ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ МАЛЫХ СЕЛЬСКИХ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ ВЛАДИМИРСКОЙ ОБЛАСТИ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 62

Н.В. Кузнецова

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ МАЛЫХ СЕЛЬСКИХ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ ВЛАДИМИРСКОЙ ОБЛАСТИ

В статье рассмотрены вопросы повышения эффективности систем газоснабжения.

Ключевые слова: эффективность, располагаемый перепад давления, КПД газового оборудования.

Непрерывный рост объемов газовой отрасли выдвинул на первый план системные задачи оптимизации, определяющие экономическую эффективность и надежность газоснабжения населенных пунктов. Проблема оптимизации систем газоснабжения охватывает широкий комплекс взаимосвязанных вопросов, касающихся оптимального проектирования систем, управления режимами работы в процессе эксплуатации, выбора вида системы (децентрализованная на базе домовых регуляторов давления) или централизованная (на базе газорегуляторных пунктов), распределения перепадов давления между участками газовой распределительной сети и многое другое.

Важным резервом снижения стоимости газопроводов низкого давления является оптимальное распределение располагаемого перепада давлений между участками газовой сети, в том числе между уличными, дворовыми и внутридо- мовыми газопроводами.

Эффективность использования газа в газопотребляющих установках характеризуется коэффициентом полезного действия, который представляет собой отношение полезно воспринятого тепла тепло-приёмником к затраченному или к подведенной тепловой мощности [2, 3].

Максимальная эффективность использования газа обеспечивается при работе аппаратов на номинальном режиме эксплуатации, то есть при номинальной подведенной тепловой мощности Ином, которой соответствует номинальное давление газа перед установкой Рном [2,3].

В реальных условиях эксплуатации бытовые газовые приборы работают в режимах, отличающихся от номинального, то есть при повышенном или пониженном давлении газа перед прибором. В диапазоне давлений газа Ртп < Р < Рмах газоиспользующие установки обеспечивают устойчивое горение газа без отрыва и проскока пламени, необходимую полноту его сжигания с высоким коэффициентом полезного действия.

Следует отметить, однако, что эксплуатация газоиспользующих установок в режиме, отличном от номинального (при повышенном или пониженном давлении газа), снижает тепловую эффективность использования газа, то есть КПД газоиспользующих установок [2,3].

Характерный, качественный график эксплуатационных параметров газо- использующих установок от относительной подведенной мощности приводится на рисунке 1.

Как видно из графика, максимальное значение КПД обеспечивается при отношении Ы/Ыном = 1

При отношении N /Ыном > 1 КПД газоиспользующей установки снижается за счет повышенной температуры уходящих продуктов сгорания.

Аналогичная ситуация имеет место при отношении ~Ы/Ыном< 1. Уменьшение КПД газоисполь-зующей установки обусловливается тем обстоятельством, что при снижении тепловой мощности, а значит, и количества сжигаемого газа, возрастает коэффициент избытка воздуха, подаваемого в зону горения за счет естественной тяги или вентилятора. Это приводит к снижению КПД, несмотря на уменьшение температуры продуктов сгорания.

Анализ результатов экспериментальных исследований, опубликованных в известной литературе для различного газового оборудования (газовые плиты, газовые отопительные печи и др.), представленных в относительной форме, вскрывает тесную взаимосвязь между относительным КПД газоиспользую-щих установок и относительным давлением газа перед прибором.

В современной практике снабжения природным газом населенных пунктов, а также объектов жилищно-коммунального, сельскохозяйственного и промышленного назначения широкое распространение получили распределительные системы газоснабжения на базе шкафных газорегуляторных пунктов (ШГРП) [1,4,5,6].

© Кузнецова Н.В., 2015.

140

Относительная подведенная тепловая мощность чугунных котлов,

М/[\1ном

Рис. 1. Зависимость КПД от относительной подведенной тепловой мощности чугунных водогрейных котлов

Эффективность проектных решений систем газоснабжения со шкафными ГРП в значительной степени определяется правильным выбором расчетного перепада давлений в распределительных газопроводах с учетом системной связи элементов технологической цепочки по комплексу: ШГРП - распределительный газопровод - потребитель [1,4,5,6,7,9].

Как уже говорилось выше, надежная, безопасная и экономичная работа газовых приборов обеспечивается при давлении газа, близком к номинальной величине. При этом создаются наиболее благоприятные условия для сжигания газа. Горелки газовых приборов работают устойчиво, без отрыва и проскока пламени и обеспечивают необходимую полноту сгорания газа с максимальным КПД.

Гидравлические режимы эксплуатации распределительных сетей и газорегуляторных установок обусловливают определенную специфику работы газовых приборов. При этом рабочее давление газа перед прибором, как правило, отличается от номинальной величины. Газовые приборы, подключенные в начале трассы распределительного газопровода (в непосредственной близости от ШГРП), работают при повышенном давлении газа. Аналогичные приборы, подключенные в конце трассы распределительного газопровода (на значительном удалении от ШГРП), работают при пониженном давлении газа [7,10].

Максимально допустимый диапазон изменения давления в системе газоснабжения составляет

приб

приб

(1)

Pm

приб

Pm

приб

максимальное и минимальное допустимые давления газа перед прибором, Па.

Номинальное давление современных котлов как правило не ниже 2000Па.

Таблица 1

Газовый прибор Р приб Pmax Па Р приб Pnom Па Р приб Pmin Па Нормативный документ

Котел 2500 2000 1700 ГОСТ 20219-74

Максимально допустимый перепад давлений, реализуемый в системе газоснабжения, составляет: ЛР^ = 2500 - 1700 = 800 Па;

Современные шкафные газорегуляторные установки включают в себя комплекс технологического оборудования, обеспечивающего регулирование давления газа и безопасные режимы эксплуатации систем газоснабжения, в том числе регуляторы давления газа, а также предохранительные запорные клапаны (ПЗК) и предохранительные сбросные клапаны (ПСК) [8, 10].

Наличие указанного оборудования и режимы его эксплуатации оказывают существенное влияние на величину давления газа, поступающего в распределительные газопроводы.

Согласно требованиям безопасности, верхний предел срабатывания ПЗК РПЗКверх отвечает условию:

Р рег^р <- Р верх pmax <РПСК< РПЗК

где Рщ^^ - максимальное регулируемое давление газа.

Обычно клапан ПЗК настраивается на давление срабатывания, превышающее регулируемое давление газа на 25%, а клапан ПСК настраивается на давление срабатывания, превышающее регулируемое давление на 15% [8, 10].

Максимальное давление газа на выходе из регулятора давления из условия устойчивой работы газовых приборов составляет

р рег = р приб ¡г.^

pmax pmax (2)

Современные шкафные ГРП оборудуются регуляторами давления газа прямого действия. Данные регуляторы не обеспечивают строгое постоянство выходного давления. При максимальном входном давлении газа и его расходе, близком к нулю, выходное давление достигает максимальной величины Р щахрег. При минимальном входном давлении газа и его максимальном расходе выходное давление достигает минимальной величины Рщ1прег.

Степень неравномерности регулирования для регуляторов данного типа составляет ± 10% от выходного давления во всем диапазоне изменения расхода газа при колебаниях входного давления в размере ± 25% от его средней величины [8, 10].

Таким образом, имеем:

/р рег _ р регч < р рег— лэ рег _р . ре^ / р рег _ n i

(А max Рср ) ' Рср (Аср a min ) ' Рср 0,1 (3)

где Рсррег - среднее значение регулируемого давления

Р рег = 0 82 Р приб (4)

a min 0,82 Р max (4)

Нижний предел срабатывания ПЗК отвечает условию РПЗКн™< Рттрег - 500Па

Клапан срабатывает при аварийной ситуации в системе газоснабжения (разрыв или протечка газопровода).

Минимальный располагаемый перепад давления в газовой сети при минимальной величине регулируемого давления составляет

р рег приб приб приб

Р min Р min ЛА сч Р min 0,82 р max ЛА сч Р min (5)

где ДРсч - потери давления в приборах учета расхода газа (в газовых счетчиках). По данным [30, 91] и другой технической литературы, указанные потери давления составляют ДРсч = 200 Па.

Максимальный располагаемый перепад давления в газовой сети при максимальной величине регулируемого давления

р рег приб приб приб

a max a max ЛА сч a min a max ЛА сч a min (6)

Таким образом, располагаемый перепад давлений в газовой сети составляет для газовых приборов с номинальным давлением Рномприб = 2000 Па:

ДРЩ1Пр = 0,82 * 2500 - 200 -1700 = 150 Па,

ЛР^/ = 2500 -200 -1700 = 600 Па;

Следует отметить, что располагаемый перепад давлений для газовых сетей значительно ниже рекомендуемого СП (ЛРр < 1800 Па).

В этой связи существующая практика проектирования систем газоснабжения из условия ДРр < 1800 Па приводит к нарушению требований к минимальному давлению газа перед приборами. Как следствие, заметно снижается КПД газоиспользующих установок, увеличивается время приготовления пищи и горячей воды, а также вероятность нарушения устойчивости горения газа (проскок пламени), что в свою очередь полностью исключено в вариантах с системами газоснабжения на базе домовых регуляторов.

За последние несколько лет проектной организацией ОАО «Газпром газораспределение Владимир» запроектированы по такому варианту 6 сельских населенных пунктов. Такие системы являются технически более совершенными, что в первую очередь выражается в постоянном давлении газа у приборов и обеспечивает наилучшие условия для сжигании газа. Однако нужно отметить, что принимать решение о проектировании данных схем следует с большой осторожностью. Замена газопроводов низкого давления на газопроводы среднего давления, безусловно, снижает затраты на строительство самого газопровода, но стоимость обслуживания 1 км газопровода среднего давления в 1,5 раза дороже стоимости обслуживания 1 км газопровода низкого давления [7]. Установка газорегуляторных пунктов у каждого газифицируемого здания увеличивает капитальные затраты в газорегуляторные установки и расходы по их эксплуатации. Вместе с тем необходимо отметить, что в последнее время наблюдается рост строительства частных жилых коттеджей с большой отопительной площадью. Они требуют установки мощного газового оборудования, которое в свою очередь нуждается в постоянном давлении. Такие условия порой не в состоянии обеспечить схемы газораспределения низкого давления.

С учетом вышеизложенного, целесообразность применения той или иной схемы газораспределения в малых сельских населенных пунктах требует более глубокого анализа практического опыта работы таких систем и возможности их применения во Владимирской области.

Библиографический список

1.Курицын Б.Н., Медведева О.Н. Оптимизация распределительных систем газоснабжения малых населенных пунктов // Научно-технический журнал Инженерные системы, АВОК - Северо-Запад, №3, Санкт-Петербург: НПСЗ Центр АВОК. - 2006. - С. 36-40.

2.Курицын Б.Н., Медведева О.Н., Иванов A.A. Исследование тепловой эффективности водогрейных аппаратов, работающих на газовом топливе // Вестник Южно-Уральского гос. ун-та, серия «Строительство и архитектура», выпуск 8, №16. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ. - 2009. - С. 54-57.

3.Курицын Б.Н., Медведева О.Н., Иванов A.A. Повышение эффективности использования газового топлива // «Известия Самарского научного центра Российской академии наук» - Самара: Самарский научный центр Российской академии наук. - 2009. Том11 (27) №5 (2). - С. 284-286.

4.Медведева О.Н., Евдокимов С.Г. Оптимальное распределение расчетного перепада давлений между участками газовой сети // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения: Сб.нучн.трудов. - Саратов: изд-во СГТУ. - 2006. - С. 45-51.

5.Медведева О.Н., Иванов А.А. Выбор оптимальной потери давления в по-селковых системах газоснабжения // Материалы 63 Международной науч-но-технической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы современного строительства».- С.-Петербург: С.-ПбГАСУ. - 2010. - С. 75-78.

6.Медведева О.Н., Обидина E.B. Технико-экономическая оптимизация пе-репадов давления тупиковых газовых сетей // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения: Сб.научн.трудов. - Саратов: изд-во СГТУ. - 2008. - С. 78-85.

7.Рекомендации по выбору оптимальных параметров при проектировании систем газоснабжения. - Саратов: Гипрониигаз. - 1993. - 58 с.

8.Ревин А.И., Адинсков Б.П. Регулирующее и предохранительное оборудо-вание для современных систем газоснабжения - Саратов: СГУ. - 1989. - 136 с.

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

10.Торчинский Я.М. Оптимизация проектируемых и эксплуатируемых газо-распределительных систем. - Л.: Недра. - 1988. - 239с.

КУЗНЕЦОВА Наталья Владимировна - магистрант, Владимирский государственный университет.