Programm

SALT

Voraussetzung:

Betriebssystem Windows 95 oder höher

Programmgröße 140 KBytes

Programmentwicklung

Dr. Ing. Ulrich Röhr

22117 Hamburg

Glitzaweg 17a

Tel. 040/7126833

Übersicht

1.Wozu dient das Programm?

2.Programmanwendung

3.Aufbau der Eingabedatei

4.Ergebnisse

5.Kavernenform

6.Berechnung der Hohlraumentwicklung

7.Indirektes Solen

8.Gebirgsmechanik

9.Daten speichern

10.Daten einlesen

11.Berechnungsgrundlagen

12.Tastenbelegung

1.Wozu dient das Programm?

Das Programm SALT dient zur Planung und Überwachung von Hohlräumen im Salz. Es simuliert den Solvorgang bei der Erstellung von Kavernen.

Was berechnet das Programm?

· 1.Das Hohlraumvolumen abhängig von der Zeit

· 2.Den Feststoffanfall.

· 3.Den Salzgehalt der Sole.

· 4.Die Kavernendurchmesser.

· 5.Die Hohlraumform.

Wozu kann das Programm eingesetzt werden?

· 1.Zur Planung des Solvorganges.

· 2.Zur Festlegung der Solrate.

· 3.Zur Festlegung der Solstufen mit Windeneinsätzen.

· 4.Zur Ermittlung des Zeitbedarfes für die Solung.

· 5.Zur Festlegung der Termine für die Hohlraumvermessung.

· 6.Zur Überwachung des Solvorganges.

· 7.Zur Berechnung der gebirgsmechanisch maximal zulässigen Hohlraumform

2.Programmanwendung.

Für die Anwendung wird folgendes Vorgehen vorgeschlagen:

· 1.Start des Programmes

· 2.Aufbau einer Eingabedatei bzw.

· 3.Einlesen einer Eingabedatei

· 4.Ändern der Eingabedaten

· 5.Auswahl der gewünschten Berechnung

· 6.Ansehen der Ergebnisse in Tabellenform oder als Grafik

· 7.Abspeichern der Eingabedaten

· 8.Abspeichern der Ergebnisse

· 9.Programm beenden

3.Aufbau der Eingabedatei.

Nach dem Programmstart erscheint das Hauptfenster mit einer Menüleiste, die folgende Auswahl anbietet:

DATEI BEARBEITEN ANSICHT ?

Abb.1 Menüleiste mit Symbolleiste

Für den Aufbau einer Eingabedatei wählt man aus der Menüleiste BEARBEITEN- DATEN ÄNDERN oder DATEI- NEU aus oder man ruft mit der rechten Maustaste das Kontextmenü auf und wählt DATEN- ÄNDERN aus. Darauf erscheint ein Dialogfeld zur Dateneingabe.

Abb.2 Dialogfeld zur Dateneingabe

Über die SCHALTFLÄCHE TESTDATEN wird eine Testdatei aufgerufen, mit der eine Berechnung durchgeführt werden kann. Für die 1.Solphase sind folgende Eingabedaten erforderlich:

· 1.Maximales Volumen bzw. maximale Zeit

· 2.Solstrecke

· 3.Anfangsvolumen

· 4.Solrate

· 5.Feststoffanteil

· 6.Volumen unterhalb des Rohrschuhs

· 7.Abstand Rohrschuh- Boden

Voreingestellt ist die Schüttungszahl, die Lösungsgeschwindigkeit und die Ausgabehäufigkeit. Die 1. Solphase wird nach Erreichen des maximalen Volumens bzw. der maximalen Zeit beendet. Das Anfangsvolumen kann das Bohrlochsvolumen über die Länge der Solstrecke sein. In diesem Fall ist das Volumen unter dem Rohrschuh Null. Das Frischwasser tritt mit der Eintrittskonzentration, normalerweise Null, am Rohrschuh des Solstranges im unteren Kavernenteil in die Kaverne ein. Das Wasser reichert sich mit Salz an und tritt im oberen Kavernenbereich wieder in den Ringraum der Kavernenbohrung ein.

Die Eingabedaten für weitere Solphasen werden mit jeweils 6 Werten je Solphase zeilenweise eingegeben. Dazu wird im Optionsfeld die OPTION ZEILE ANHÄNGEN ausgewählt. Die 6 Werte sind:

· 1.Solrate

· 2.Maximale Zeit

· 3.Maximales Volumen

· 4.Zusätzliche Solstrecke

· 5.Abstand Rohrschuh- Sumpfoberkante

· 6.Ausgabehäufigkeit

Zum Ändern der Zeilen ist die Zeile durch Doppelklick auszuwählen. Bei den neuen Solphasen werden für die Änderung nur Werte berücksichtigt, die größer Null sind. Um möglichst wenig Feststoffe nach übertage auszutragen, sollte mit einer kleinen Rate gestartet werden. Die zusätzliche Solstrecke bewirkt ein Anwachsen der Kavernenhöhe auf Kosten der Salzschwebe. Technisch geschieht das durch Umhängen der Rohre oder durch Höherziehen des Schutzmediums. Wenn nur das Schutzmedium höhergezogen wird und der Solstrang unverändert bleibt, ist der Abstand Rohrschuh/ Top Sumpf Null zu wählen, d.h. keine Änderung. Beim Umhängen der Rohre müssen die Rohre oberhalb der Feststoffoberkante abgehängt werden. Dann ist der Abstand Rohrschuh/ Top Sumpf größer als Null zu wählen. Über die Ausgabehäufigkeit wird auch die Anzahl der Grafikpunkte im Diagramm festgelegt. Die Rechenergebnisse liegen in Tabellenform oder als Grafik vor. Über ein Optionsfeld wird die Art der Grafik festgelegt:

· 1.Grafik mit Diagramm

· 2.Grafik mit Hohlraumform

Bei der Grafik mit Diagramm gibt ein Optionsfeld eine weitere Auswahlmöglichkeit:

· 1.Diagramm mit Nettovolumen und Salzgehalt

· 2.Diagramm mit Feststoffanfall und Anstieg der Feststoffoberkante

Über das OPTIONSFELD „Die letzte Solstufe wird indirekt gesolt“ wird das indirekte Solen vorbereitet. Einzelheiten folgen im Abschnitt 7 Indirektes Solen.

Wenn man den Eingabedialog über die OK-TASTE verläßt, werden die Daten gespeichert und die Berechnung wird durchgeführt.. Verläßt man das Dialogfeld über die TASTE ABBRECHEN, werden keine Eingabedaten übernommen.

Die Auswahl ANSICHT- GRAFIK zeigt die Ergebnisse als Grafik.

Die Auswahl ANSICHT- TEXT zeigt die Ergebnisse als Tabelle.

4.Ergebnisse

Die Berechnung wird ausgelöst, wenn man das Eingabedialogfeld über die OK- TASTE verlässt. Die Ergebnisse stehen in Tabellenform oder als Grafik zur Verfügung, je nachdem welche Wahl man getroffen hat. Die Ergebnisse in Tabellenform zeigen für jede Solphase die folgenden Startdaten:

· 1.Anfangszeit(h)

· 2.Kumulatives Wasser zu Beginn (m3)

· 3.Anfangsvolumen (m3)

· 4.Solstrecke (m)

· 5.Salzschwebe (m)

· 6.Solrate (m3/h)

· 7.Salzkonzentration (m3/m3)

· 8.Maximale Solzeit (h)

· 9.Maximales Volumen (m3)

· 10.Eintrittskonzentration (m3/m3)

· 11.Festoffanteil (%)

· 12.Schüttungszahl (m3/m3)

· 13.Wirksames Volumen/ Salzvolumen

· 14.Feststofffreie Höhe (m)

· 15.Volumen unterhalb des Rohrschuhs (m3)

· 16.Abstand Rohrschuh- Boden (m)

· 17.Lösungsgeschwindigkeit (-)

Entsprechend der vorgegeben Ausgabehäufigkeit werden für jeden Zeitpunkt weitere Ergebnisse ausgegeben, im Wesentlichen:

· 1.Kumulatives Wasser (m3)

· 2.Herausgelöstes Salzvolumen (m3)

· 3.Nettovolumen (m3)

· 4.Salzgehalt der Sole (g/l)

· 5.Kavernenradius (m)

· 6.Feststoffanfall

Die wichtigsten Daten werden im Diagramm über der Solzeit dargestellt. Außerdem steht die Kavernenform am Ende der Solzeit als Grafik zur Verfügung.

5.Kavernenform

Im Eingabedialogfeld Abb.2 wird die Auswahl „Grafik mit Hohlraumform“ festgelegt.

Über die Menüauswahl ANSICHT-GRAFIK wird die Grafik aufgerufen. Alternativ kann über die rechte Maustaste das Kontextmenü aufgerufen werden und anschließend „Grafik“ gewählt werden. Abb. 3 zeigt die Hohlraumform, die über die SCHALTFLÄCHE TESTDATEN im Eingabedialogfeld erzeugt wurde. Der untere Teil der Kaverne ist mit Feststoffen angefüllt. Der Solstrang steckt noch in den Feststoffen. Man kann die Hohlraumentwicklung auch verfolgen ,indem man am Ende einer Solphase abbricht. Das geschieht über die „Maximale Zeit“ oder das „Maximale Volumen“. Die Grafik zeigt den Solstrang am Ende des Solvorganges, den Abstand zwischen Rohrschuh und Feststoffoberkante und die Kavernendurchmesser in den einzelnen Teufen. Unterstellt wurden dabei homogene Salzeigenschaften und keine leichter löslichen Salze. Inhomogenitäten führen zu Abweichungen von der zylinderförmigen Hohlraumform.

Abb.3 Hohlraumform

6.Berechnung des Hohlraumentwicklung

Die wesentlichen Ergebnisse der Hohlraumentwicklung können als Diagramm angesehen werden. Dazu wählt man im Eingabedialogfeld die OPTION GRAFIK MIT DIAGRAMM aus. Außerdem gibt es eine weitere Auswahlmöglichkeit:

· 1.Diagramm mit Nettovolumen und Salzgehalt

· 2.Diagramm mit Feststoffanfall und Anstieg der Feststoffoberkante

Das Nettovolumen ist der mit Sole gefüllte Kavernenhohlraum, der für die Nutzung zur Verfügung steht. Der Salzgehalt zeigt die Salzkonzentration. Abb.4 zeigt die Hohraumentwicklung und den Salzgehalt über der Solzeit aufgetragen. Das Nettovolumen steigt stetig an. Beim Salzgehalt sind 4 Spitzen zu beobachten. Der Konzentrationsanstieg am Ende einer Solphase ist darauf zurückzuführen, daß während der Stillstandszeit die Salzkonzentration ansteigt. Das Programm nimmt an , daß sich die Sole aufsättigt. Mit Aufnahme der Rate fällt die Salzkonzentration wieder ab. Eine 5.Spitze ist zu Solbeginn zu beobachten. Auch hier geht das Programm davon aus , daß sich in der Kavernenbohrung gesättigte Sole befindet. Wenn nur die Solrate geändert wird gibt es diese Spitzen nicht.

Abb.4 Nettovolumen und Salzgehalt über der Zeit

Des Salzgehalt steigt mit zunehmenden wirksamen Hohlraum an. Er ist jedoch umso niedriger je höher die Solrate ist. Auch der Festoffanfall und der Anstieg der Festoffoberkante über der Zeit kann als Diagramm ausgewählt werden. Abb.5 zeigt die Ergebnisse. Der Anstieg der Feststoffoberkante ist zu Beginn sehr schnell. Zu Beginn jeder neuen Solphase steigt der Feststoffanfall mit zunehmender Salzauflösung an. Die Tabelle zeigt weiter das gesamte Feststoffvolumen, das den unteren Kavernenteil ausfüllt. Das Bruttovolumen der Kaverne setzt sich aus dem nutzbaren Nettovolumen und dem Feststoffvolumen zusammen. Für die gebirgsmechanischen Betrachtungen sind die maximalen Kavernendurchmesser entscheidend. In der Tabelle sind idealisierte Kavernenradien berechnet. Die effektiven Durchmesser , wie sie bei der Kavernenvermessung festgestellt werden, können über einen Sicherheitszuschlag auf die idealisierten Durchmesser abgeschätzt werden. Beim Rotliegendsalinar sind das ca. 10 bis 20 %. Einlagerungen von Sylvinit oder anderen leicht löslichen Salzen des Zechstein führen zu unregelmäßigen Kavernenformen.

Abb.5 Entwicklung der Feststoffe

7.Indirektes Solen

Der Solvorgang wird durch die Zirkulationsrichtung gesteuert. Beim direkten Solen, wie es bisher beschrieben wurde, tritt das Frischwasser durch den Solstrang im untersten Teil in den Kavernenhohlraum ein und im obersten Teil wieder aus. Die Salzkonzentration ist über die gesamte Solstrecke konstant. Beim indirekten Solen wird die Zirkulationsrichtung umgekehrt, d.h. das Frischwasser tritt im oberen teil in den Kavernenhohlraum ein und im untersten Teil durch den Solstrang wieder aus. Dazu muss der Solstrang oberhalb der Feststoffe abgehängt werden ,da sonst eine Verstopfung der Rohre eintritt. Die indirekte Zirkulationsrichtung bewirkt einen Anstieg der Salzkonzentration von oben nach unten zum Rohrschuh des Solstranges hin. Mit dieser Zirkulationsrichtung können auch gesättigte Salzkonzentrationen erreicht werden, wie sie für die Salzgewinnung benötigt werden. Entsprechen der zunehmenden Salzsättigung nimmt der Lösungsvorgang ab. Dadurch entstehen Hohlraumformen mit größeren Durchmessern im oberen Teil und mit kleineren Durchmessern im unteren Teil. Der Solvorgang wird im obersten Teil durch ein Schutzmedium begrenzt, das leichter als Wasser ist, z.B. Propan. Das Schutzmedium wird durch den Ringraum Schutzstrang – letzte Verrohrung in den Kavernenhohlraum eingepumpt. Fällt der Rohrschuh des Schutzstranges nicht mit der Lage der Grenzschicht Schutzmedium- Salzwasser zusammen , so bilden sich im oberen Teil Turbulenzen, die einer direkten Solung entsprechen. In diesem Fall wird der Hohlraum im oberen Teil direkt und im unteren Teil indirekt gesolt. Die Lösumgsgeschwindigkeit ist in beiden Teilen unterschiedlich. Im Eingabedialogfeld wir die Wahl getroffen:“ Die letzte Solstufe wird indirekt gesolt“. Eine Lösungsgeschwindigkeit muss festgelegt werden. Sie kann zwischen 1.5 und 2.5 liegen.

Weiter sind folgende Angaben erforderlich:

· Indirekte Solrate

· Maximale Zeit

· Maximales Volumen

· Indirekte Solhöhe

· Abstand Rohrschuh – Top Sumpf

· Ausgabehäufigkeit

Abb.6 zeigt eine Hohlraumform , die auf diese Weise gesolt wurde.

Abb.6 Indirekt gesolte Kaverne

8.Gebirgsmechanik

Die maximal zulässige Kavernenform wird nach gebirgsmechanischen Kriterien nach W.Dreyer berechnet. Über die Schaltfläche „Gebirgsmechanik“ wird das Eingabedialogfeld Abb.7 aufgerufen. Hierbei sind folgende Eingabeoptionen möglich:

· Salzart: Zechstein Salinar

· Salzart: Rotliegend Salinar

Über den Feststoffgehalt wird die Würfeldruckfestigkeit des Rotliegendsalzes ermittelt. Für das Kavernengewölbe wird ein Rotationsellipsoid mit dem Achsenverhältnis 2:1 zugrundegelegt. Der maximal zulässige Gewölbedurchmesser wird über das Schweben/Durchmesserverhältnis S/d ermittelt. Wenn eine benachbarte Kaverne vorhanden ist, ergibt sich der maximal zulässige Kavernendurchmesser aus dem Pfeiler/Durchmesserverhältnis B/d. Die Verhältnisse S/d und B/d hängen von der Grenzbelastung ab. Die Grenzbelastung ergibt sich aus dem Innendruck in der Kaverne und der Gebirgsspannung in der entsprechenden Teufe. Deshalb werden folgende weitere Angaben benötigt:

· Teufe Top Salz

· Salzschwebe

· Solstrecke

· Bohrlochabstand

Bei der Wahl „Einzelkaverne“ wird die Angabe des Bohrlochabstandes nicht benötigt.

Zur Festlegung des Kaverneninnendruckes wird über das folgende Optionsfeld die Auswahl getroffen:

· Gaskaverne

· Flüssigkeitskaverne

Wenn man das Eingabedialogfeld für die maximal zulässige Kavernenform Abb.2 über die OK-TASTE verlässt, werden die eingegebenen Werte gespeichert. Die Berechnungsergebnisse stehen dann zur Verfügung, wenn man im allgemeinen Eingabedialogfeld die Option „Max.zul.Kavernenform“ auswählt. Die Ergebnisse können als Tabelle oder als Grafik angesehen und ausgedruckt werden.

Abb.7 Eingabedialogfeld zur Gebirgsmechanik

9.Daten Speichern

Mit der Menüauswahl DATEI- SPEICHERN oder DATEI- SPEICHERN UNTER wird der Dateiname festgelegt. In dieser Datei werden die Eingabedaten abgespeichert. Man kann auch die Ergebnisse als Textdatei abspeichern und mit einem Textverarbeitungsprogramm weiterverarbeiten. Dazu trifft man die Menüauswahl BEARBEITEN- ERGEBNISSE IN AUS.TXT DATEI. Man kann die Auswahl auch über das Kontextmenü treffen ,das man über die rechte Maustaste aufruft.

10.Daten einlesen

Eingabedaten ,die zuvor abgespeichert wurden, können wieder eingelesen werden. Dazu wählt man DATEI- ÖFFNEN und wählt die entsprechende Datei aus. Daraufhin erscheint das Dialogfeld zur Dateneingabe Abb.2 und zeigt die gelesenen Daten an. Die Daten können geändert werden. Sie stehen für die Berechnung zur Verfügung.

11.Berechnungsgrundlagen

Den Berechnungen liegen folgende Veröffentlichungen zugrunde:

· Röhr, H. U.: Untertagespeicherung in Salzkavernen. Der erste unterirdische Flüssiggasspeicher Deutschlands. Gas und Wasserfach Gas Dez.1964 S.1369

· Röhr, H. U.: Über die beim Ausspülen eines Untergrundspeichers in einem Salzstock wirksamen Einflußgrößen im Hinblick auf die Gewinnung von Planungs- und Überwachungsunterlagen. Erdöl und Kohle Erdgas Petrochemie Nov. 1969 S.670

· Röhr, H. U.: Zur Planung und Überwachung von Kavernen im Salz. Kali und Steinsalz, Heft 12 1975 S.420

· Röhr, H. U. Mineralölspeicherung in Heide. Öl, Heft 4, 1976 S.106

Das herausgelöste Salzvolumen wird nach Formel (1) berechnet:

Entsprechend dem Festsoffanteil F beträgt der Feststoffanfall in geschütteter Form: