к.т.н. Медведева О.Н

Саратовский государственный технический университет, Россия

оптимизация систем газоснабжения городов

на базе шкафных газорегуляторных пунктов

Двухступенчатые системы газоснабжения со шкафными газорегуляторными пунктами (ШГРП) получили широкое распространение. Эти системы обеспечивают распределение и подачу газа потребителям по газопроводам двух категорий: среднего и низкого или высокого (второй категории) и низкого давлений. Распределительные газопроводы среднего (высокого) давления обеспечивают подачу газа в аналогичные газопроводы низкого давления с понижением давления газа в ШГРП, в свою очередь газопроводы низкого давления обеспечивают подачу газа непосредственно потребителю.

обычно количество квартир (зданий), подключаемых к одному ШГРП, принимается в зависимости от пропускной способности ШГРП, трассировки распределительных газопроводов, специфики застройки города. Данный подход часто приводит к перерасходу материальных и денежных средств в сооружение и эксплуатацию системы газоснабжения. Поэтому оптимальное решение данного вопроса требует проведения технико-экономического анализа.

в качестве целевой функции задачи рассмотрим удельные (на одну газифицируемую квартиру) приведенные затраты по комплексу: сети высокого (среднего) давления, ШГРП, сети низкого давления. Критерию оптимальности соответствует минимум целевой функции вида:

, (1)

где - удельные приведенные затраты в ШГРП;

- количество квартир, снабжаемых газом от одного ШГРП, кв;

- удельные приведенные затраты в сети среднего давления;

- удельные приведенные затраты в сети низкого давления.

Определение составляющих целевой функции (1) подробно рассматривается в [1]. В качестве ограничений к целевой функции запишем следующие соотношения:

; ; .

Первое ограничение обусловлено исходными предпосылками, положенными в основу разработки расчетной модели газовой сети низкого давления. Второе и третье ограничения отражают технические требования к подземной прокладке распределительных газопроводов.

Для поиска оптимального решения более предпочтительно применение метода вариантных расчетов. Задаваясь рядом значений числа газифицируемых квартир n₁, n₂, … , n_m определяем удельные приведенные затраты в систему газоснабжения , , … , . Минимальному значению затрат соответствует оптимальное количество квартир , газоснабжаемых от шкафной газорегуляторной установки.

В качестве примера численной реализации предлагаемой математической модели выявим оптимальную централизацию системы газоснабжения жилого массива с многорядной застройкой 9-ти этажными зданиями.

Исходные данные:

- газовое оборудование зданий – газовые плиты;

- расход газа g=1,22 м³/ч;

- коэффициент заселенности квартир S=3 чел/кв;

- плотность населения газоснабжаемой территории q=0,042 чел/м² ;

- нормируемый перепад давлений в газовых сетях низкого давления ∆P=1200 Па;

- количество квартир в одном жилом доме n₀= 72, 108, 144, 180, 216, 252, 288;

- прокладка газопроводов: подземная 100% стальных труб, 100% полиэтиленовых труб;

- застройка поселка жилыми зданиями – многорядная и ленточная.

Результаты представлены на графиках (рис.1 и рис.2).

Анализ экономико-математических моделей показывает, что оптимальная централизация поселковых систем газоснабжения зависит от целого ряда факторов. К их числу относятся: характер застройки поселка жилыми зданиями; плотность населения газоснабжаемой территории; климатические условия эксплуатации систем газоснабжения; оснащенность зданий газовыми приборами и оборудованием; режимы потребления газа; материал и способ прокладки газопроводов и другие. При этом определяющую роль играют плотность населения, характер застройки и количество квартир в одном здании.

В результате проведенных расчетов систем газоснабжения, выполненных из стальных и полиэтиленовых газопроводов, для микрорайонов застроенных 9-ти этажными зданиями можно сделать следующие выводы:

1. Затраты на сооружение и эксплуатацию ШГРП на порядок ниже чем затраты на сооружение и эксплуатацию сетей среднего и высокого давления. Следовательно, определяющими параметрами для определения минимума целевой функции являются приведенные затраты в сети низкого и в сети среднего давления.

2. При анализе полученных данных выявлено, что оптимальное количество снабжаемых газом домов в большой степени зависит от числа квартир в одном здании. Выявлено, что оптимальное количество 72-х квартирных домов равняется 9. Для большего числа квартир оптимальное количество зданий равно 4, как при строительстве газопроводов из стальных, так и из полиэтиленовых труб.

3. Приведенные затраты по комплексу ШГРП - сети среднего давления - сети низкого давления тем меньше, чем больше количество квартир в здании.

4. При сравнении двух вариантов прокладки газопроводов (из стали и из полиэтилена) видно, что оптимальные приведенные затраты в газораспределительные сети из полиэтиленовых газопроводов меньше, чем в сети из стальных газопроводов.

Литература

1. Курицын Б.Н., Медведева О.Н. Оптимизация поселковых систем газоснабжения на базе шкафных газорегуляторных установок// Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции: Материалы Международной научно-технической конференции.- М.: МГСУ, 2005. С.268-272/

З_opt/n

2. Сп 42-101-2003. Свод правил по проектированию. Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб. М.: Полимергаз, 2003. 163 с.

n₀

Рис.1. Зависимость оптимальных приведенных затрат

в устройство газовых сетей для 9-ти этажной застройки жилого сектора

от числа квартир (при прокладке стальных газопроводов)

n₀

Рис.2. Зависимость оптимальных приведенных затрат

в устройство газовых сетей для 9-ти этажной застройки жилого сектора

от числа квартир (при прокладке полиэтиленовых газопроводов)