Медведева О.Н., Осипова Н.Н.

Саратовский государственный технический университет

Выбор мощности и местоположения опорного пункта

газоснабжения на базе природного и сжиженного

углеводородного газов

важным резервом повышения экономичности региональных систем газоснабжения является оптимальная централизация последних на базе газораспределительных станций (ГРС) и газонаполнительных пунктов (ГНП) с последующей реализацией СУГ потребителю через баллонные и резервуарные установки.

результаты проведенных исследований [1], показывают, что допустимый интервал радиуса действия газонаполнительных пунктов в зависимости от плотности газопотребления газоснабжаемой территории изменяется в пределах от 25-40 км (q=0.5т/год км²) до 12-23 км (q=4,0т/год км²). При этом площадь территории, снабжаемой газом от одного ГНП изменяется в пределах от 1962- 5024 км² до 452-1661 км². Таким образом, в реальном диапазоне изменения параметра q допустимый интервал изменения площади газоснабжаемой территории составляет 462-5024 км², что соответствует реальной площади большинства административных районов субъектов Российской федерации. В этой связи, газонаполнительные пункты следует интерпретировать как опорные пункты районного газоснабжения. Такой подход обеспечивает не только экономические преимущества систем газоснабжения за счет их оптимальной централизации, но также создает благоприятные предпосылки по совершенствованию организационной структуры газораспределительной системы за счет закрепления ГНП за соответствующими газовыми хозяйствами (районные газовые участки соответствующих межрайгазов).

При проектировании систем снабжения сжиженным газом через районные ГНП важную роль играет правильный выбор местоположения ГНП на территории административного района. В большинстве административных районах имеется n населенных пунктов – потребителей сжиженного газа с годовым потреблением Q₁, Q₂, …… Q_i. положение ГНП должно определяться из условия, что суммарные приведенные затраты по доставке СУГ во все населенные пункты будут минимальными.

Нанесем на плане территории административного района координатную сетку и зафиксируем координаты потребителей: x₁,y₁, ….. x_i,y_i, …. х_n,y_n. Обозначим координаты посадки газонаполнительного пункта через х и у.

у

х₁,у₁

х_i,y_i

ГНП

x_n,y_n

х

Рис.1 Расчетная схема задачи

В этом случае дальность доставки СУГ с ГНП до i-го населенного пункта c учетом [2] примет следующий вид:

	(1)
Годовые приведенные затраты по доставке СУГ с ГНП до i – го населенного пункта [2]:	(2)

где а,b – стоимостные параметры, численные значения которых зависят от дорожных условий, вида автомобильного транспорта [3];

l_i- дальность доставки СУГ по автомобильным дорогам до i-го населенного пункта, км;

Q_i-годовое потребление газа i-м населенным пунктом, т/год.

общие приведенные затраты по доставке СУГ с ГНП во все населенные пункты данного административного района:

(3)

Для нахождения минимума приведенных затрат необходимо продифференцировать целевую функцию по управляющим параметрам х и у и приравнять к нулю.

(4)

Решая полученную систему уравнений, находим искомые координаты газонаполнительного пункта x_opt, y_opt.

Предложенная математическая модель (1-4) по определению оптимального размещения ГНП на территории газоснабжаемого района, реализована с помощью программного обеспечения на ЭВМ с использованием среды программирования С++Builder 6.0.

Объемы годового газопотребления и координаты населенных пунктов для решения задачи приводятся в таблице 1.

Таблица 1

Координаты местонахождения населенных пунктов, км	Обозначения населенных пунктов, при объеме газопотребления
	1, Q1 = 40 т/год	2, Q2 = 120 т/год	3, Q3 = 50 т/год	4, Q4 = 80 т/год	5, Q5 = 60 т/год	6, Q5 = 90 т/год
xi	8	2	24,5	12,8	24,8	11,2
yi	42,5	32,8	17,8	14,5	28,2	24,2

Результаты расчета на ЭВМ представлены на рис.2. Как видно из рис 2. Оптимальное расположение ГНП имеет координаты х=11.35 км и y=24,6 км. В данной точке необходимо расположить газонаполнительный пункт, чтобы суммарные приведенные затраты по доставке СУГ во все обозначенные населенные пункты были минимальными.

0 10 20 30

Рис.2. К определению местоположения районного газонаполнительного пункта.

Поскольку эффективное функционирование ГНП требует соответствующей дорожной и инженерной инфраструктуры (подъездные пути, наличие электро-, водотеплоснабжения и т.д.) фактическое расположение ГНП необходимо привязывать к ближайшему населенному пункту (в данном примере потребитель 6 с координатами х=11,2 км и у=24,2 км).

Газораспределительные станции являются важным и капиталоемким звеном в технологической цепи транспорта природного газа, являясь опорным пунктом межпоселковых систем газоснабжения, получающих природный газ от магистрального газопровода-отвода. С увеличением мощности ГРС уменьшаются удельные приведенные затраты по самой станции, вместе с тем, возрастают удельные затраты в межпоселковые газопроводы за счет увеличения их протяженности и диаметра. При большом количестве населенных пунктов, требующих обеспечения природным газом и их значительном рассредоточении определение рационального местоположения ГРС требует проведения предварительных технико-экономических исследований.

Сформулируем задачу следующим образом. Газораспределительная станция снабжаем газом населенных пунктов, расположенных на территории области (административного района) в точках с координатами: . Максимальный часовой расход газа населенными пунктами составляет: (рис.3). Необходимо определить координаты местоположения газораспределительной станции .

Рис.3. Расчетная схема задачи

В качестве целевой функции задачи примем суммарные приведенные затраты в сооружение и эксплуатацию межпоселковых газопроводов .

Оптимальному решению задачи соответствует условие:

, (5)

где - приведенные затраты в сооружение и эксплуатацию го межпоселкового газопровода, руб/год.

Удельные приведенные затраты по тому межпоселковому газопроводу можно определить по формуле:

, (6)

где - стоимостные показатели межпоселкового газопровода, руб/км и

руб/ (км×см) соответственно.

- диаметр го межпоселкового газопровода, см;

- длина го межпоселкового газопровода, км.

Согласно рис.3. можно записать:

. (7)

Диаметр межпоселкового газопровода определяется по формуле:

, (8)

где - давление газа в начале межпоселкового газопровода, МПа (абс);

- давление газа в конце межпоселкового газопровода, МПа (абс);

- расход газа тым населенным пунктом, м³/ч. Определяется в зависимости от численности населенного пункта, средней заселенности квартир, характера газоиспользующего оборудования, режимов его эксплуатации и других определяющих факторов [4].

Система уравнений (5¸8) формирует технико-экономическую модель задачи. Для нахождения минимума затрат дифференцируем целевую функцию по управляющим параметрам x и y и приравниваем к нулю:

; . (9)

Решая полученную систему уравнений, находим оптимальные значения управляющих параметров (координаты местоположения ГРС) . данная задача успешно решается на ЭВМ [5]. В целях численной реализации экономико-математической модели задачи приведем пример расчета по определению оптимальной централизации межпоселковых систем газоснабжения.

В расчетах использовались следующие исходные данные и предпосылки:

- прокладка межпоселковых газопроводов подземная;

- коэффициент заселенности сельских квартир =3,0 чел/кв;

- объекты газоснабжения сельских поселков – жилые здания усадебного типа;

- газовое оборудование квартир: в 50% домов установлены газовые плиты и отопительные котлы (включая горячее водоснабжение), в 50% домов - газовые плиты и отопительные печи периодического действия;

- точность нахождения станции - 0,1км.

Таблица 2

Номер населенного пункта	Координата Xi, км	Координата Yi, км	Количество газоснабжаемых жителей	Количество газифицируемых квартир
1	5	10	2600	650
2	2,5	7	1200	300
3	0,5	12,5	300	80
4	4	5	750	210

В результате расчета были получены следующие значения оптимальных координат местоположения ГРС: . Графические результаты представлены на рис.4.

Рис.4. К выбору оптимального местоположения ГРС:

- населенный пункт; - газораспределительная станция;

- межпоселковый газопровод

внедрение предлагаемых методических разработок в проектную практику позволит проектным и эксплуатационным организациям выбирать наиболее эффективные направления преобразования систем газоснабжения.

Литература:

1. Осипова Н.Н. Централизация региональных систем снабжения сжиженным газом. Материалы второй международной технической конференции/Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции. М: МГСУ, 2007. С.322-327

2. Осипова Н.Н. Оптимальная централизация региональных систем снабжения сжиженным газом при реализации СУГ непосредственно от газонаполнительной станции Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения: Межвуз. науч. сб. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т 2007, С.62-71

3. Рекомендации по проектированию и строительству систем газоснабжения малых и средних городов и населенных пунктов сельской местности. Саратов: Гипрониигаз, 1985.-144с.

4. Курицын Б.Н., Медведева О.Н. Выбор источника газоснабжения межпоселковых систем природного газа // Научно-технический журнал Инженерные системы, АВОК- Северо-Запад, №3, Санкт-Петербург: НПСЗ Центр Авок, 2007. С.82-84.

5. Курицын Б.Н., Медведева О.Н. Определение оптимального радиуса действия газораспределительных станций // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения: Сб. научн. трудов.- Саратов: изд-во СГТУ, 2007. С.31-36.