Выбор оптимальных параметров поселковых систем газоснабжения на базе резервуарных установок с искусственным испарением сжиженного углеводородного газа

УДК 696.2

Н.Н. Осипова

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОСЕЛКОВЫХ СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ НА БАЗЕ РЕЗЕРВУАРНЫХ УСТАНОВОК С ИСКУССТВЕННЫМ ИСПАРЕНИЕМ СЖИЖЕННОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА

Представлены результаты технико-экономических исследований по выбору оптимальных параметров систем газоснабжения сельских населенных пунктов на базе сжиженного углеводородного газа и пропан-бутановой смеси с воздухом в зависимости от характера застройки населенных пунктов и вида газоиспользующего оборудования у потребителя.

Сжиженный углеводородный газ, резервуарная установка, оптимальные параметры систем газоснабжения.

N.N. Osipova

CHOOSING THE OPTIMAL PARAMETERS OF VILLAGE SYSTEMS SUPPLY FOR BASED RESERVOIR UNITS WITH ARTIFICIAL EVAPORATION LIQUEFIED PETROLEUM GAS

The results of feasibility studies for the selection of optimal parameters of gas supply systems for rural settlements based on liquefied petroleum gas and propane-butane mixture with air depending on the human settlements nature and the gas type applying equipment of the consumer are considered.

Liquefied petroleum gas, tank installation, optimal parameters of gas supply systems.

Для газификации потребителей, удаленных от магистралей природного сетевого газа, широко используется сжиженный углеводородный газ (СУГ). Если газификация населенного пункта в перспективе экономически целесообразна природным сетевым газом, системы газоснабжения на базе СУГ максимально адаптируют к последующему подключению к газовым сетям на природном газе, используя газовоздушные смеси.

Снабжение энергоносителями в обоих случаях осуществляется от подземных резервуарных установок через распределительные газовые сети.

Следует отметить, что применительно к Российской Федерации с ее суровыми климатическими условиями применение резервуарных установок с естественной регазификацией имеет целый ряд существенных недостатков, главным из которых является низкая паропроизводительность в холодный период времени года и, как следствие, большая металлоемкость (капиталовложения) на единицу испаренного газа [1].

Применение испарителей сжиженного газа в значительной степени устраняет отмеченный недостаток и обеспечивает стабильное испарение сжиженного газа, любого компонентного состава, что повышает надежность снабжения потребителей СУГ.

Большая металлоемкость резервуарных установок, сложность и трудоемкость строительно-монтажных работ обусловливают высокую стоимость сооружения и

эксплуатации систем газоснабжения. В этой связи обоснование оптимального варианта резервуарной установки с минимальными затратами в ее сооружение и эксплуатацию является важным резервом экономии материальных и денежных средств при организации снабжения потребителей парами сжиженного углеводородного газа или газовоздушной смесью.

В целях обоснования оптимальной централизации поселковых систем газоснабжения на базе групповых резервуарных установок с искусственной регазификацией были проведены исследования.

В качестве критерия оптимальности в данной экономико-математической задаче использовался минимум удельных (на одно здание) приведенных затрат в систему газоснабжения по комплексу: групповая резервуарная установка - распределительные газовые сети [2].

При этом целевая функция задачи, в общей постановке, представляет собой функционал вида:

-

где 3(п) - удельные приведенные затраты в систему газоснабжения, руб/(год-зд); Згру(я) -то же в групповые резервуарные установки, оборудованные испарителями СУГ, руб/(год-зд); Згс(я) - то же в уличные распределительные газовые сети, руб/(год-зд); п -количество зданий, подключаемых к групповой резервуарной установке, шт.

Удельные приведенные затраты в групповые резервуарные установки, оснащенные электрическими испарителями Згру, определяются количеством квартир, подключаемых к одной резервуарной установке, и включают в себя затраты на эксплуатацию самих резервуарных установок Зру, затраты в редуцирующие головки подземных резервуаров Зрг, электрические испарители Зи и годовую стоимость электроэнергии Э, затрачиваемой на регазификацию сжиженного газа, и находятся по выражению [3]:

—— =1 [з„у

п я

В то же время, при оснащении групповых резервуарных установок огневыми испарителями выражение (2) имеет вид:

Згру

я я

где Зои - удельные приведенные затраты в огневой испаритель СУГ, руб/(год-зд).

В случае снабжения потребителей от резервуарных установок газовоздушной смесью в (2) и (3) необходимо ввести затраты в газовоздушную установку Згву. Тогда выражения (2) и (3) примут вид [4]:

= 1 [Зру

яя

= 1 [Зру.

яя

В свою очередь, удельные приведенные годовые затраты в распределительные газовые сети Згс определяются плотностью населения на газоснабжаемой территории q и количеством зданий я, снабжаемых газом от групповой резервуарной установки [5]:

З

= f ^; я).

я

На базе целевой функции (1)-(6) была разработана экономико-математическая модель оптимального функционирования систем газоснабжения от групповых резервуарных установок с искусственным испарением СУГ.

В результате детальной проработки экономико-математической модели (1)-(6) применительно к населенным пунктам с усадебной (коттеджной) застройкой и последующей обработки численных результатов на ЭВМ было получено і

183

аппроксимирующих уравнений для определения удельных приведенных затрат в систему газоснабжения в зависимости от определяющих факторов: количества квартир,

газифицируемых от одной резервуарной установки п, плотности населения на газоснабжаемой территории q, структуры застройки населенных пунктов, уровня тепловой защиты зданий, характера газового оборудования квартир и режимов его эксплуатации, следующего вида:

З, = ап~к + bq- тпр,

где а, Ь, к, т, р - соответственно, численные коэффициенты и показатели степени, получаемые при обработке выражений (2)-(6) на ЭВМ.

Оптимальные параметры поселковых систем газоснабжения определяются оптимальным количеством зданий, подключаемых к резервуарной установке п = пор1. Для этого необходимо продифференцировать выражение (7) по управляющему параметру - п

= 0.

дп v '

В целях численной реализации предложенной экономико-математической модели были проведены соответствующие расчеты. В расчетах использовались следующие исходные данные и предпосылки:

- в качестве источника централизованного газоснабжения принята групповая резервуарная установка с подземными вертикальными резервуарами [6];

- схема регазификации СУГ - искусственная, на базе огневых и электрических испарителей;

- уличные распределительные газовые сети - тупиковые, выполнены из стальных газопроводов с подземной прокладкой;

- в качестве расчетных моделей застройки населенного пункта приняты два полярных варианта: многорядная застройка, характерная для поселков с компактной планировкой, и двухрядная (с застройкой зданиями вдоль улиц и проездов), характерная для поселков с разбросанной планировкой;

- плотность населения газоснабжаемой территории q варьировалась в пределах от 7,5-10- до 0,6-10- чел/м , при среднем коэффициенте заселенности зданий £ = 3 чел/зд и изменении площади приусадебных участков от 4 до 50 соток;

- характеристики газоснабжаемых зданий приняты по данным [6].

Результаты соответствующих расчетов приводятся в табл. 1, 2.

Таблица 1

Оптимальные параметры поселковых систем газоснабжения на базе паров сжиженного углеводородного газа

Плотность населения на газифицируемой территории д, чел/м2 Оптимальное количество квартир, подключаемых к групповой резервуарной установке п^ при снабжении потребителя парами сжиженного углеводородного газа и типе используемого испарителя

электрический огневой

характер застройки населенного пункта

многорядная двухрядная многорядная двухрядная

Усадебные здания с существующим уровнем теплозащиты. Газовое оборудование - газовые плиты, газовые отопительные печи периодического действия

0,6-10-3 21 14 13 10

2,5-10-3 39 24 24 15

7,5-10-3 80 48 48 30

Усадебные здания с повышенным уровнем теплозащиты. Газовое оборудование - газовые плиты, газовые отопительные печи (котлы) непрерывного действия

0,610-3 22 15 18 13

2,510-3 53 37 44 30

7,510-3 106 76 85 60

Коттеджные здания с повышенным уровнем теплозащиты. Газовое оборудование - газовые плиты, водонагреватели и отопительные котлы непрерывного действия

0,610-3 22 15 18 13

2,510-3 54 36 45 30

7,510-3 112 71 90 62

Вывод

Как видно из табл. 1 и 2, оптимальные параметры поселковых систем газоснабжения изменяются в очень широких пределах. При этом определяющее влияние оказывают плотность населения и характер застройки поселка. Электрические испарители сжиженного углеводородного газа позволяют обеспечить газовым топливом большее количество квартир при минимальных приведенных затратах в систему газоснабжения, однако огневые испарители СУГ не требуют для работы электроэнергии, что является одним из важнейших аргументов для их применения в системах снабжения СУГ.

Таблица 2

Оптимальные параметры поселковых систем газоснабжения на базе газовоздушной смеси

Плотность населения на газифицируемой территории q, чел/м2 Оптимальное количество квартир, подключаемых к групповой резервуарной установке nopt при снабжении потребителей газовоздушной смесью и типе используемого испарителя

электрический огневой

характер застройки населенного пункта

многорядная двухрядная многорядная двухрядная

Усадебные здания с существующим уровнем теплозащиты. Газовое оборудование - газовые плиты, газовые отопительные печи периодического действия

0,610-3 59 39 36 28

2,510-3 107 66 64 40

7,510-3 201 121 120 75

Усадебные здания с повышенным уровнем теплозащиты. Газовое оборудование - газовые плиты, газовые отопительные печи (котлы) непрерывного действия

0,610-3 62 42 50 36

2,510-3 146 102 121 84

7,510-3 286 198 228 150

Коттеджные здания с повышенным уровнем теплозащиты. Газовое оборудование - газовые плиты, водонагреватели и отопительные котлы непрерывного действия

0,610-3 62 42 51 36

2,510-3 148 99 124 80

7,510-3 242 185 195 154

Указанное обстоятельство необходимо учитывать в проектной практике, максимально привязывая проектные решения к конкретным особенностям газифицируемого населенного пункта.

Внедрение приведенных в данной работе рекомендаций в широкую инженерную практику способствует совершенствованию структуры топливно-энергетического баланса сельских населенных пунктов, за счет вытеснения твердого и жидкого топлива из сферы

бытового энергообеспечения, а также возможной привязки существующих систем снабжения СУГ к проектируемым сетям природного газа.

ЛИТЕРАТУРА

1. Курицын Б.Н. Объективный выбор децентрализованного источника снабжения сжиженным газом / Б.Н. Курицын, Н.Н. Осипова, Е.В. Иванова // Строительная инженерия. 2006. № 9. С. 25-30.

2. Осипова Н.Н. К выбору оптимальной централизации резервуарных систем

снабжения сжиженным газом / Н.Н. Осипова // Приволжский научный журнал.

Н. Новгород: ННГАСУ, 2009. № 4. С. 74-79.

3. Осипова Н.Н. К определению удельных приведенных затрат в групповые резервуарные установки с электрическим испарителем / Н. Н. Осипова // Качество внутреннего воздуха и окружающей среды: сб. науч. тр. 4-й Междунар. конф. Волгоград: ВолгГАСУ, 2008. С. 125-130.

4. Осипова Н.Н. Оптимизация поселковых систем газоснабжения пропан-

бутановыми смесями с воздухом / Н.Н. Осипова // Теоретические основы

теплогазоснабжения и вентиляции: сб. докл. Третьей Междунар. науч.-техн. конф. М.: МГСУ, 2009. С. 314-317.

5. Осипова Н.Н. Оптимизация параметров распределительных газовых сетей / Н.Н. Осипова // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения: межвуз. науч. сб. Саратов: СГТУ, 2008. С. 62-71.

6. Курицын Б.Н. Технико-экономическое обоснование систем газоснабжения на базе резервуарных установок сжиженного газа / Б.Н. Курицын, Н.Н. Осипова // Вестник гражданских инженеров. СПб.: СПбГАСУ, 2010. № 1(22). С. 134-141.

Осипова Наталия Николаевна - Osipova Nataliya Nikolayevna -

кандидат технических наук, доцент кафедры Candidate of Technical Sciences, «Теплогазоснабжение и вентиляция» Associate Professor of the Department

Саратовского государственного of «Heat and Gas Supply and Ventilation»

технического университета of Saratov State Technical University

Статья поступила в редакцию 17.05.10, принята к опубликованию 23.09.10