Programm SALT
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Das Programm SALT simuliert den Solvorgang bei der Erstellung von Kavernen. Es dient zur Planung und Überwachung von Hohlräumen im Salz und zur Planung von Solegewinnungskavernen |
Was berechnet das Programm?
Wozu kann das Programm eingesetzt werden?
Aufbau der Eingabedatei.
Über ein Dialogfeld wird die Eingabedatei erstellt. Über die SCHALTFLÄCHE TESTDATEN wird eine Testdatei aufgerufen, mit der eine Berechnung durchgeführt werden kann. Für die 1.Solphase sind folgende Eingabedaten erforderlich:
Voreingestellt ist die Schüttungszahl, die Lösungsgeschwindigkeit und die Ausgabehäufigkeit. 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:
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 Beim Umhängen der Rohre müssen die Rohre oberhalb der Feststoffoberkante abgehängt werden. Über die Ausgabehäufigkeit wird auch die Anzahl der Grafikpunkte im Diagramm festgelegt.
Abb.1 Eingabedialogfeld
Indirektes Solen.
Der Solvorgang wird durch die Zirkulationsrichtung gesteuert. Beim direkten Solen tritt das Frischwasser durch den Solstrang im untersten Teil in den Kavernenhohlraum ein und als Sole im obersten Teil wieder aus. Die Salzkonzentration ist über die gesamte Solstrecke konstant. Als letzte Solstufe kann das indirekte Solen gewählt werden. Dann wird die Zirkulationsrichtung umgedreht. Dazu muß der Solstrang oberhalb der Feststoffe abgehängt werden, da sonst eine Verstopfung der Rohre auftritt. Die indirekte Zirkulationsrichtung bewirkt einen Anstieg der Salzkonzentration von oben nach unten. So können auch gesättigte Salzkonzentrationen erreicht werden.
Die Rechenergebnisse liegen in Tabellenform oder als Grafik vor. Über ein Optionsfeld wird die Art der Grafik festgelegt:
Bei der Grafik mit Diagramm gibt ein Optionsfeld eine weitere Auswahlmöglichkeit:
Ergebnisse
Die Ergebnisse stehen in Tabellenform oder als Grafik zur Verfügung, je nachdem welche Wahl man getroffen hat.
Entsprechend der vorgegeben Ausgabehäufigkeit werden für jeden Zeitpunkt weitere Ergebnisse ausgegeben, im Wesentlichen:
Die wichtigsten Daten werden im Diagramm über der Solzeit dargestellt. Außerdem steht die Kavernenform am Ende der Solzeit als Grafik zur Verfügung.
Kavernenform
Abb. 2
zeigt die Hohlraumform. 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.2 Hohlraumform direkt gesolt
Berechnung des Hohlraumentwicklung
Die wesentlichen Ergebnisse der Hohlraumentwicklung können als Diagramm angesehen werden. Dabei gibt es eine weitere Auswahlmöglichkeit:
Das Nettovolumen ist der mit Sole gefüllte Kavernenhohlraum, der für die Nutzung zur Verfügung steht. Der Salzgehalt zeigt die Salzkonzentration. Abb.3 zeigt die Hohraumentwicklung und den Salzgehalt über der Solzeit aufgetragen
Abb.3 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.4 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.4 Entwicklung der Feststoffe
Gebirgsmechanik
Die maximal zulässige Kavernenform wird nach gebirgsmechanischen Kriterien nach W.Dreyer berechnet. Über die Schaltfläche "Gebirgsmechanik" wird das Eingabedialogfeld aufgerufen. Hierbei sind folgende Eingabeoptionen möglich:
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:
Bei der Wahl "Einzelkaverne" wird die Angabe des Bohrlochabstandes nicht benötigt.
Zur Festlegung des Kaverneninnendruckes wird über das folgende Optionsfeld die Auswahl getroffen:
Wenn man das Eingabedialogfeld für die maximal zulässige Kavernenform Abb.1 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.5 Eingabedialogfeld für die maximal zulässige Kavernenform
Berechnungsgrundlagen
Den Berechnungen liegen folgende Veröffentlichungen zugrunde:
Das herausgelöste Salzvolumen wird nach Formel (1) berechnet:
Entsprechend dem Festsoffanteil F beträgt der Feststoffanfall in geschütteter Form:
Der gesamte Hohlraumzuwachs beträgt (3):
Der Zuwachs des wirksamen Hohlraumes errechnet sich nach (4):
Die Veränderung der Salzkonzentration erhält man mit (5):
Der Salzgehalt ergibt sich aus (6):
Als Zeitschritt dt wird meistens mit 1 Stunde gerechnet.
Bedeutung der verwendeten Symbole: