale Definition beschreibt eine Druckzone als eine eindeutige Teilmenge des Rohrleitungsnetzes, in der ein minimaler und maximaler Druckbereich durch druckregelnde Geräte aufrechterhalten wird. Doch diese Definition einer Druckzone zu kennen, ist nicht dasselbe wie das Verständnis einer Druckzone.
Verständnis einer Druckzone
Das Verständnis einer Druckzone hat unterschiedliche Bedeutungen innerhalb einer Organisation, die für die Verwaltung eines druckbeaufschlagten Rohrleitungsnetzes verantwortlich ist. Systemplaner benötigen ein Verständnis der Kapazität der Druckzone und der Last von Kunden, die die durch das Rohrleitungsnetz transportierte Ware verbrauchen. Hydraulikingenieure müssen die Kapazität, Last, Anlagen, Warenfluss und die Art der Kunden verstehen, die von der bereitgestellten Dienstleistung abhängig sind. Integritätsingenieure benötigen ein Verständnis der Anlagen der Druckzone und deren Eigenschaften. Betreiber des Systemkontrollzentrums müssen den Standardbetriebsdruck und den aktuellen maximal zulässigen Betriebsdruck (MAOP) verstehen. Für viele andere innerhalb der Organisation bedeutet es, die Ausdehnung der Druckzone visuell zu sehen. Angesichts dieser breiten Palette dessen, was es bedeutet, eine Druckzone zu verstehen, wie erreicht eine Organisation dieses Verständnis?
Definition der Druckzone
Die Notwendigkeit, ein Inventar der Anlagen zu erstellen, die eine bestimmte Druckzone bilden, ist grundlegend für all diese verschiedenen Aspekte des Verständnisses einer Druckzone. Aus Softwaresicht bedeutet dies die Nutzung von Software, die eine Druckzone bestimmen kann. Diese Bestimmung basiert darauf, wie die Rohrleitungen verbunden sind, dem Wissen über den Standort der druckregelnden Geräte und einem Verständnis der Hochdruck- und Niederdruckseite dieser druckregelnden Geräte. Mit diesem Verständnis der Komponenten einer Druckzone fügt man etwas Softwarelogik hinzu, um den Warenfluss zu definieren, und man kann nun eine Druckzone definieren.
Innerhalb von ArcGIS wird die Fähigkeit zur Bestimmung einer Druckzone als ArcGIS Utility Network bezeichnet. Das Ergebnis der Anwendung dieser Fähigkeit für Druckzonen ist die Erstellung eines Druck-Subnetzwerks.
Die Definition eines Druck-Subnetzwerks innerhalb von ArcGIS erzeugt mehrere Informationspunkte zur Unterstützung des Verständnisses der Druckzone. Diese Hilfsmittel sind:
- Erstellung einer dauerhaften grafischen Darstellung der Druckzone.
- Einfügen des Namens der Druckzone in jede Anlage innerhalb der Druckzone.
- Tabellierung von Mengen der identifizierten Anlagen, wie Anzahl der Zähler und Anzahl der Ventile.
- Durchführung von ingenieurtechnischen Berechnungen zur Bestimmung des MAOP für die Druckzone.
Dieses Inventarisieren, Tabellieren, Berechnen und Visualisieren bietet Rohrleitungsorganisationen die Grundlage zum Verständnis der Druckzone.
Verständnis der Kapazität einer Druckzone
Eine häufige Ableitung aus der Darstellung des Druck-Subnetzwerks ist die Tabellierung des Volumens innerhalb der Druckzone. Das Wissen um das Rohrvolumen einer Druckzone war historisch gesehen die größte Herausforderung bei der genauen Bestimmung des Standardbetriebsdrucks bzw. der Menge an Ware innerhalb dieses Teilnetzwerks von Rohren. Für ein einzelnes Rohrsegment ist das Tabellieren des Volumens eine Übung im Erinnern an die Geometrieformel für einen Zylinder aus dem Schulunterricht. Diese Formel nutzt den Durchmesser und die Länge des Rohrs. Diese geometrische Berechnung tausendfach für jede Verteilungsleitung und Versorgungsleitung innerhalb der Druckzone zu wiederholen ist für Menschen schwierig. Für einen Computer ist es eine einfache Berechnung.
Mit dem automatisch tabellierten Volumen für die Druckzone besteht der nächste Schritt darin, das Ideal Gasgesetz anzuwenden sowie einige warenspezifische Werte zu verwenden, um Masse und Energie zu bestimmen, die in der Druckzone gespeichert sind.
Ein Arcade-Skript innerhalb eines Pop-ups kann diese Berechnung leicht sowohl für den Standardbetriebsdruck als auch für den maximal zulässigen Betriebsdruck durchführen. Das Ergebnis dieser Tabellierung jederzeit verfügbar zu haben, wenn ein Benutzer ein Pop-up einer Druckzone in einer Webanwendung oder mobilen Karte öffnet, spart Ingenieuren und Systemkontrollbetreibern erheblich Zeit.
Verständnis der Anlagen einer Druckzone
Sobald die ArcGIS Utility Network-Funktionalität eine Druckzone definiert hat, aktualisiert sie den Namen der Druckzone in allen verfolgten Anlagen (Rohrabschnitte, Ventile, Armaturen, Kundenmessgeräte usw.).
Diese Zuordnung des Namens der Druckzone zu jeder Anlage vereinfacht nachfolgende Abfragen von Anlagen in der Druckzone, die häufig in der Kapitalplanung verwendet werden, wie zum Beispiel:
- Durchschnittliches Alter des Rohrs
- Länge des Rohrs nach Material
- Länge des Rohrs nach Größe
Verständnis des Druckbereichs einer Druckzone
Kernpunkt bei der Verwaltung eines sicheren und zuverlässigen druckbeaufschlagten Rohrleitungsnetzes ist das Wissen um den maximalen Betriebsdruck, bei dem das Gasversorgungsunternehmen die Druckzone sicher betreiben kann. Für die meisten Branchen ist dieser Wert als MAOP (Maximum Allowable Operating Pressure) bekannt. Dieser Wert ist anlagenbezogen und variiert über die Tausenden von Anlagen innerhalb einer einzelnen Druckzone hinweg. Der MAOP einer Druckzone wird durch das schwächste Glied aller Anlagen in dieser Zone definiert. In Softwarebegriffen bedeutet dies die Anwendung einer Minimumfunktion auf alle individuellen MAOP-Werte der Anlagen in der Druckzone, um den niedrigsten Wert zu finden. Die ArcGIS Utility Network-Funktionalitäten können diesen ingenieurtechnischen Wert automatisch tabellieren als Teil der Definition der Druckzone.
Mit dem nun automatisch definierten und von ArcGIS gepflegten MAOP wird bei Installation einer neuen Anlage innerhalb der Druckzone und Festlegung ihres individuellen MAOP-Werts die Software den MAOP-Wert der gesamten Zone entsprechend anpassen.
Kombiniert man die Berechnung des MAOP mit der Tabellierung des Volumens für eine Druckzone, ermöglicht dies die Berechnung des maximalen Line Packs. Line Packing ist ein Begriff aus der Erdgasindustrie für das Erhöhen der Gasmassenmenge innerhalb einer gegebenen Druckzone. Line Packing wird durch Erhöhung des Betriebsdrucks erreicht. Eine Erhöhung darf den MAOP nicht überschreiten. Betreiber im Kontrollraum nutzen diesen Wert zur Einschätzung, wie viel zusätzliche Masse im Rohrleitungsnetzwerk einer Druckzone untergebracht werden kann in Erwartung eines prognostizierten Anstiegs bei Kundennachfrage.
Verständnis des Ausmaßes einer Druckzone
Die Möglichkeit, eine visuelle Darstellung der Druckzone zu sehen, ist ein weiteres Produkt davon, dass das ArcGIS Utility Network eine Druckzone definiert.
Die Fähigkeit, das Ausmaß einer Druckzone zu sehen, ist entscheidend dafür, dass Mitarbeiter eines Versorgungsunternehmens ihre Fragen beantworten können. Typische Fragen umfassen:
- Notfallereignisse: Welche Druckzonen werden von Waldbränden und Überschwemmungen betroffen sein?
- Planung: Welche Druckzone versorgt die Adresse eines potenziellen neuen Kunden?
- Ingenieurwesen: Bei Planung einer Systemänderung – wie groß ist das Ausmaß der betreffenden Druckzone?
Verständnis des Kundenstamms einer Druckzone
Mit genau definierter Druckzone können geospatiale Analysemethoden angewandt werden zur Identifikation und Inventarisierung von Kunden innerhalb dieser bestimmten Zone. Als Beispiel kann eine Pufferung von Kundenmessgeräten mit dem Namen der Druckzone verwendet werden zur Abfrage des USA Structures Living Atlas Feature Layers zur Tabellierung wertvoller Informationen wie:
- Anzahl von Krankenhäusern
- Anzahl der Schulen
- Anzahl der Kunden mit eingeschränkter / begrenzter Mobilität
- Anzahl der Kundentypen (Wohngebiete, Gewerbe, Industrie, Regierung)
Dies bietet sofortige Klarheit über die von der pressure zone bediente Kundenbasis. Diese Klarheit hilft Koordinatoren von Notfallereignissen, Ingenieuren und Planern.
Alles zusammenführen
Historisch gesehen waren die in diesem Artikel erwähnten Informationen über die vielen Datensilos, Tabellenkalkulationen und das Wissen einzelner Mitarbeiter einer Organisation verstreut. Die Nutzung von ArcGIS und seiner ArcGIS Utility Network-Funktionalität zur Definition der pressure zone bringt diese Informationen zusammen. Diese Zusammenführung von Informationen und deren Präsentation in einer leicht verständlichen Weise verwandelt die Definition einer pressure zone in das Verständnis einer pressure zone.
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