Научная статья на тему 'Перспективы инновационного развития угольной отрасли'

Перспективы инновационного развития угольной отрасли Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
184
79
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ИННОВАЦИИ / УГОЛЬНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ / УГОЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Баташова А. Ф., Кодочигов В. Е.

Рассмотрены перспективы инновационного развития угольной отрасли в области добычи, обогащения, переработки угля и угольной энергетики.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Перспективы инновационного развития угольной отрасли»

О.Н. Медведева к.т.н.

Саратовский государственный технический университет, Строительно-архитектурно-дорожный институт, кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция»,

Россия, Саратов, medvedeva-on@mail.ru

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ

В работе представлены результаты технико-экономического исследования распределительных систем газоснабжения на базе шкафных газорегуляторных установок (ШГРП) и домовых регуляторов.

Ключевые слова: газовая сеть, регулятор давления, целевая функция

Проблема эффективного функционирования распределительных систем газоснабжения населенных пунктов с учетом всех системообразующих факторов является достаточно актуальной. В существующей практике газификации широкое распространение получили двухступенчатые системы газоснабжения, включающие в себя следующие элементы: газовые сети высокого (среднего) давления - газорегуляторные пункты (ГРП) - газовые сети низкого давления. В 50-60-е годы прошлого столетия (в начальный период газификации) в качестве опорных пунктов газораспределительных систем использовались крупные ГРП, размещаемые в отдельно стоящих зданиях. Указанное обстоятельство предопределяло высокую степень централизации систем газоснабжения и соответствующую структуру распределительных газопроводов, сочетающую короткие газопроводы высокого (среднего) давления и протяженные газовые сети низкого давления. Наличие протяженной сети газопроводов низкого давления в сочетании с большими диаметрами труб обусловливает повышенную материалоемкость газораспределительных систем, а, следовательно, высокую стоимость сооружения и эксплуатации систем. Дальнейшее развитие распределительных систем газоснабжения связано с широким использованием шкафных ГРП [1,2].

Вопросы оптимальной централизации многоступенчатых систем газоснабжения освещаются в работах Гофмана-Захарова П.М., Ионина А.А., Левина А.М., Ляукониса А.Ю., Скафтымова М.А., Смирнова В.А., Торчинского Я.М. и многих других исследователей. Полученные авторами решения и разработанные на их основе рекомендации отличаются постановкой задачи, полнотой учета определяющих факторов, алгоритмами ее реализации и часто носят весьма противоречивый характер. Следует отметить также, что известные решения привязаны к городским населенным пунктам с квартальной планировкой и многоэтажной застройкой и совершенно неприемлемы к сельским поселкам, характерной особенностью которых является широкое разнообразие планировки и преимущественная застройка малоэтажными (одноквартирными) жилыми зданиями. Вместе с этим, существующие рекомендации не учитывают целый ряд определяющих факторов, существенно влияющих на конечные результаты расчетов. К ним относятся: характер планировки населенного пункта, плотность газоснабжаемого населения, географические и климатические условия эксплуатации, газовое оборудование квартир, режимы его использования. В этой связи эффективное решение задачи требует проведения комплекса научных исследований на базе системного подхода с учетом многообразия определяющих

факторов и специфических особенностей современных газораспределительных систем и оборудования.

Суммарная протяженность газовых сетей в значительной степени определяется структурой застройки населенного пункта [3]. Для современных проектных решений характерны следующие варианты застройки: квартальная - для крупных поселков; тупиковая

- с размещением жилых домов вдоль тупиковых проездов - для средних и малых поселков и ленточная застройка, обычно применяемая в малых поселках [4]. В качестве целевой функции задачи примем удельные (на одну газифицируемую квартиру) интегральные затраты по комплексу: сети высокого (среднего) давления, Зс / д, ШГРП, Зшгрп, сети

низкого давления, Зн / д. Критерию оптимальности соответствует минимум целевой функции:

3 = - [Зс/д (п) + Зшгрп (п) + Зн/д (п)\ =тт , (1)

п п

где п - количество газоснабжаемых квартир от одного ШГРП.

В целях разработки расчетной модели системы газоснабжения рассмотрим два варианта застройки населенных пунктов, обеспечивающих наименьшие и наибольшие затраты в распределительные газопроводы: многорядная (квартальная) и ленточная (с двух-и однорядным расположением зданий). Для газопроводов низкого давления работающих в режиме «гладких» труб можно записать:

&гм = а0

0,21

гм Д368 ср

і.

ч 0.21

АР

V гм у

(2)

ґ

&

„0,21

отв

а

отв \0.368

(осот)

і

\

0.21

\АРн - АРгм У

(3)

0 і °ср

где ,&отв ~ диаметры головной магистрали и ответвления, см; а0 - коэффициент

в

— ГПРТТНТ/ГТ/Г ПЯГУПТТ ГЯ’ЗЯ НЯ ГПТТПКНПТ/І

ср

ґ^гм у^отв

пропорциональности; о , о

ответвлении, м3/ч; і,,,, і

ср

отв

средний расход газа на головной магистрали и

протяженности головной магистрали и ответвления, м; АРн -нормативные потери давления в распределительном газопроводе, Па; АРгм - потеря давления в головной магистрали; АРотв = АРн — АРгм - потеря давления в ответвлении. Материальная характеристика газовой сети определяется по выражению:

М = а

0,21

0

І1,

368

I,

,0.21

\АРгм У

7 1

' 1гм + а0

0,21

(✓-) отв | • \°ср )

368

ч 0,21

\АРн -АРгм У

' 1отв. (4)

Для нахождения оптимального распределения потерь давления между магистральным участком и ответвлением на расчетной ветке газопровода продифференцируем уравнение (4). В результате имеем:

АРор =

^ гм

АР

1 +

-1,21

(5)

гм 0 ,368 ( °сп / (1 гм )

1,21

*ср

АРор = АР -АРор

1“ ЛИ1/7 *—“ и І“ ОТІЛ

(6)

Для поиска оптимального решения воспользуемся методом вариантных расчетов. Задаваясь рядом значений числа газифицируемых квартир определяем затраты в систему

газоснабжения. Минимальному значению затрат соответствует оптимальное количество газоснабжаемых квартир.

Анализ экономико-математической модели показывает, что оптимальная централизация распределительных газовых сетей зависит от целого ряда факторов: характера застройки поселка; климатических условий эксплуатации систем; оснащенности зданий газовыми приборами; режимов потребления газа; материала и способа прокладки газопроводов и др. В целях оценки влияния указанных факторов на оптимальную централизацию систем газоснабжения были разработаны рекомендации (таблица).

Таблица - Оптимальная централизация систем газоснабжения от ШГРП

Плотность населения q, чел/м2 Централизация поселковых систем газоснабжения, кв, при характере застройки поселков

Многорядная одно или двухрядная

оптимальное значение ^opt допустимый интервал значений оптимальное значение ^opt допустимый интервал значений

Усадебные здания с существующим уровнем теплозащиты Газовое оборудование - газовые плиты, газовые отопительные котлы

0.6-10-3 80 5 0 т 5 6 7 - 5

2.5-10-3 100 83-132 10 3 -1 8

7.5-10-3 120 5 5 т 7 12 6 -1 0

Усадебные и коттеджные здания с повышенным уровнем теплозащиты: Газовое оборудование - газовые плиты, газовые водонагреватели, газовые котлы

0.6-10-3 120 5 5 т 5 8 0 -1 6

2.5-10-3 150 120-182 11 -1

7.5-10-3 170 137-238 15 12-20

В таблице представлены как детерминированные значения оптимума, так и допустимый диапазон централизации с учетом зон экономической неопределенности (погрешность исчисления затрат ±3%). Как видно из таблицы, оптимальная централизация систем газоснабжения поселков изменяется в достаточно широких пределах от 7 до 170 квартир в зависимости от плотности населения и типа застройки.

Важным резервом повышения экономической эффективности газораспределительных сетей является применение одноступенчатых систем газоснабжения, когда подача газа потребителям осуществляется по газопроводам высокого (среднего) давления. Значительным преимуществом одноступенчатых систем с домовыми регуляторами является возможность стабилизации давления газа перед газоиспользующими установками. Это позволяет эксплуатировать газовое оборудование при давлениях газа, близких к номинальной величине, обеспечивает работу газовых приборов с максимальным КПД и вскрывает значительные резервы газосбережения. Рациональная область применения двухступенчатых и одноступенчатых систем газоснабжения определяется уравнением:

'З(ч)

П

Ш1П

= Зоа, (7)

дсг

где

0/ ,-|Ш1П

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

З(д)

- минимальные удельные (на одну квартиру) интегральные затраты в

дсг

П

двухступенчатую систему газоснабжения в условиях ее оптимальной централизации, принимаются по таблице, руб/год-кв; Зосг - удельные (на одну квартиру) интегральные

затраты в одноступенчатую систему газоснабжения, руб/год-кв.

Как показывают конкретные расчеты, одноступенчатые системы газоснабжения экономически целесообразны в поселках с однорядной застройкой при плотности населения до 7-10-3 чел/м2 (площадь приусадебного участка более 4 соток). Для поселков с двухрядной застройкой область рационального применения одноступенчатых систем газоснабжения ограничивается плотностью населения до 410-3 чел/м2 (площадь приусадебного участка более 7 соток). Для поселков с многорядной застройкой одноступенчатые системы газоснабжения экономически оправданы при плотности населения до 210-3 чел/м2 (площадь приусадебного участка более 15-20 соток). Во всех остальных случаях целесообразно использовать двухступенчатые системы газоснабжения в условиях их оптимальной централизации.

Внедрение результатов исследований в проектную и эксплуатационную практику снижает интегральные затраты в сооружение и эксплуатацию газораспределительных систем на 20-25% и на 3-7% снижает годовое газопотребление зданиями.

Список литературы:

1. Ляуконис А.Ю. Оптимизация городского газоснабжения. - Л.: Недра, 1989.- 302с.

2. Удовенко В.Е. Технологическая структура энергоснабжающих систем// Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции: материалы Межд. научн.-техн. конф. - М.: МГСУ, 2005. - С.17-22.

3. Курицын Б.Н., Медведева О.Н. Оптимизация распределительных систем газоснабжения малых населенных пунктов // Инженерные системы, АВОК- Северо-Запад.

- 2006. - №3.- С.36-40.

4. Медведева О.Н. Оптимизация систем газоснабжения городов на базе шкафных газорегуляторных пунктов// Найновите научни постижения - 2009: материалы 5-ой Международной научно-практической конференции. - София, Белград: «БялГРАД-БГ», 2008. - С.33-36.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.