Цели и задачи оптимизации сетей газораспределения

Проектирование и конструирование строительных систем. Проблемы механики в строительстве ВЬС_

УДК 627.1

Ю.А. Табунщиков*, В.И. Прохоров, О.Н. Брюханов, В.А. Жила, А.К. Клочко

*ФГБОУ ВПО «МАРХИ», ФГБОУ ВПО «МГСУ»

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ СЕТЕЙ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Обозначены цели и задачи, которые решаются методом поисковой оптимизации при проектировании сетей газораспределения.

Ключевые слова: оптимизация, система газоснабжения, газопроводы, затраты, целевая функция.

В настоящее время единой методики по определению оптимальных затрат на строительство газораспределительных сетей не существует. Объемы мероприятий и, следовательно, затраты на эти мероприятия носят эмпирический характер и недостаточно обоснованы технико-экономическими исследованиями. В лучшем случае оптимизационная задача сводится к простому перебору различных ее вариантов.

Задачу, которую намереваемся решить методом поисковой оптимизации, сформулируем в следующем виде:

требуется обеспечить газоснабжением двух потребителей, положения которых в произвольной системе координат (X; Y) известны. На некотором расстоянии от потребителей проходит линия газораспределительной сети высокого давления, которую можно описать уравнением 7ГРС = аХГРС + Ь. Для понижения давления газа в трубопроводах предусматривается установка газорегуляторного пункта. Цели выбранной задачи:

Цель № 1. Найти то положение газорегуляторного пункта, при котором сумма затрат на строительство газораспределительной сети будет наименьшей.

На рис. 1 рассматривается три варианта расположения ГРП. Проведены гидравлические расчеты для трех вариантов газораспределения.

у

потребитель-!

1800 2133,3 X

произвольная система координаг

Рис. 1

Результаты расчетов приведены в табл. 1.

© Табунщиков Ю.А., Прохоров В.И., Брюханов О.Н., Жила В.А., Клочко А.К., 2012

73

ВЕСТНИК 4/20

Табл. 1

№ варианта Длина газопровода, м Диаметр трубы, мм Затраты, р. Разница, р.

ГРС-ГРП ГРП-1 ГРП-2 ГРС-ГРП ГРП-1 ГРП-2

1 721,1 1345,4 632,5 70 219 180 12286839 33628

2 608,3 1029,6 1118 68 219 194 12597473 344262

3 894,4 1220,7 600,0 73 219 180 12253211 —

Как видно из табл. 1, все три варианта трассировки привели к различным экономическим результатам. Из этого следует, что задача определения местоположения газораспределительного пункта является оптимизационной задачей.

Цель № 2. Поиск решения вышеназванной задачи усложняется, если для стыковки проектируемого газопровода предоставляется большой интервал линии газораспределительной сети. В этом случае, помимо поиска оптимальных координат ГРП, необходимо также найти ту точку стыковки к ГРС, при которой сумма затрат на строительство газораспределительной сети будет наименьшей.

Очевидно, что наименьшим затратам будет соответствовать линия, проведенная перпендикулярно от газорегуляторного пункта к магистрали ГРС (рис. 2).

Рис. 2

В табл. 2 приведены результаты расчетов для трех вышеуказанных расположений ГРП.

Табл. 2

№ варианта Длина газопровода, м Диаметр трубы, мм Затраты, р. Разница, р.

ГРС-ГРП ГРП-1 ГРП-2 ГРС-ГРП ГРП-1 ГРП-2

1 652,7 1345,4 632,5 70 219 180 12007082 —

2 578,5 1029,6 1118 70 219 194 12480536 473454

3 850,5 1220,7 600,0 73 219 180 12072998 65916

74 /ББИ 1997-0935. Vestnik МвЭи. 2012. № 4

Как видно из табл. 2, наиболее экономичным теперь стал первый вариант решения задачи. Из этого следует, что выбор точки стыковки проектируемой сети газораспределения к линии ГРС является оптимизационной задачей.

Цель № 3. На практике часто встречаются ситуации, когда некоторые участки линии ГРС обременены естественными или искусственными преградами [1]. При наличии таких ограничений поиск оптимальной точки стыковки с ГРС становится наиболее трудоемкой и сложной задачей.

Учет ограничений при выборе точки стыковки к линии ГРС имеет большое экономическое значение. Так, если представить, что в нашем примере стыковка к ГРС в некотором промежутке недопустима, то наиболее экономичные стыковки для приня-

Расчетные показатели покажем в виде табл. 3.

Табл. 3

№ варианта Длина газопровода, м Диаметр трубы, мм Затраты, р. Разница, р.

ГРС-ГРП ГРП-1 ГРП-2 ГРС-ГРП ГРП-1 ГРП-2

1 793,8 1345,4 632,5 73 219 180 12593615 113079

2 578,5 1029,6 1118 70 219 194 12480536 —

3 952,4 1220,7 600,0 76 219 180 12502446 21910

Как видно из табл. 3, наиболее экономичным теперь является второй вариант решения задачи. Из чего следует, что учет ограничений при выборе точки стыковки проектируемой сети газораспределения к линии ГРС — важный экономический фактор.

Обобщая вышесказанное, задачу рационального проектирования сетей газораспределения сформулируем в следующей постановке: найти те координаты ГРП, а

ВЕСТНИК 4/2Q

также ту точку стыковки к ГРС, при которых сумма затрат проектируемой сети газоснабжения гарантированно была бы наименьшей, а решение отвечало бы всем ограничительным условиям.

Библиографический список

1. СНиП 42-01—2002. Газораспределительные системы. СПб., 2004. 80 с.

Поступила в редакцию в феврале 2012 г.

Об авторах: Табунщиков Юрий Андреевич — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой инженерного оборудования зданий, ФГБОУ ВПО «Московский архитектурный институт», 107031, г. Москва, ул. Рождественка, д. 11, abok@abok.ru;

Прохоров Виталий Иванович — доктор технических наук, профессор, кафедра отопления и вентиляции, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, +7-499-183-26-92;

Брюханов Олег Николаевич — доктор технических наук, профессор, кафедра отопления и вентиляции, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, +7-499-183-26-92;

Жила Виктор Андреевич — кандидат технических наук, профессор, кафедра теплотехники и теплогазоснабжения, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, +7-499-183-26-92, viktor6740@mail.ru;

Клочко Алексей Константинович — ассистент кафедры теплотехники и теплогазоснаб-жения, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, klo4ko_aleksey@mail.ru.

Для цитирования: Цели и задачи оптимизации сетей газораспределения / Ю.А. Табунщиков, В.И. Прохоров, О.Н. Брюханов, В.А. Жила, А.К. Клочко // Вестник МГСУ. 2012. № 4. С. 73—77.

Yu.A. Tabunschikov, V.I. Prokhorov, O.N. Bryukhanov, V.A. Zhila, A.K. Klochko

GOALS AND OBJECTIVES OF GAS DISTRIBUTION NETWORKS OPTIMIZATION

Presently, no uniform methodology of identification of optimal costs of construction of gas distribution networks is available. The amount of work, and, hence, its cost, are identified empirically; therefore, they are insufficiently substantiated by feasibility studies. At best, the problem of optimization is reduced to simple examination of various options.

The problem to be resolved by the method of search optimization may be stated in the following manner:

Two consumers are to obtain access to the gas supply. Their positions in the arbitrary coordinate system are available (X; Y). The high pressure gas distribution line of a gas distribution network is located at some distance from the aforementioned consumers. It can be represented as follows: Yqdn = aXGDN +b. Gas control unit installation is required to assure gas pressure reduction.

Goal 1: positioning of a gas control unit to assure the lowest possible cost of the gas distribution network construction.

Goal 2: solution to the above problem turns more complicated, if the line of the gas distribution network required to connect the designed gas pipeline extension is long. In this case, besides the identification of the optimal coordinates of a gas control unit, it is also necessary to find the point of connection to the gas control unit, for the cost of the gas distribution network to be as low as possible.

Goal 3: some sections of gas distribution networks pass through or over natural or artificial barriers. In the event of such restrictions, the search for the optimal point of connection to the gas control unit turns more labor-intensive and challenging.

To sum up the above statements, the authors demonstrate that rational design of gas distribution networks brings essential economic benefits.

Key words: optimization, gas supply network, gas pipeline, costs, objective function.

References

1. SNiP 42-01—2002. Gazoraspredelitel'nye sistemy. [Construction Rules and Regulations 42-01— 2002. Gas Distribution Networks]. St. Petersburg, 2004, 80 p.

76 /SSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 4

About the authors: Tabunschikov Yuriy Andreevich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Chair, Department of Engineering Systems of Buildings, Moscow Architectural Institute (MARKHI), 11 Rozhdestvenka St., Moscow, 107031, Russian Federation; abok@abok.ru;

Prokhorov Vitaly Ivanovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Heating and Ventilation, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; +7 (499) 183-26-92;

Bryukhanov Oleg Nikolaevich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Heating and Ventilation, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; +7 (499) 183-26-92;

Zhila Victor Andreevich — Candidate of Technical Sciences, Professor, Department of Heating Facilities and Heat/Gas Supply, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; viktor6740@mail.ru; +7 (499) 183-26-92;

Klochko Alexey Konstantinovich — assistant lecturer, Department of Heating Facilities and Heat/Gas Supply, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; klo4ko_aleksey@mail.ru.

For citation: Tabunschikov Yu.A., Prokhorov V.I., Bryukhanov O.N., Zhila V.A., Klochko A.K. Tseli i zadachi optimizatsii setey gazoraspredeleniya [Goals and Objectives of Gas Distribution Networks Optimization]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 4, pp. 73—77.