Определение оптимальных параметров газовой сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение оптимальных параметров газовой сети

При выборе оптимального и надежного варианта системы газоснабжения принципиально важное значение имеют следующие факторы: планировка и застройка городских и сельских поселений, этажность и процент (плотность) застройки, расход газового топлива, технические характеристики используемого газового оборудования, стоимостные параметры используемых материалов и прочие [1ч3]. Одним из путей снижения стоимости газовой сети является полное использование избыточного давления в точке присоединения абонентского ответвления к сети низкого давления. В действительности абонентские ответвления рассчитываются на постоянный перепад давления, регламентируемый нормативными документами. поэтому для многих абонентских ответвлений, расположенных ближе к пункту редуцирования, возможный перепад давления не используется и, соответственно, сеть отказывается дороже. В этой связи дополнительным резервом стоимости является уточнение распределения расчетного перепада давления между участками сети в зависимости от характера планировки и застройки населенного пункта.

Цель работы - разработка метода оптимального распределения перепадов давления в газовой сети.

На сегодняшний день в проектных организациях целенаправленно распределением расчетного перепада давления при проведении гидравлического расчета газовых сетей не занимаются. Обычно, зная длину расчетных участков сети и расчетный расход газа, подбирают диаметр газопровода и определяют потери давления, после чего проверяют «непревышение» полученного перепада давления нормативному значению. При невыполнении данного условия проводится некоторая корректировка диаметров, больше из конструктивных соображений, чем для оптимизации системы.

Выбору расчетного перепада давления и его распределения по участкам газовой сети посвящено значительное количество научных публикаций. Отдельные аспекты этой задачи приводятся в работах [3, 4 и др.]. Однако, следует отметить, что предлагаемые решения направлены на городские газораспределительные системы, не отражая своеобразия систем газоснабжения сельской местности и коттеджной застройки, кроме того, количественные рекомендации требуют поправки с учетом современных технических решений и корреляционного анализа современных сметных материалов.

Проблема эффективного функционирования и развития распределительных систем газоснабжения требует более глубокого научного обоснования, комплексной постановки задачи и системного подхода к ее реализации с учетом взаимодействия всех системообразующих связей и многообразия определяющих факторов. К ним относятся:

- гидравлические режимы эксплуатации газовых сетей и пунктов редуцирования;

- тепловые режимы эксплуатации газоиспользующего оборудования;

- архитектурно-планировочные решения коттеджных поселков;

- разработка комплекса математических моделей, раскрывающих механизм оптимального функционирования газораспределительных систем и выявление рациональной области их применения в газовой практике.

Численная реализация указанных моделей предопределяет необходимость решения ряда сопутствующих подзадач, среди которых к числу наиболее значимых следует отнести:

- обоснование оптимальной централизации поселковой части распределительных на базе пунктов редуцирования шкафного типа;

- обоснование оптимальных конструктивных и эксплуатационных параметров поселковых систем газоснабжения;

- выявление сравнительной эффективности одно- и двухступенчатых систем газоснабжения.

При составлении целевой функции учитывалась переменная часть капитальных вложений, зависящая от диаметра газопровода:

(1)

где b - стоимостной коэффициент, руб./(м·см); l_i - длина i-го участка газопровода, м; d_i - диаметр i-го участка газопровода, см:

(2)

где б - коэффициент пропорциональности, зависящий от состава газа; G_i - расход газа на i-ом участке газопровода, м³/ч; ДР_i - разница между конечным давлением i-го участка и его начальным давлением, Па.

Тогда целевая функция примет следующий вид:

(3)

здесь n - число участков сети.

Условная схема задачи представлена на рис. 1.

В качестве ограничения к целевой функции задачи примем условие, что сумма перепадов давлений на участках от точки питания сети до концевых точек с заданными давлениями равна расчетному перепаду давления в сети.

Для нахождения минимума целевой функции можно воспользоваться методом Лагранжа и методом итерации.

Распишем условие ограничения по всем направлениям распределения газа:

(4)

Рис. 1 Условная схема задачи:

m - число магистральных участков сети, равно числу узлов сети с неизвестными давлениями;

k - число ответвлений сети, равно числу узлов сети с заданными давлениями

В общем случае:

(5)

где m - число магистральных участков сети, равно числу узлов сети с неизвестными давлениями; k - число ответвлений сети, равно числу узлов сети с заданными давлениями.

Функция Лагранжа для данного случая будет иметь следующий вид:

(6)

где _А, л_В… л_k - неопределенные множители Лагранжа для конечных точек ответвлений; n - сумма участков магистралей и ответвлений, т.е. общее число участков сети.

Продифференцируем полученную функцию, приравняем частные производные к нулю и, после несложных преобразований, имеем:

(7)

(8)

(9)

(10)

Число полученных уравнений (7)ч(10) равно числу узлов сети с неизвестными давлениями. Если газ подходит к узлу, выражение принимается со знаком минус, если газ отходит от узла - со знаком плюс.

Система (6), (7)ч(10), содержит n уравнений с n неизвестными. То есть оптимальные перепады давлений на участках сети определяются однозначно.

В итоге система уравнений примет вид:

; (11)

,

где .

В качестве начального распределения перепадов давлений принимаются результаты гидравлического расчета методом постоянной удельной потери давления. Затем по (11) проверяются экономические балансы в узлах сети и выявляется величина невязки Д.

Чтобы свести невязку балансов к нулю, необходимо увеличить (уменьшить) давления в узлах с помощью поправочных узловых давлений дР_j (где j=1, 2. m).

Тогда с учетом поправочных узловых давлений дР_I, дP_II. дP_m, получим:

(12)

(13)

(14)

………….

(15)

Данная система уравнений решается методом итераций, в итоге определяются дР_I, дP_II. дP_m. Новые (оптимальные) перепады давлений на участках будут равны:

(16)

……………

Оптимальные диаметры участков находятся пересчетом по формуле (2) при

Конкретные расчеты показывают, что применение оптимизационных методов распределения расчетных перепадов давления по участкам газовой сети позволяет сократить капитальные вложения в сооружение газовых распределительных сетей до 10 и более процентов.

Библиографический список

газовый сеть гидравлический

1. Медведева О.Н. Выбор рациональной области применения одно- и двухступенчатых систем газоснабжения // Вестник ВолгГАСУ. - Волгоград: РИО ВГАСУ. - №18 (37). - 2010. - С. 110-117.

2. Медведева О.Н. Оценка оптимальных размеров централизации распределительных систем газоснабжения / «Актуальные проблемы современного строительства»: Материалы 64 Международной НТК молодых ученых. - С.-Петербург: С.-ПбГАСУ. - Ч1, 2011. - С. 304-307.

3. Торчинский, Я.М. оптимизация проектируемых и эксплуатируемых газораспределительных систем. - Л.: Недра, 1988. - 239 с.

4. Смирнов, В.А. Оптимальные перепады давления в газопроводах / Использование газа в народном хозяйстве. - Саратов: Коммунист, 1965. - С. 26-33.

Размещено на Allbest.ru