CC BY
18Раздел 3. Инженерное обеспечение
УДК 696.2(075.8)
СВЯЗЬ ЗАТРАТ НА СТРОИТЕЛЬСТВО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ ГАЗОВОЙ СЕТИ С
ХАРАКТЕРИСТИКАМИ СЕТИ
Боровский Б.И., Иванников Ю.А.
Академия Строительства и Архитектуры КФУ им.В.И.Вернадского,г.Симферополь, ул. Киевская 181
Аннотация. На основании анализа технических характеристик распределительных газовых сетей изатрат на материалы и технологию строительства предложена модель расчёта затрат на подземное и надземное строительствостальных и полиэтиленовых газовых сетей при низком, среднем и высоком давлении.
Ключевые слова: распределительная газовая сеть, характеристики сети, технологии строительства, строительные затраты, модель расчёта.
Введение
Распределительная газовая сеть населенного пункта предназначается для распределения газа потребителям, эта сеть заканчиваетсяподачей газа потребителю (предприятие, котельная, жилой квартал, отдельное здание). Внутри здания потребителя внутридомой газопровод направляет газ к отдельным газовым приборам.
Строительные правила [1]требуют технико -экономических обоснований при выборе варианта газовой сети. При этом необходимо учитывать стоимость труб, оборудования, строительства и эксплуатации. Предусмотрена возможность использования низкого, среднего и высокого давленияП и! категории.
Рекомендуется применение среднего давления с ШРП (шкафной регуляторный пункт) у потребителей газа.Использование низкого давления из - за значительных материальных вложений целесообразно в малых поселениях с комплексной застройкой, расположенной вблизи источника газоснабжения.
Проектируются на территориях населенных пунктов преимущественно подземных газопроводов, где рекомендуется использовать полиэтиленовые трубы. Прокладка надземных стальных газопроводов возможна только при техническом обосновании.
В строительных правилах [1]отсутствует модельтехнико-экономических обоснований выбора варианта газовой сети.
Анализ публикаций
В работе [2] приведена модельтехнико -экономических обоснованийвыбора варианта газовой сети. Утверждается, что стоимость земляных работ в меньшей степени зависит от диаметра труб, чем стоимость газопровода и предлагается определять затраты на строительство газопровода по упрощённой зависимости:
Кг = (0,5 — 0,6^ н ,руб/м (наружный
диаметр газопровода в см). Видно, что этазависимость не позволяет учесть снижениезатрат при использовании полиэтиленовых труб, так как диаметры полиэтиленовых и стальныхтруб весьма близки. Однако, эта зависимость возможно может использоваться при сравнительных расчётах. В работепоказано,что из-за уменьшениядиаметра труб затраты на строительство газопровода снижаются при увеличении давления газа. Так, затраты при среднем давлении составляют 0,387 от затрат при низком давлении.
В работах [3-6] отсутствуют моделитехнико -экономических обоснованийвыбора варианта газовой сети. В связи сэтимпри проектировании приходится анализировать различные варианты, варьируя давлениями и материалом газопровода (сталь, полиэтилен)[7-10]. Эти исследования показали экономическиепреимущества среднего и высокого давленияПкатегории и
использованияполиэтиленовых труб для подземных газопроводов,что согласуется со Строительными правилами [1].Так, затраты на
строительствополиэтиленового газопровода меньше, чем подземного стального при низком, среднем и высоком давлении, соответственно, на 12-42; 27-42; 44%. ( расход газа 560 - 800 м3/ч).К тому же при среднем давлении уменьшаются трудоёмкость строительства, срок строительства исрок окупаемости. Естественно, возрастает срок зксплуатации в 2-2,5 раза, 50 и 20-25 лет. Однако, обобщение экономических показателей не получено.
В работе [6]указаны нормы использования располагаемого давления газа в сети, что делает сравнение вариантов более определённым.
Цель и постановка задачи исследований
Целью работы является получение модели, связующей затраты на строительство распределительной газовой сети с характеристиками сети. Задачи состоят в анализе параметров сети и затрат на строительство.
Методика исследования
Методика исследования заключается в численном анализе современной информации по параметрам распределительных газовых сетей и по экономическимхарактеристикам.
Результаты и их анализ
Основными техническими параметрами распределительных газовых сетей являются диаметр ^ длина трубопровода1.ВСтроительных правилах [1]приведены соотношения для расчёта диаметра трубопроводапри низком, среднем и высоком давлении. Для обеспечения устойчивой работы регуляторов давления на газорегуляторных пунктах (ГРП) потребителей используется только часть располагаемого давления [2,6]. В работе [6] говорится об использовании 40% располагаемого давления. Тогда определим:
- для низкого давления: рнач = 3000Па; ркон = 1800Па; допустимые потери давления1200Па,
- для среднего давления: рнач = 0,4МПа; ркон = 0,24МПа; допустимые потери давления0,16МПа,
- для высокого давления II категории: : рнач = 0,7МПа; ркон = 0,42МПа; допустимые потери давления0,28МПа,
- для высокого давления I категории:рнач = 1,3МПа; ркон = 0,52МПа; допустимые потери давления0,78МПа,
где давления среднее и высокое -абсолютные ;рнач,ркон -давление начальное и конечное.
После преобразований соотношений Строительных правил [1]получим:
1) сталь
низкое давление:
й = 3,900м • I(1)
среднее давление:
й = 1,165000,4 • I°,2. высокое давление II категории:
й = 0,93200,4 • 10,2; высокое давление I категории:
й=0,69е0,4 • 10,2;
2) полиэтилен низкое давление:
й=4,3е0,37 • 10,21;
среднее давление:
й = \,220^^37 • Iа21; высокое давление II категории:
й=0,96000,37 • 10,21; высокое давление I категории: й=0,70е00,37 • 10,21
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
0 , (8) где d, мм;Р0, м3/ч; I - расстояние до самой удалённой точки, м.
Из формул (1) - (8) видно, что газопровод с внутренним диаметромd связываетосновные
технические характеристики распределительных газовых сетей: расход газаР0,длину I, материал труб и давление газа . Это позволяет обобщать затраты на строительство (экономические характеристики) по внутреннему диаметру d. По значению этого диаметра d легко находится наружный диаметр газопровода dн.
Формулы (1) - (8) позволяют оценить влияние давления газа. Переход от низкого давления к среднему уменьшает диаметр газопровода более чем в 3раза, а переход от среднего давления к высокому давлению II и I категорииснижает диаметр толькона 20% и 27%. Отсюда следует преимуществоиспользования среднего давления в газоснабжении, оговоренное Строительными правилами [1] .
Расчёт по формулам (1) - (8) показывает, что диаметр полиэтиленовых труб меньше, чем стальных : при расходах 650 и 2000 м3/чуменьшение составляет 90 и 88%. Однако, в связи с дискретностьюдиаметров труб это уменьшение может не проявиться.
Перейдём к анализу затрат на строительство распределительной газовой сети. В нормативном документе [11] приведенызатраты на монтаж подземного и надземного газопроводов в зависимости от длины и наружного диаметра газопровода dнпо состоянию на 2000г.ВПисьме Координационного центра [12]указаны индексы пересчёта сметной стоимости строительства с 2000г. на февраль 2015г. Для Краснодарского края (данные для Крыма отсутствуют) при новом строительстве и реконструкции индекс к общей стоимости (без НДС) составляет 8,795. С учётом приведенного индекса, переходя квнутреннему диаметру d и удельным затратам, приходящимся на 1м (З/м), определяя стоимость труб по данным интернет ииспользуя как более стабильную денежную единицу, доллар (один доллар соответствует 70рублям), найдём следующие зависимости при индексе корреляции более 0,95:
Подземная прокладка газопровода (долл / м)
сталь
З/м = 0,024й
1,43
2)полиэтилен
З/м = 0,0062й
1,61
Надземная прокладка газопровода (долл/м)
Высота прокладки 1м:
З/м = 0,111й1Д22
Высота прокладки 2,2м: З/м = 0,145й1,078
(9)
(10) стального
Высота прокладки 5м: З/м = 0,270й
0,972
(11)
(12)
Расчётные формулы (1) - (13) не учитывают затраты на катодную (анодную) антикоррозионную защиту изатраты на сетевой ГРП.
Сопоставляя формулы (9) и (10) найдём, чтопри равных диаметрахстального и полиэтиленового газопроводов затраты на строительство полиэтиленового газопроводов значительно меньше, чем стального.
Расчёты по обобщающим формулам (11) -(13) согласуются с тем естественным положением, что с увеличением высота прокладки газопровода строительные затраты возрастают. Увеличение высоты прокладки с 1м до 2,2м повышает затратыв пределах 10% . При высоте прокладки 5м и диаметре 50мм затраты больше, чем при высоте прокладки 2,2м, на 23%.Последующее увеличение диаметра снижает эту величину, которая при диаметре 300ммсоставляет 1,8%.
Как уже отмечалось, при
определениидиаметра d используется длина наиболее длинной ветки в сети, для этого диаметра получены вышеприведенные формулы затрат. С цельювычисления затрат для других веток сети воспользуемсяработой [13] , в которой приведены затраты 1984г. для отдельной трубы и для трубыв сети при глубине траншеи 2 и 4м. После приведения данных к глубине траншеи газопровода 1м получим отношении затрат трубы в сети Зск затратам отдельной трубы З ( для стали dн = 100 - 600мм, для полиэтилена dн = 100 - 300мм ) :
З /З - 8,73/
с />32
Сталь: / ; (14)
Зс/З -
- 36/
'й 0
Полиэтилен: ' . (15)
Формулы (14) и (15) показывает, что при равных диаметрах стального и полиэтиленового газопроводов затратына ветки в сети полиэтиленового газопровода больше, чем стального.
Сравним затраты на строительство распределительных газопроводов из стальных и полиэтиленовых труб при низком и среднем давлении, при большом (2000) и малом (650) значениях часового расхода газа, м3/ч (величина 650 м3/ч выбрана в качестве средней из исследованных в работах[7-10]).Необходимо провести
гидравлический расчёт газовой сети. Примерная газовая сеть жилого микрорайона приведен на рис. 1.Расчёты проведём при постоянных диаметрах веток 2,3 и участков 1-2 и 2-6 ветки1 [14] .
ГРП
10
-о-
11
-о
3
о-
4
-О
12
-О Ветка 3 5
-О-
-О Ветка 1
-О-
7
-О Ветка 2 9
Рис. 1. Газовая сеть жилого микрорайона
Результаты гидравлических оценкой затрат приведены в табл.1-8
расчётов с
Таблица 1.
Результаты расчёта газопровода из стальныхтруб при низком давлении и расходе газа 650 м3/ч
Участок 1, м 0, м3/ч dн*s, мм*мм d,мм З /м, долл / м З,долл Зс / З Зс, долл 1Зс /м, долл / м
1 - 2 200 406 194*6 182 40,94 8188 1,65 13520 21,96
2 - 6 650 106 108*5 98 16,89 10979 1,0 10979
2 - 9 500 81 108*5 98 16,89 8445 1,0 8445
1 - 12 650 106 108*5 98 16,89 10979 1,0 10979
I 2000 38591 43923
Таблица 2.
Результаты расчёта газопровода из полиэтиленовыхтруб при низком давлении и расходе газа 650м3/ч
Участок 1, м м3/ч dн*s, мм*мм d,мм З /м, долл / м З,долл Зс / З Зс, долл 1Зс /м, долл/м
1 - 2 200 406 200*11,4 177,2 25,85 5170 2,09 10796 14,27
2 - 6 650 106 110*6,3 97,4 9,86 6409 1,0 6409
2 - 9 500 81 110*6,3 97,4 9,86 4930 1,0 4930
1 - 12 650 106 110*6,3 97,4 9,86 6409 1,0 6409
I 2000 22918 28544
Таблица 3.
Результаты расчёта газопровода из стальныхтруб при среднем давлении и расходе газа 650 м3/ч
Участок 1, м д, м3/ч 4*8, мм*мм 4 мм З /м, долл / м З,долл X З /м, долл / м
1 - 2 200 406 57*3 51 6,64 1326 6,64
2 - 6 650 106 57*3 51 6,64 4316
2 - 9 500 81 57*3 51 6,64 3320
1 - 12 650 106 57*3 51 6,64 4316
X 2000 13280
Таблица 4.
Результаты расчёта газопровода из полиэтиленовыхтруб при среднем давлении и расходе газа 650 м3/ч
Участок 1, м д, м3/ч 4*8, мм*мм 4 мм З /м, долл / м З,долл X З /м, долл / м
1 - 2 200 406 63*5,8 51,4 3,52 704 3,52
2 - 6 650 106 63*5,8 51,4 3,52 2288
2 - 9 500 81 63*5,8 51,4 3,52 1760
1 - 12 650 106 63*5,8 51,4 3,52 2288
X 2000 7040
Таблица 5.
Результаты расчёта газопровода из стальныхтруб при низком давлении и расходе газа 2000 м3/ч
Участок 1, м д, м3/ч 4*8, мм* мм 4 мм З /м, долл / м З,долл Зс / З Зс, долл XЗс /м, долл / м
1 - 2 200 1250 219*7 205 48,53 9706 1,59 15432 61,84
2 - 6 650 325 159*5,5 148 30,46 19799 1,76 34837
2 - 9 500 250 219*7 205 48,53 24265 1,59 38581
1 - 12 650 325 159*5,5 148 30,46 19799 1,76 34837
X 2000 73569 123687
Таблица 6.
Результаты расчёта газопровода из полиэтиленовыхтруб при низком давлении и расходе газа 2000 м3/ч
Участок 1, м д, м3/ч 4*8, мм* мм 4мм З /м, долл / м З,долл Зс / З Зс, долл X Зс /м, долл / м
1 - 2 200 1250 225*12,8 199,4 31,26 6252 1,96 12254 49,13
2 - 6 650 325 160*9,1 141,8 18,05 11733 2,36 27690
2 - 9 500 250 225*12,8 199,4 31,26 15630 1,96 30635
1 - 12 650 325 160*9,1 141,8 18,05 11733 2,36 27690
X 2000 45348 98269
Таблица 7.
Результаты расчёта газопровода из ^ стальныхтруб при среднем давлении и расходе газа 2000 м3/ч
Участок 1, м д, м3/ч 4*8, мм*мм 4мм З /м, долл / м З,долл X З /м, долл / м
1 - 2 200 1250 89*3,5 82 12,86 2572 7,26
2 - 6 650 325 57*3 51 6,64 4316
2 - 9 500 250 57*3 51 6,64 3320
1 - 12 650 325 57*3 51 6,64 4316
Таблица 8.
Результаты расчёта газопровода из полиэтиленовыхтруб при среднем давлении и расходе газа 2000 м3/ч
Участок 1, м д, м3/ч 4*8, мм* мм 4мм З /м, долл / м З,долл X З /м, долл / м
1 - 2 200 1250 90*5,2 79,6 7,13 1426 3,88
2 - 6 650 325 63*5,8 51,4 3,52 2288
2 - 9 500 250 63*5,8 51,4 3,52 1760
1 - 12 650 325 63*5,8 51,4 3,52 2288
X 2000 7762
Сопоставление результатов гидравлических расчётов стальных и полиэтиленовых газопроводов при низком и среднем давлении расходах газа 650 (табл.1-4) и 2000м3/ч (табл.5-8) показывает практическую одинаковость диаметров участков газовой сети. Это объясняется, в частности, тем, что при малом расходе диаметры получаются меньше, но не могут быть приняты для распределительной сети менее 57*3 для стали и 63*5,8 для полиэтилена. Диаметры участков сети при среднем давлении меньшев 2-4 раза, чем при низком давлении.
Из табл. 9 и 10 следует, что затратные преимущества полиэтиленовых труб перед стальными при низком давлении больше в случае малых расходов газа (35%). При среднем давлении практически одинаковы, 47%(в данном случае). Эти результаты соответствуют работам [7-10].Затратные преимущества среднего давления возрастают с увеличением расхода газа, если при малом расходе преимущества находятся в пределах трех-четырёх раз, то при большом расходе - уже в пределах десяти раз. Большее преимущество соответствует полиэтиленовым трубам: 22,4% при малом расходе газа и 48,6% при большом.
Для стальных газопроводов затраты при среднем давлении составляют 0,302 от затрат при низком давлении (малый расход газа) и 0,120 (большой расход газа), что отличается от данных работы [2]. Рассчитанные по величине Кг [2] отношения затрат при низком давлении к затратам при среднем давлении составляют 2,04 (малый расход газа) и 3,0 (большой расход газа), в действительности: 3,31 и 8,52. Расчёт по величине Кгдаёт заниженные результаты.
Выводы
1.В результате преобразований
соотношений Строительных правил [1]получены выражения для диаметров газопровода, которые показали зависимость от основных характеристик газопровода: давления, расхода газа, длины участков и материала труб.
Порезультатам расчётов определим преимущества полимерных труб и среднего давления газа в сети в процентах и, относя затраты при стальных трубах к полимерным и затраты при низком давлении к среднему. Это отразит, на сколько уступают стальные трубы полиэтиленовым трубам и как уступает низкое давление среднему (без учёта затрат на антикоррозионную защиту изатратна сетевые ГРП).
2. Предложена модель технико -экономического обоснования выбора вариант газораспределительной сети, основанная на гидравлическом определении диаметров участков сети и затрат2015 года на строительство, установленных нормами Российской Федерации и приведенных к более стабильной денежной единице, доллару.
3. Модель состоит из аналитических соотношений затрат для подземной и надземной прокладки газопровода, при использовании стальных и полиэтиленовым труб и различных уровнях давлениях: низкое, среднее и высокое 11и I категорий.
4. Приведены примеры расчёта вариантов газораспределительной сети жилого микрорайона, которые показали следующее:
-затратные преимущества полиэтиленовых труб передстальными при низком давлении больше в случае малых расходов газа, апри среднем давлении практически одинаковы (в данном случае);
- диаметры участков сети при среднем давлении меньшев 2-4 раза, чем при низком давлении;
- затратные преимущества среднего давления возрастают с увеличением расхода газа, если при малом расходе преимущества находятся в пределах 3-4 раз, то при большом расходе - уже в пределах 10 раз.
Таблица 9.
Сравнение затратных показателей при расходе газа 650 м3 /ч
Давление низкое среднее Преимущества среднего давления
Удельные затраты X Зс / м X З / м
Сталь 21,96 6,64 3,31
Полиэтилен 14,27 3,52 4,05
Преимущества полиэтилена 1,54 (35%) 1,89 (47%) 22,4%
Таблица 10. Сравнение затратных показателей при расходе газа 2000 м3 /ч
Давление низкое среднее Преимущества среднего давления
Удельные затраты X Зс / м X З / м
Сталь 61,84 7,26 8,52
Полиэтилен 49,13 3,88 12,66
Преимущества полиэтилена 1,25 (20,6%) 1,87 (46,6%) (48,6%)
5. Большее преимущество среднего давления соответствует полиэтиленовым трубам: 22,4% при малом расходе газа и 48,6% при большом.
Список литературы
1.СП 42-101-2003. Общие требования по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полимерных труб. Стандарт РФ. 2003.
2.Ионин А. А. Газоснабжение.- М.:Стройиздат, 1989. -439с.
3.Жила В.А. Газоснабжение.- М.: АСВ, 2914. -
368с.
4.Жуков Н.П. и др. Газоснабжение.- М.: Академия, 2008. - 448с.
5.Пешехонов Н.И. Проектирование газоснабжения. - М.: Эколит, 2012. - 382с.
б.Энш П.М., Шишко Г.Г., Предун К.М. Газопостачання населених пункпв i об 1екпв природним газом. К.: Логос, 2002. - 198с.
7.Боровский Б.И., Атрощенко С.Ю. Технико -экономическая оценка использования полиэтиленовых трубпри проектировании газовой сети в сельской местности. /Сб. Строительство и техногенная безопасность.-Симферополь: НАПКС -2012. Вып. 43. - С. 111-115.
8.Боровский Б.И., Баранова Г.Н. . Технико -экономическое сравнение распределительного газопровода низкого и среднего давления в населенном пунктев сельской местности. Сб. Строительство и техногенная безопасность.-Симферополь: НАПКС - 2013. Вып. 47. - С.124-129.
9.Боровский Б.И., Зорин А.М. Использование высокого давления в полиэтиленовом газопроводе населенного пунктав сельской местности. Сб. Строительство и техногенная безопасность.-Симферополь: НАПКС - 2013. Вып. 49. - С. 93-98.
10. Боровский Б.И.,Кунский М.О. Оптимизация систем газоснабжения городских микрорайонов. / Сб. Строительство и техногенная безопасность.-Симферополь: НАПКС - 2014. Вып. 50. - С. 29-33.
11.Система нормативных документов в строительстве. Сметные нормативы Российской Федерации ФЕР 81 - 02 - 24 - 2001. Федеральные единичные расценки на строительные работы. ФЕР - 2001. Сборник №24.Теплоснабжение и газопроводы - наружные сети. Книга 2. Раздел 02. Газопроводы городов и посёлков. - М.: Госстрой России,2003 - 44с.
12. Письмо Координационного центра по ценообразованию и сметному нормированию в строительстве от 13 февраля 2015г. № КЦ /2015 -02ти «Об индексах изменения сметной стоимости строительства по Федеральным округам и регионам Российской Федерации на февраль 2015 года». М.: КЦ,2015 - 12с.
13. Пособие по водоснабжению и канализации городских и сельских поселений (к СНиП 2.07.01 -89) - М.:ЦИТП,1992 - 56с.
14. Боровский Б.И., Лапина Е.А. Возможность выполнения веток тупикового газопровода низкого давления с постоянным диаметром. / Сб. Строительство и техногенная безопасность.-Симферополь: НАПКС - 2010. Вып. 32. - С.180-185.
Borovsky B.I., Ivannikov Yu.A.
THE COMMUNICATION COST FOR THE CONSTRUCTION OF GAS DISTRIBUTION NETWORK WITH THE CHARACTERISTICS OF THE NETWORK
Abstract. Based on the analysis of the technical characteristics of gas distribution networks and the cost of materials and the construction technology proposed model for calculating costs of underground and overhead construction of steel and polyethylene gas networks at low, medium and high pressure.
Keywords: gas distribution network, network characteristics, construction technology, construction costs, the calculation model.
