CC BY
151
7/)П11 ВЕСТНИК _7/20ТТ_МГСУ
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ
RECOMMENDED OF OPTIMAL PARAMETERS OF GAS SUPPLY SYSTEMS SETTLEMENTS
O.H. Медведева O.N. Medvedeva
СаратовГТУ
В статье приводятся результаты обоснования рациональной области применения одно- и двухступенчатых систем газоснабжения и рекомендации по оптимальным размерам централизации систем на базе шкафных газорегуляторных пунктов (ШГРП).
The article presents the results substantiation rational application of one-and two-stage supply systems and recommendations on the optimal size of the centralization of systems based on the cabinet gas control points).
Важным направлением развития жилищно-коммунального хозяйства страны является создание высоких социально-бытовых условий жизни населения, оснащение квартир и населенных пунктов современными системами инженерного обеспечения. Среди них к числу важнейших относятся системы топливо-, энергоснабжения, на долю которых приходится наибольшие капиталовложения и расходы энергоресурсов. Как показывает сравнительный анализ, основным энергоносителем для систем энергоснабжения городских и сельских населенных пунктов в регионах России, располагающих разветвленной сетью магистральных газопроводов, является природный газ. Применение сжиженного углеводородного газа целесообразно только в небольших поселках численностью 50-100 человек при удаленности последних от магистральных газопроводов природного газа на расстояния более 10-20 км. В этой связи разработка и обоснование ресурсосберегающих систем газоснабжения сельских поселений является целью настоящей работы.
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. Как известно, 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 определен-
ВЕСТНИК 7/2011
ную 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. Соответствующими стандартами установлены предельные колебания давления, в диапазонах изменения которых, гарантируется надежная и безопасная эксплуатация газовых приборов, экономичное использование газа с КПД близким к максимальному значению, долговечность приборов. Результаты расчетов показывают, что располагаемый перепад давлений в газовой сети составляет [1]:
- для газовых приборов с номинальным давлением P^6 = 2000 Па:
АРГ. = 150 Па, АРГ = 600 Па;
min ' max '
- для газовых приборов с номинальным давлением = 1300 Па:
АРГ. = 596 Па, АРГ = 914 Па.
min max
Как показывают проведенные исследования, располагаемый перепад давлений в газовой сети изменяется более чем в 5 раз, в зависимости от номинального давления газа перед приборами и режимов давления газорегуляторной установки. Следует отметить также, что располагаемый перепад давлений для газовых сетей даже при оборудовании последних бытовыми приборами с пониженным номинальным давлением значительно ниже рекомендуемого СП (АРр < 1800 Па). В этой связи существующая практика проектирования систем газоснабжения из условия АРГ = 1800 Па приводит к нарушению требований ГОСТа, в частности, минимального давления 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). Гидравлический расчет газопроводов из условия полного использования располагаемого перепада давлений обусловливает минимум затрат в сооружение и эксплуатацию газовой сети. Вместе с тем, наличие указанного перепада давлений в распределительных газопроводах обусловливает пониженное давление газа перед газоиспользующими установками. Как следствие, снижается КПД газовых аппаратов, повышаются расход и стоимость потребляемого топлива.
Для обоснования оптимального перепада давлений в распределительных газопроводах в качестве целевой функции задачи рассматриваются годовые приведенные затраты в систему газоснабжения по комплексу: ШГРП - распределительный газопровод - газовый прибор [2]. Для нахождения оптимального значения управляющего параметра APopt используется метод вариантных расчетов. Задаваясь рядом значений
параметра АР1; АР2; ... АРя, определяется значение целевой функции 31; 32; ... 3n.
Минимальному значению функции ЗтЯя соответствует оптимальное значение потери
давления в распределительном газопроводе APopt. В качестве обобщенных значений
оптимальной потери давления в распределительном газопроводе рекомендуется [3]:
- для зданий усадебного типа APopl = 300 Па;
- для зданий коттеджного типа APopt = 400 Па.
7/2011
ВЕСТНИК
МГСУ
Конкретные расчеты показывают, что оптимизация потерь давления позволяет снизить приведенные затраты до 40 и более процентов, обеспечивая значительную экономию затрат в сооружение и эксплуатацию системы газоснабжения.
Одной из важных научно-технических задач, решаемых при проектировании распределительных систем газоснабжения, является обоснование рациональной области применения одно- и двухступенчатых систем газоснабжения. Вопросами технико-экономического обоснования применения одноступенчатых систем газоснабжения занимались Берхман Е.И., Ионин A.A., Куприянов М.С., Ляуконис Л.Ю., Торчинский Я.М. и другие исследователи. Следует отметить, однако, что имеющиеся по данному вопросу рекомендации, носят весьма ориентировочный характер, поскольку не учитывают многообразие и взаимосвязь технических, энергетических, экономических и других факторов, определяющих механизм оптимального функционирования поселковых систем газоснабжения. Как показывают результаты технико-экономических расчетов, применение одноступенчатых схем обеспечивает значительное снижение материало- и капиталоемкости газораспределительных систем и является перспективным направлением развития сельских систем газоснабжения. В частности одноступенчатые системы с домовыми регуляторами давления рекомендуются как основной вариант распределительных систем газоснабжения при газификации сельских поселков с усадебной (коттеджной) застройкой [4].
В качестве целевых функций данной технико-экономической задачи примем удельные приведенные затраты по альтернативным системам газоснабжения Здг, Зог. Задача решается методом критических точек. Приравнивая затраты по сравниваемым вариантам, определяем критическое значение управляющего параметра qKp, при котором альтернативные системы газоснабжения экономически равноценны. Затем, анализируя затраты в области q < qKp, принимаем для каждой из областей вариант с меньшими затратами. Удельные (на одну квартиру) приведенные затраты в одноступенчатую систему газоснабжения по комплексу: газовые сети среднего давления - домовые регуляторы - газовые сети низкого давления определяются по формуле:
где: Зог - удельные приведенные затраты в одноступенчатую систему газоснабжения, руб./(год. кв); Згсд,Згнд - удельные приведенные затраты в сети среднего и низкого давления, руб./(г. -кв.); Зрег - удельные приведенные затраты в домовые регуляторы давления, руб./(г. -кв.).
Как показывают расчеты, на величину удельных затрат в одноступенчатые системы газоснабжения определяющее влияние оказывают характер застройки населенного пункта, плотность населения на газоснабжаемой территории, а также технические характеристики газоснабжаемых зданий, при этом в зависимости от указанных факторов затраты могут изменяться в 1,5 и более раз.
Удельные (на одну квартиру) приведенные затраты в двухступенчатую систему газоснабжения по комплексу: сети среднего давления - ШГРП - сети низкого давления определяются по формуле:
Рекомендуемые значения оптимальной централизации поселковых систем газоснабжения на базе шкафных газорегуляторных установок приведены в табл. 1 [3].
3 = 3, + 3 + 3, = min ,
ог гсд рег гнд '
(1)
(2)
ВЕСТНИК 7/2011
Таблица 1. Оптимальная централизация систем газоснабжения
Плотность населения q, чел./м2 Централизация поселковых систем газоснабжения, кв., при характере застройки поселков
МНОГО] зядная одно или двухрядная
оптимальное значение централизации пар1 допустимый интервал значений централизации оптимальное значение централизации пар1 допустимый интервал значений централизации
Усадебные здания с существующим уровнем теплозащиты Газовое оборудование - газовые плиты, газовые отопительные котлы периодического действия
0,610-3 80 65-105 7 5-9
2,5Т0"3 100 83-132 10 8-13
7,5Т0"3 120 97-155 12 10-16
Усадебные здания с повышенным уровнем теплозащиты Газовое оборудование - газовые плиты, газовые отопительные печи [котлы] непрерывного действия. Коттеджные здания с повышенным уровнем теплозащиты. Газовое оборудование - газовые плиты, газовые водонагреватели, газовые котлы непрерывного действия.
0,610-3 120 95-155 8 6-10
2,5Т0"3 150 120-182 11 9-14
7,5Т0"3 170 137-238 15 12-20
Как показывают расчеты с использованием предлагаемых формул, одноступенчатые системы газоснабжения экономически целесообразны в поселках с однорядной застройкой при плотности населения q < 0,65-0,7 чел./м2 (площадь приусадебного участка > 4-5 соток). Для поселков с двухрядной застройкой область рационального применения одноступенчатых систем газоснабжения ограничена условием q < 3,5-10-34-10-3 чел./м2 (площадь приусадебного участка > 7-8 соток). Для поселков с многорядной застройкой одноступенчатые системы газоснабжения экономически оправданы при плотности населения д < чел./м2 (площадь приусадебного участка
> 15-30 соток).
С учетом погрешности исчисления затраты в размере 3-5 % для использования в проектной практике предлагаются следующие обобщенные рекомендации [3]:
- одноступенчатые системы газоснабжения целесообразно использовать в поселках с ленточной (одно- и двухрядной) застройкой при площади приусадебных участков 4-6 и более соток. Во всех остальных случаях целесообразно использовать двухступенчатые системы газоснабжения в условиях их оптимальной централизации (таблица 1).
Полученные значения совпадают с результатами других исследователей и, вместе с тем, более адекватно отражают конкретные особенности функционирования посел-
7/2011 ВЕСТНИК _7/2011_мгсу
ковых систем газоснабжения с учетом многообразия системообразующих связей и факторов.
Литература
1. Курицын Б.Н., Медведева О.Н. К вопросу оптимизации расчетных перепадов давления между участками газовой сети// Газ. 2006. № 2. Саратов: Газ-медиа. - С. 26-28.
2. Медведева О.Н., Иванов A.A. Выбор оптимальной потери давления в поселковых системах газоснабжения// Актуальные проблемы современного строительства: Материалы 63 Международной научно-технической конференции молодых ученых. С.-Петербург: С.-ПбГАСУ, 2010. - С. 75-78.
3. СТО
4. Курицын Б.Н., Иванов A.A. Моделирование и оптимизация систем газоснабжения сельских поселков с использованием индивидуальных шкафных газорегуляторных установок // Научный вестник Воронеж. гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. 2010. Вып. № 4 (20). С. 9-13.
Literature
1. Kuritsyn B.N., Medvedeva O.N. On optimization of the calculated pressure differences between areas of the gas network // Gas. 2006. № 2. Saratov: Gas-media. P.6-28.
2. Medvedeva O.N., Ivanov A.A. Selection of optimal pressure loss in the settlement systems of gas // Actual problems of modern construction: Proceedings of the 1963 Inter-national scientific conference of young scientists. St. Petersburg: S.-PbGASU, 2010. P. 75-78.
3. STO
4. Kuritsyn B.N., Ivanov A.A. Simulation and optimization of gas supply systems in rural villages with individual cabinet gas control systems // Scientific Bulletin of Voronezh. state. architect-built. univ. Construction and architecture. 2010. Vol. № 4 (20). P. 9-13.
Ключевые слова: оптимизация, регулятор, потери давления, система газоснабжения, затраты, целевая функция, застройка, населенный пункт
Keywords: optimization, control, pressure loss, gas supply system,costs, the objective function, buildings, settlement
e-mail автора: medvedeva-on@mail.ru
