Влияние падения нагрузки потребителей на оптимальную величину давления источника газоснабжения

Влияние падения нагрузки потребителей на оптимальную величину давления источника газоснабжения

С.А. Тихомиров, Г.С. Гришин, В.А. Маринченко Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону

Аннотация: Проведен гидравлический расчет идеальной тупиковой газовой сети с источником газоснабжения и одним потребителем двумя способами: 1) натурный эксперимент; 2) моделирование сети в специализированной программной среде Zulu 8.0. Выполнен сравнительный анализ результатов натурного эксперимента и модели. Исследовано влияние падающей нагрузки потребителя на оптимальную величину давления на выходе из источника газоснабжения. Исследовано влияние выбираемой методики расчета (СТО Газпром 12.2.2-1-2013 и СНиП 42-01-2003) на выбор оптимального гидравлического режима работы сети.

Ключевые слова: Газоснабжение, надежность системы газораспределения, нагрузка потребителя, оптимальная величина давления, натурный эксперимент, моделирование в программной среде.

При сезонном потреблении природного газа населением существует значительная разность в нагрузке потребителей, вызванная тем, что в летний период нагрузка на отопление отсутствует [1]. При этом давление на выходе из источника газоснабжения остается неизменным, что приводит к повышению давления перед газоиспользующими установками и, соответственно, к снижению эффективности использования природного газа и снижению надежности системы газораспределения [2].

В связи с этим весьма актуально исследование влияния падающей нагрузки потребителей на оптимальную величину давления [3-6] на выходе из источника газоснабжения [7].

Для решения данной задачи в лаборатории кафедры теплогазоснабжения и вентиляции ДГТУ разработан действующий стенд с учетом проведения научно-исследовательских работ, моделирующих газовую сеть [8] с источником газоснабжения и потребителями, расположенными на разных расстояниях от источника, а также имеющими

возможность регулирования нагрузки. Кроме того, идентичная газовая сеть смоделирована с помощью специализированной программной среды Zulu 8.0.

Для проведения натурного эксперимента использовался лабораторный стенд, моделирующий идеальную тупиковую газовую сеть [9] с одним источником газоснабжения и одним потребителем.

Стенд состоит из нагнетателя, сети трубопроводов 025 мм с 5 точками отбора, имитирующими потребителей. В каждой точке отбора установлен бытовой счетчик газа, манометр и шаровой кран. На участках сети так же установлены манометры и шаровые краны для возможности изменения маршрута транспортировки газа от источника к потребителю. Каждая из точек отбора может являться источником газоснабжения.

Для проведения эксперимента нагнетатель подсоединялся к одной из точек отбора, а другая точка отбора служила потребителем. Остальные три точки отбора были перекрыты. Нагрузка потребителя устанавливалась неизменной для каждой серии замеров. Серии замеров проводились со значительной разностью расхода газа потребителем, имитируя зимний и летний режим потребления газа. Взаимное расположение источника и потребителя, а также маршрут транспортировки газа всячески изменялись [10]. Исходя из нормативных источников, создавалось давление газа у потребителя в пределах 1,8-3 кПа. Давление на выходе из источника газоснабжения изменялось в каждой серии замеров в пределах 2 - 3 кПа [11].

Помимо натурного эксперимента в программной среде Zulu 8.0 была построена модель газовой сети [12] в точности повторяющая экспериментальную установку: длины и диаметры трубопроводов, давления на выходе из источника газоснабжения и у потребителя, нагрузка потребителя (рис. 1).

J

Рис. 1. - Модель газовой сети По завершению серии замеров на экспериментальной установке и серии расчетов в программной среде Zulu 8.0 были построены пьезометрические графики (рис. 2).

Рис. 2. - Пьезометрические графики газовой сети

:

Как видно из рис. 2 результаты замеров эксперимента и результаты расчета в программной среде Zulu 8.0 практически одинаковы. Исходя из этого можно сделать вывод, что расчет в программной среде Zulu 8.0 достаточно достоверный для проведения исследования.

Следующим этапом исследования проводилось моделирование реально существующего участка тупиковой газовой сети с его характеристиками в программной среде Zulu 8.0 с целью определения влияния падения нагрузки потребителя на оптимальную величину давления источника газоснабжения (рис. 3).

Рис. 3. - Модель реального участка газовой сети Как известно, чем меньше перепад давления между источником газоснабжения и газоиспользующими установками, тем стабильнее работа этих установок.

В ходе моделирования [13] нагрузка потребителя снижалась со 100% до 30%, так же менялось и давление источника газоснабжения с целью определения оптимального значения, обеспечивающего нормативное давление у потребителя (1,8 - 3 кПа). В результате были построены графические зависимости (рис. 4) по которым видно, что при снижении нагрузки до 30% (что характерно для летнего периода потребления газа) вовсе не обязательно давать давление на выходе из источника равным 3 кПа, а можно без ущерба для сети снизить его до 2 кПа, тем самым повысив

надежность сети. Следовательно, можно сделать вывод, что для данной сети эта величина давления является оптимальной.

Рис. 4. - Давление у потребителя при различной нагрузке и давлении на

выходе из ГРП.

Исследуя зависимости давления у газоиспользующего оборудования, давления на выходе из источника газоснабжения и нагрузки потребителя был выведен коэффициент оптимальности давления, с помощью которого можно определить оптимальное значение на выходе из источника газоснабжения, зная нагрузку и желаемое давление у газоиспользующего оборудования (таблица 1).

Таблица 1.

Значение коэффициента оптимальности в зависимости от нагрузки

потребителя

№ п/п Нагрузка, % Коэффициент оптимальности

1 100 0,95

2 30 0,73

В результате проведенных исследований можно сделать вывод: резкое снижение нагрузки в летний период потребления газа негативно сказывается на надежности газовых сетей, а именно может приводить к аварийным отключениям и выходу их строя газоиспользующего оборудования [14].

Исходя из вышеизложенного можно дать следующие рекомендации по повышению надежности системы газораспределения и повышению эффективности использования природного газа: пользоваться коэффициентом оптимальности для определения наиболее оптимального давления на выходе из источника газоснабжения исходя из потребности давления у газоиспользующих установок.

Литература

1. Баясанов Д.Б., Ионин А.А. Распределительные системы газоснабжения, Москва: Стройиздат, 1977. 407 с.

2. Чеботарёв В.И., Ивашкин А.А. Совершенствование городских систем газораспределения и газопотребления // Международная научно-практическая конференция «Строительство и архитектура - 2015». Ростов-на-Дону: Редакционно-издательский центр РГСУ, 2015. С. 212-214.

3. Б.Н. Курицын, О.Н. Медведева Математическая модель оптимального функционирования межпоселковых систем газоснабжения // Научный

вестник Воронежского государственного архитектурностроительного университета . 2009. №2. С. 17-22.

4. Иванов А. А., Медведева О.Н. Влияние давления газа на эффективность его использования // Приволжский научный журнал . 2009. №3. С. 65-69.

5. Медведева О.Н. Рекомендации по выбору оптимальных параметров систем газоснабжения населенных пунктов // Вестник МГСУ . 2011. №7. С. 515-519.

6. Медведева О.Н. Моделирование и оптимизация распределительных систем газоснабжения сетевым природным газом // Архитектура и строительство России. . 2009. №12. С. 18-25.

7. Ефремова Т.В., Грить Н.В., БурцеваА.С., Вьюшкина М.А., Смирнова О.В., Пановская К.О. Оптимизация количества и радиуса действия ПРГ с учетом устойчивой работы регулятора давления газа // Инженерный вестник Дона. 2016. №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3913.

8. Иванов А. А. Моделирование и обоснование рациональных поселковых систем газоснабжения: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.23.03. Воронеж, 2011. 18 с.

9. Ионин А. А. Газоснабжение. М.: Лань, 2012. 439 с.

10. Куприянов М.С. Рациональные системы газоснабжения городов. М.: Стойиздат, 1971. 145 с.

11. Левин A.M. Расчетные режимы давления газа в сетях низкого давления // Газовая промышленность. 1956. №4. С. 24-30.

12. Goodland Robert Oil and Gas Pipelines. Virginia USA: McLean, 2005. 190 р.

13. Agegnehu Atena, Tilahun Muche Modeling and Simulation of Real Gas Flow in a Pipeline // Journal of Applied Mathematics and Physics. 2016. №4. pp. 1652-1681.

14. Гостинин И. А. ,Вирясов А.Н.,Семенова М.А. Анализ аварийных ситуаций на линейной части магистральных газопроводов // Инженерный вестник Дона. 2013. №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1618.

References

1. Bayasanov D.B., Ionin A.A. Raspredelitel'nye sistemy gazosnabzheniya [Distribution network of gas supplying], Moskva: Stroyizdat, 1977. 407 p.

2. Chebotarjov V.I., Ivashkin A.A. Sovershenstvovanie gorodskih sistem gazoraspredelenija i gazopotreblenija. Mezhdunarodnaja nauchno-prakticheskaja konferencija «Stroitel'stvo i arhitektura - 2015». 2015. p. 212-214.

3. Kuritsyn B.N.,Medvedeva O.N. Nauchnyy vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo arkhitekturnostroitel'nogo universiteta . 2009. №2. pp. 17-22.

4. Ivanov A.A., Medvedeva O.N. Privolzhskiy nauchnyy zhurnal [Privolzhsky scientific journal]. 2009. №3. pp. 65-69.

5. O.N. Medvedeva. Vestnik MGSU . 2011. №7. pp. 515-519.

6. Medvedeva O.N. 2009. №12. pp. 18-25.

7. Efremova T.V., Grit' N.V., BurcevaA.S., V'jushkina M.A., Smirnova O.V., Panovskaja K.O. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2016. №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3913.

8. Ivanov A.A. Modelirovanie i obosnovanie ratsional'nykh poselkovykh sistem gazosnabzheniya [Modelling and substantiation of rational settlement of gas supply systems]: avtoref. dis. .. kand. tekhn. nauk: 05.23.03. Voronezh, 2011. 18 p.

9. Ionin A.A. Gazosnabzhenie [Gas supply]. M.: Lan', 2012. 439 p.

10. Kupriyanov M.S. Ratsional'nye sistemy gazosnabzheniya gorodov [The rational systems of gas supplying]. M.: Stoyizdat, 1971. 145 p.

11. Levin A.M. Raschetnye rezhimy davleniya gaza v setyakh nizkogo davleniya. Gazovaya promyshlennost' [Gas industry]. 1956. №4. pp. 24-30.

12. Goodland Robert Oil and Gas Pipelines. Virginia USA: McLean, 2005. 190 p.

13. Agegnehu Atena, Tilahun Muche. Journal of Applied Mathematics and Physics. 2016. №4. pp. 1652-1681.

14. Gostinin I.A. , Virjasov A.N., Semenova M.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2013. №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1618.