Desarrollo de una herramienta computacional para el dimensionamiento de gasoductos y redes de distribución de gas

Abstract

El presente estudio muestra el desarrollo de un modelo de balance de nodos solucionado por teoría linear que permite la simulación de redes de transporte y distribución de gas en estado estacionario considerando régimen isotérmico, este modelo incluye el cálculo de propiedades del gas, pérdidas de presión en accesorios por el método de las tres K, pérdidas de cabeza por válvulas de seguridad y válvulas de control y la curva característica de un equipo de compresión cuando es requerido. Adicionalmente, un modelo de optimización es implementado, el cual utiliza un algoritmo de tipo evolutivo que permite hallar la combinación de diámetros de tubería, válvulas y compresores (en caso que estén presentes en la red) que minimiza el valor de una función objetivo de costo anualizado que tiene en cuenta costos de capital y costos operativos de la red. Posteriormente, los dos modelos implementados se utilizan para desarrollar una herramienta computacional que permite tanto el modelado de redes de gas como la minimización de los costos asociados a la construcción y operación de estas. Finalmente, se resuelven ejemplos de redes estudiadas en la literatura y diseñadas a nivel industrial obteniéndose resultados satisfactorios al aplicar los modelos desarrollados.

Abstract. This research shows the development of a nodal balance model solved by linear theory that allows to simulate distribution and transport gas network in steady state considering isothermal regime. This model includes gas properties calculation, fitting losses by three-K model, head losses of safety relief valves and control valves, and the compressor map when pressure supply is required. In addition, an optimization tool is implemented, which uses an evolutionary algorithm that is able to find such a combination of diameters of pipe, valves and compressors (if they are present in network) that minimize the value of an annualized cost objective function that takes in count capital cost and operating cost of network. Then, these two models are used to develop a computational tool that permits both, the gas network modeling and minimizing the cost associated with construction and operation of this. Finally, examples of networks studied in literature and designed in industrial level are solved using these two models achieving satisfactory results.