Оптимизация межпоселкового транспорта газа

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Проблема оптимального развития и функционирования газотранспортной системы не раз затрагивалась на страницах отечественной и зарубежной литературы. История вопроса в России и СССР насчитывает более 40 лет научных исследований, изысканий и разработок ученых и специалистов газовой промышленности. Основные разработки по данной тематике выполнены в период 1960-1980-х годов. Работы велись в учреждениях и филиалах АН СССР: в Иркутске (СЭИ), в Москве (ИКТЭП и ИНЭИ), в Киеве (ИПМЭ), в Харькове (УкрНИИгаз); а также в вузах, отраслевых научно-исследовательских институтах (ВНИИЭГАЗПРОМ, ВНИИГАЗ, ВНИПИТРАНСГАЗ) и других научных и проектных организациях. Большинство задач были решены укрупненно, без учета многочисленных вариантов и особенностей систем газоснабжения, были выполнены в других экономических условиях и не могут отвечать используемой в настоящее время оценке экономической эффективности газораспределительных систем.

Сельские населенные пункты занимают важное место в социально-экономической структуре страны, обусловленное специфическими особенностями производственной и аграрной деятельности населения и социально-историческим развитием. Опорным пунктом межпоселковых систем газоснабжения являются газораспределительные станции (ГРС), которые получают природный газ от магистрального газопровода-отвода. При большом количестве населенных пунктов, требующих обеспечения природным газом, и их значительном рассредоточении определение рационального местоположения ГРС требует проведения предварительных технико-экономических исследований.

С увеличением радиуса действия станции (с увеличением количества населенных пунктов, подключаемых к ГРС) снижаются удельные затраты в сооружение и эксплуатацию ГРС. Вместе с тем, возрастают удельные затраты в сооружение и эксплуатацию межпоселковых газопроводов, а также газопроводов-отводов вследствие увеличения их протяженности и диаметра [1].

В качестве целевой функции задачи рассматривались удельные (на 1 человека газифицируемого населения) дисконтированные затраты по технологической цепочке: газопровод-отвод - газораспределительная станция - межпоселковый газопровод. Для наиболее распространенного в газовой практике радиально-лучевого варианта трассировки межпоселковых газопроводов (рис. 1) оптимальный радиус действия станции определится по выражению 1:

газораспределительный межпоселковый трассировка

, (1)

где ? средняя численность жителей в населенном пункте, чел; ? плотность сельского населения, чел/км2.

Рис. 1. Расчетная схема задачи

Оптимальное количество населенных пунктов, подключаемых к одной ГРС:

. (2)

Как показывает анализ результатов конкретных расчетов, оптимальная централизация межпоселковых систем газоснабжения изменяется в широких пределах в зависимости от плотности населения газоснабжаемой территории и численности населенных пунктов. Так, например, при плотности населения 10 чел/км2 и численности населенных пунктов =100 человек оптимальный радиус действия станции составляет = 5,9 км. В то же время, при 2 чел/км2 и =1000 человек, оптимальный радиус действия станции = 21,9 км, то есть изменяется в 3,7 раза. Аналогично изменяется и оптимальное количество населенных пунктов, снабжаемых газом от одной ГРС. При 10 чел/км2 и = 100 человек имеем = 11 сел, в то время, как при 2 чел/км2 и =1000 человек оптимальное количество населенных пунктов составляет = 3 села, то есть изменяется в 3,7 раза [1]. Таким образом, при разработке проектов межпоселковых систем газоснабжения следует руководствоваться следующими соображениями: к одной газораспределительной станции необходимо подключать в среднем 4-5 сел при допустимом диапазоне централизации от 3 сел (при повышенной плотности населения и пониженной численности населенных пунктов) до 11 сел (при пониженной плотности населения и повышенной численности населенных пунктов) [2].

Для определения оптимального местоположения ГРС была составлена специализированная программа. Целевая функция задачи ? дисконтированные затраты в строительство и эксплуатацию межпоселковых газопроводов . Оптимальному решению соответствует условие минимума:

, (3)

где ? приведенные затраты в строительство и эксплуатацию го межпоселкового газопровода, руб/год.

Сравнительный анализ предлагаемой методики определения оптимального местоположения газораспределительной станции с реальными проектами показывает снижение годовых приведенных затрат в систему газораспределения на 15 и более процентов.

После определения оптимального количества населенных пунктов, снабжаемых газом от одной ГРС, и ее оптимального местоположения можно приступать к расчету оптимальных схем распределения газа между ГРС и населенными пунктами (потребителями газового топлива). Целевая функция задачи представляет собой дисконтированные затраты в сооружение головной магистрали и ответвлений [3, 4]:

(4)

Для решения предлагаемой задачи математические модели с помощью физико-математического пакета Mathcad с включенной системой искусственного интеллекта SmartMath в сочетании с языком программирования Си-Шарп была составлена программа, позволяющая получить уравнение оптимальной трассировки газопровода и оптимальных значений давлений по участкам сети (давления в точках врезки ответвлений). Дополнительный программный модуль позволяет получить визуальную схему трассы газопровода на плане газоснабжаемой территории.

Наряду с радиально-лучевым вариантом трассировки межпоселковых газопроводов отдельные потребители газа, расположенные на соседних лучевых газопроводах, целесообразно подключать по радиально-тупиковой схеме. Наличие комбинированной (радиально-лучевой (РЛ) и радиально-тупиковой (РТ)) схемы трассировки межпоселковых газопроводов существенно изменяет общую конфигурацию газораспределительных сетей и оптимальное местоположение газораспределительной станции. Замена нескольких лучей на один радиально-тупиковый целесообразна из-за экономии затрат [5]. Первоначально радиально-тупиковый вариант принимается при оптимальной трассировке и оптимальных диаметрах. Затем радиально-тупиковый газопровод сводится к радиально-лучевому варианту с одним потребителем из условия:

,, (5)

. (6)

Протяженность газопровода определится по формуле:

, (7)

где - координаты ГРС и населенного пункта, соответственно.

(8)

После определения искомых параметров получаем новый радиально-лучевой вариант схемы и находим новую посадку ГРС. Этот итерационный процесс повторяется до тех пор, пока следующий шаг итерации уточняет решение не более чем на 2ч3 % по приведенным затратам. Для определения координат ГРС использовался метод Ньютона. Устанавливаемая трасса будет характеризоваться оптимальным соотношением между протяженностью газопровода и его диаметром. Для облегчения повторяющихся расчетов предполагается составить программу для ЭВМ.

Внедрение результатов исследований в инженерную практику позволит повысить качество проектных разработок, снизить расход материальных и денежных ресурсов по сооружению и эксплуатации распределительных межпоселковых систем газоснабжения.

Литература

1. Курицын Б.Н. Математическая модель оптимального функционирования межпоселковых систем газоснабжения/ Б.Н. Курицын, О.Н. Медведева // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. ? 2009. ? №2. ? С.17-22.

2. Курицын Б. Н. Оптимальная централизация межпоселковых систем газоснабжения/ Б.Н. Курицын, О.Н. Медведева // Газ России. - СПб.: ОАО «Росгазификация». ? 2008. ? №2. ? С. 74-79.

3. Медведева О.Н. Решение задачи оптимизации основных параметров региональных систем газоснабжения/ О.Н. Медведева, В.О. Фролов //Вестник гражданских инженеров. ? 2010. ? № 3(24). - С.131-134.

4. Медведева О.Н. Выбор трассировки газопровода на плане газоснабжаемой территории/ О.Н. Медведева// Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. ? 2010. ? №3 (19). ? С. 60-67.

5. Медведева О.Н. Разработка эффективных газораспределительных систем: автореф. дис…д-ра техн. наук/ О.Н. Медведева. - Воронеж, 2015. - 35 с.

Размещено на Allbest.ru