(Еще не оценили)
Загрузка ... Загрузка ...

Выбор оптимального числа  исходной информации

В итоге можно сделать вывод, что при определении оптимального числа ГРП нужно искать не однозначное детерминированное значение, а определять ЗЭН.

Графоаналитический подход к выбору оптимального числа ГРП и сам факт наличия ЗЭН дают проектировщику известную свободу в выборе того или иного оптимального варианта, так как внутри этой зоны, если ориентироваться на критерий минимума капитальных затрат, все варианты (при условии удовлетворения техническим требованиям обеспечения газовым

топливом потребителей) в экономическом отношении равно эффективны. Попробуем это доказать на конкретном примере.

Применяя метод предварительного расчета одного варианта газопровода, составляем вначале таблицу и график для определения однозначно-детерминированного оптимального числа ГРП для одного крупного жилого микрорайона, условно названного Новый свет, в г. Вильнюс. Согласно проектно-сметной документации для четырех ГРП, обслуживающих этот микрорайон, общая длина газопроводов низкого давления L составила 24 630 м; средний диаметр сети dCp=18,5 см; общая газо-снабжаемая площадь F2 = 2 439 487 м2; средняя пропускная способность   каждого   ГРП   Qrpn =957,2   м3/ч;   или    Q2 =

= 3829 м3/ч; суммарный перепад давления в распределительных сетях ЕДр = 60 мм вод. ст.; средняя стоимость ГРП Кгрп = 4350 руб.

Новый   свет было   предусмотрено   сооружение 4 ГРП. Отсюда видно, что при детерминированном определении оптимальное число ГРП не соответствует фактически существующему.

Оптимальное число ГРП для микрорайона

При выборе оптимального числа ГРП в условиях вероятностно-неопределенных свойств исходной информации графоаналитический подход принимает совершенно иные формы, чем при детерминированном решении, поскольку в этом случае определяется не одна оптимальная точка, а, как мы уже отмечали (с учетом существующего уровня погрешности), ЗЭН. Методики построения зоны нами подробно рассмотрены в гл. 2. Так, например, в конкретном рассматриваемом случае при условно заданном неизвестном виде закона распределения погрешности границы ЗЭН указывают, что оптимальное число ГРП и для микрорайона Новый свет может иметь широкий диапазон: от 4 до 23. Однако этот диапазон с одной стороны ограничивается технической зоной возможного строительства максимального числа ГРП. Указанная зона ограничения возникает в связи с технической возможностью размеще ния на газифицируемой территории ГРП. При строительства шкафных ГРП технической зоны ограничения фактически (дл: любого микрорайона) не существует.  Как мы уже знаем, при известном виде закона распределения погрешности исходной информации, т. е. при нормальном законе распределения и при задаваемой вероятности (например, 0,85; 0,90; 0,95 и т. д.), ЗЭН принимает более узкие границы, чем при неизвестном законе распределения погрешности исходной информации. Границы ЗЭН указывают, что оптимальное число ГРП для микрорайона Новый свет от 10 до 18. Все принимаемые проектировщиками решения в этом диапазоне действительно являются в экономическом отношении равновероятностными. Иначе говоря, при строительстве ГРП и газораспределительных сетей проектировщики гарантируют вероятность не менее 0,95, и капиталовложения во всех принимаемых решениях в ЗЭН не превысят границы прямой, проведенной через точки 5 и Т.

Применение аналитических методов

Графическая интерпретация определения оптимального числа ГРП в условиях вероятностно-неопределенных свойств погрешности информации в ЗЭН дает возможность визуально и логически убедиться в существовании нескольких оптимальных решений. Однако для этого требуется создать соответствующий математический способ учета установленных величин вероятностно-неопределенных свойств исходной информации при помощи имеющихся в литературных источниках формул для детерминированного определения оптимального числа ГРП, соответствующего минимуму суммарных капиталовложений и эксплуатационных расходов в систему газоснабжения.

В итоге рекомендуем для определения оптимального числа ГРП, особенно для небольшой системы, где погрешность информации существенно влияет на принимаемые решения, в первую очередь использовать формулу. Однако для этого необходимо располагать необходимым числом статистических наблюдений об уровне и значении погрешности исходной информации.

В предыдущих разделах главы были исследованы существующие, а также разработанные нами новые основные принципы построения графического и аналитического методов при выборе оптимального числа ГРП с учетом вероятностно-неопределенных свойств исходной информации. Однако в этих разработках не был дан ответ на принципиально важный методический вопрос, а именно: каким способом и как следует определить высоту петли при графическом подходе к выбору оптимального числа ГРП в ЗЭН, соответствующей той или иной вероятности принимаемого решения.

Необходимо разработать четкий аналитический аппарат, позволяющий вычислить высоту петли с соответствующей заданной вероятностью решения, и на основе конкретных расчетов суммарных капиталовложений на строительство ГРП и газопроводов усовершенствовать предложенную ранее автором методику графического построения ЗЭН при выборе оптимального числа ГРП в вероятностно-неопределенных условиях погрешности исходной информации.

Методика определения ЗЭН

Мы уже знаем из предыдущего раздела, что в однозначно-детерминированном выражении функцию суммарной стоимости строительства ГРП можно выразить следующим образом:

Теперь остановимся на выяснении свойств определения оптимального числа ГРП. Нам известно, что величины Е и В распределены по нормальному закону. Значит, для них доверительный интервал определить несложно. Границы ЗЭН при аналитическом подходе попробуем приближенно определить по следующей методике: вместо Е и В в выражении для п подставляем их верхнее (В) и нижнее (Е)  численные значения.

Полученное значение нижнего предела п, определенное но равенству (3.32), и проекция ее точки с оси абсцисс на верхней ограничивающей кривой MKS (л) 4- \,96^DK^ (») – т- е- на КРИ» вой а – А – Ь, будет соответствовать одной из двух линий, определяющих границы ЗЭН:

В равенстве (3.32) для п в знаменателе берем не нижний предел величины В, а верхний, так как меньшей дроби соответствует больший знаменатель.

Отражение п на верхней кривой для определения границ ЗЭН объясняется необходимостью учитывать заранее заданную возможность непревышения верхнего предела суммарных капиталовложений для строительства ГРП и газопроводов, так как денежные затраты, определяемые нижним пределом, пока что в реальных условиях строительства – трудно достигаемая задача.

Теперь нужно найти верхний предел п,  для которого принимаем необходимое условие, что точка п расположена симметрично точке п на верхней ограничивающей кривой а – А – Ь. Графически это означает, что через точку п, расположенную на верхней ограничивающей кривой, проводится прямая, параллельная оси абсцисс, до ее следующего пересечения с этой же кривой. Проекция полученной точки на ось абсцисс и дает вторую линию, определяющую границы ЗЭН. Аналитически вышесказанное может быть записано так:

( см. источник )

Однако мы задались целью разработать методику определения ЗЭН, где все принимаемые решения были бы равновероятностными или очень близкими к этому. Указанные решения и позволяют установить ранее найденные границы ЗЭН в точках С, Z, D, Н, где с заданной вероятностью решения 0,95 высота петли (см. точки С, Z и А) и определяет границы ЗЭН и уровень обоснованных максимальных суммарных капиталовложений на строительство ГРП и распределительных газопроводов. Таким образом, для микрорайона Новый свет границы ЗЭН установлены при оптимальном числе ГРП в пределах от 16 до 24 и суммарных капиталовложениях 144,74-242,57,. в среднем 193,6 тыс. руб.

Если сравнить полученный нами результат с фактическими капиталовложениями и металлоемкостью при газификации микрорайона Новый свет, где по проектным данным было определено, что для 4 ГРП, обслуживающих этот район, общая длина газопровода низкого давления L = 24 630 м, средний диаметр dcp=18,5 см и т. д., то с учетом вероятностнонеопределенных свойств погрешности исходной информации математическое ожидание капиталовложений для указанного микрорайона (с учетом технической зоны ограничения строительства ГРП, где число их равно 16 в среднем на 67,25 тыс. руб. (261631 – 194 384 руб.), или на 25,7% ниже фактических затрат. Экономия металла в среднем составляет 237 т (493 – 256 т), или 48 %.

Исходя из ведомственной подчиненности магистральные газопроводы заканчиваются газораспределительными станциями (ГРС), которые служат как бы границей между городской газораспределительной системой и источником (так как из магистральных газопроводов газ через ГРС поступает в основное кольцо городского газоснабжения).

Современная система газоснабжения города состоит из последовательно соединенных газораспределительных сетей высокого, среднего и низкого давления. В зависимости от максимального рабочего давления, кгс/см2 (МПа), они подразделяются на следующие категории: а) низкого давления – не более 0,05 (0,005); б) среднего давления – до 3 (0,3); в) высокого давления от 3 до 6 (0,3-0,6) и от 6 до 12 (0,6-1,2).

Газопроводы среднего и высокого давления

Если газопроводы среднего и высокого давления (до 6 кгс/см2) служат для питания городских сетей низкого и среднего давления через ГРП, а также для подачи газа промышленным и крупным коммунальным потребителям, то давление газа более 6 кгс/см2 используется для газовых сетей, по которым газ подастся газохранилищам, а также крупным промышленным предприятиям, технологические процессы которых требуют применения газа высокого давления (до 12 кгс/см2).

Для газоснабжения городов и населенных пунктов могут применяться следующие схемы распределения газа:

а) одноступенчатые, при которых газ подают потребителям по газопроводам только одного, как правило, низкого давления (что в настоящее время практически не делается);

б) двухступенчатые, когда подачу газа потребителям осуществляют по газопроводам среднего и низкого или высокого (до 6 кгс/см2) и низкого давления;

в) трехступенчатые, где газ подают по газопроводам высокого (до 6 кгс/см2), среднего и низкого давления;

г) многоступенчатые, при которых распределение газа осуществляют по газопроводам низкого, среднего, высокого (до 6 и до 12 кгс/см2) давления.

В практике в большинстве случаев наиболее применима двухступенчатая система газоснабжения. Ее первая ступень – газопроводы низкого давления (предназначенные для обеспечения большинства бытовых и коммунальных, а также мелких потребителей) состоит из наружной и внутридомовой сети. По действующим правилам безопасности в сетях жилых и общественных зданий разрешается поддерживать только низкое давление. Поэтому внутридомовую сеть низкого давления используют в любой системе газоснабжения. Вторая ступень – газопроводы среднего или высокого давления – служат для распределения газа по городу и питания сетей низкого давления через ГРП, а также для непосредственного обеспечения газом промышленных, коммунальных предприятий и отопительных котельных.

Газопроводы высокого давления

В некоторых условиях планировки и застройки города не всегда можно прокладывать газопроводы высокого давления. В таких случаях чаще всего применяют трехступенчатую (высокое – среднее – низкое давления) систему газоснабжения. Высокое давление заменяют средним только частично: в центральной, наиболее плотно застроенной и населенной части города. Выбор того или иного варианта системы определяется технико-экономическим расчетом.

В зависимости от размера города на сооружение городской газораспределительной сети затрачивается от 70 до 90 % всех капиталовложений, а из общего протяжения сетей обычно от 65 до 80 % составляют газопроводы низкого давления и только 35-20 %-газопроводы среднего и высокого давления.

Технико-экономическое обоснование строительства системы городских сетей низкого давления (протяженность, диаметр, металло- и капиталовложения и т. д.) определяется рядом факторов, среди которых основными являются характер планировки и застройки газоснабжаемого района, а также часовые расходы газа на 1 га газоснабжаемой территории. Как указывает Е. И. Берхман, эти сети практически не зависят от общих размеров города и расстояния до ГРС. Иное происходит при проектировании сетей среднего и высокого давления, где правильный выбор точек питания является важным средством оптимизации. Здесь следует разделить газопроводы среднего и высокого давления в зависимости от использования газа: для обслуживания индивидуально-бытовых, коммунальных потребителей и для непосредственного обеспечения промышленных, энергетических и коммунальных предприятий.

Технико-экономическая характеристика газопроводов

В первом случае технико-экономическая характеристика газопроводов среднего и высокого давления находится в определенной зависимости от плотности населения и сосредоточения коммунальных потребителей и менее от размеров городской территории, а также особенностей взаимного расположения ГРС и жилых микрорайонов. Во втором случае в связи с рациональным построением системы распределения газа ГРС размещают у основных центров промышленного и энергетического газопотребления, что значительно влияет на выбор диаметров основных газопроводов среднего (высокого) давления; здесь технико-экономическая характеристика сетей в основном зависит от местоположения ГРС, размеров территории города и разброса крупных промышленных, энергетических и коммунальных предприятий.

Исходя из указанного выше, важным направлением совершенствования технико-экономических характеристик городских газораспределительных систем является выбор рациональной глубины ввода сетей высокого и среднего давления в общую систему газораспределительных сетей. Такая постановка вопроса в основном зависит от решения о сравнительной целесообразности присоединения тех или иных потребителей к газопроводам низкого или среднего, или высокого давления. Так, например, присоединение их к газопроводам низкого давления означает повышение диаметров газопроводов и тем самым требует дополнительных металло- и капиталовложений. Присоединение потребителей к газопроводам среднего или высокого давления естественно приводит к увеличению разветвленности сетей высокого и среднего давления, т. е. к увеличению глубины ввода и повышению металловложений, но, с другой стороны, к уменьшению металло- и капиталовложений для сетей низкого давления. Решение вопроса в пользу того или иного варианта зависит от целого ряда факторов: от размера газопотребителя, его удаленности от сетей среднего или высокого давления; от возможности использования различных типов газогорелочных устройств и схем использования газа у потребителей; характера планировки города (например, прокладка по улицам городов газопроводов, транспортирующих газ под давлением до 12 кгс/см2, возможна лишь в крайне редких случаях), плотности газоснабжаемого населения, нагрузки и др.

Опыт газификации городов

Еще в конце 70-х годов появились работы (опирающиеся на некоторый опыт газификации городов в основном в США, ФРГ и во Франции), рекомендующие для сравнительно мелких потребителей и даже для коммунально-бытовых нужд использовать газопроводы высокого и среднего давления, т. е. перейти только к двух- и одноступенчатым схемам газоснабжения, в которых распределение газа происходит под высоким и средним давлением (кроме внутридомовой разводки сетей низкого давления) и в которых в последней (или единственной) ступени будет поддерживаться среднее давление (3-1 кгс/см2, или 0,3- 0,1 МПа). Применение таких схем предполагает установку у потребителей большого числа домовых или квартальных ГРП.

Так, например, А. А. Ионин доказывает, что основной резерв снижения стоимости распределительных городских газовых сетей – замена наружных сетей низкого давления сетями среднего давления. Исходя из того, что в газопроводах потери давления обратно пропорциональны среднему давлению газа, для участков сети с одинаковыми расходами газа повышение давления газа будет вести к уменьшению диаметров газопроводов и снижению стоимости сети. В связи с этим приведем следующую детерминированную зависимость снижения капиталовложений:

С ростом давления газа увеличивается и расчетный перепад, что также приводит к уменьшению стоимости сети. Так, например, А. А. Ионин определяет зависимость снижения капиталовложений в газовые сети: если капиталовложения в газопроводы низкого давления принять равными 1, то для сетей других давлений получим следующую экономию (в долях от капиталовложений в сеть низкого давления):

для сетей среднего давления

Однако вопрос об источнике питания потребителей газом окончательно пока еще не является бесспорным.

М. С. Куприянов, а также и Е. И. Берхман отмечали, что некоторое упрощенное понимание системы среднего давления как системы, в которой все наружные сети, включая внутриквартирные и дворовые, заменены газопроводами среднего давления, а регуляторы давления установлены на каждом отводе в здание, является не совсем правильным. Как указывается в работе, здесь нужно учитывать и то обстоятельство, что для некоторых кварталов с плотной застройкой и большим количеством подъездов нецелесообразно ставить регулятор давления в каждом подъезде, в этих условиях более рациональна схема с установкой для всего квартала одной шкафной регуляторной установки с прокладкой к каждому подъезду газопроводов низкого давления. Е. И. Берхман также рекомендовал указанную схему газоснабжения, характеризующуюся явно заниженной стоимостью домовых регуляторов. Наряду с этим главным препятствием внедрения системы газоснабжения по газопроводам среднего давления является пока отсутствие надежных отечественных домовых регуляторов давления. Кроме того, необходимо обязательно учесть и то обстоятельство, что с ростом давления в газопроводах существенно увеличивается и опасность утечки газа, особенно при переходе подачи газа от низкого давления к среднему.

В итоге нужно отметить, что переход к проектированию двух- и одноступенчатых систем газоснабжения, в которых распределение газа происходит под высоким и средним давлением, бесспорно, является перспективным в оптимизации систем городского газоснабжения. Однако в настоящее время эта система по ряду указанных нами причин, пока не может быть широко внедрена в проектную практику газификации городов нашей страны.

В поисках реально возможной рационализации структуры систем городских газораспределительных сетей, по сравнению со сложившимися и описанными нами выше ситуациями, по мнению автора, самым реальным на стадии проектирования является возможное увеличение удельного веса глубины ввода сетей высокого и среднего давления и уменьшение сетей низкого давления.

Выбор оптимального числа ГРС существенно влияет на технико-экономические показатели всей системы городского газоснабжения и особенно на газораспределительные сети высокого (среднего) давления. Впервые методика составления данных целевых функций и рекомендации по выбору оптимального числа ГРС были изложены М. С. Куприяновым. В указанном литературном источнике показано изменение некоторой закономерности технико-экономических характеристик (сравнительной экономичности основных городских магистралей высокого давления; радиуса действия каждой ГРС; влияние формы города на экономичность городских газораспределительных сетей; выражение материальной характеристики по сравниваемым вариантам) газоснабжения городов, когда число ГРС изменяется в пределах. Кроме того, в работе приведены графики зависимости затрат в городские сети высокого давления и общей системы газоснабжения города от числа ГРС и численности населения. Однако при всей положительности источника в нем отсутствуют конкретные аналитические выражения, с помощью которых можно было определить то или иное оптимальное число ГРС при рассчитанных основных технико-экономических показателях ГСГ: общем объеме газопотребления; длине и диаметре газораспределительной системы, металло- и капиталоемкости и т. д. Кроме того, М. С. Куприяновым не учтены в расчетах вероятностно-неопределенные свойства погрешности исходных показателей.

Все отмеченное выше позволило нам разработать методику и конкретные аналитические выражения для выбора оптимального числа ГРС и определения сравнительной экономичности всей проектируемой городской газораспределительной системы, как в детерминированном сравнении, так и с некоторым учетом вероятностных  характеристик  формирования  случайных исходных показателей, таких как расход газа, капиталовложения и т. д. Для данного методического подхода и решения вопроса нами используется некоторая аналогия методики, для выбора оптимального числа ГРП.

По нашему мнению, существенной методической разницы в расчетах при определении оптимального числа ГРП и ГРС не существует. В чисто технологическом и функциональном отношении ГРС, как и ГРП, – начальные точки перехода глубины ввода сетей с одного давления на другое (ГРС с высокого на среднее, ГРП со среднего на низкое), а также они предназначены для автоматического поддержания установленного начального давления в сетях; учета расхода газа. Сама организация строительства этих объектов и технологическое оборудование для ГРС и ГРП имеют очень много схожего. Разница заключается в основном в самом объеме строительных работ, в численности технологического оборудования и эксплуатационных издержек, а также в том, что число ГРС для городов практически может колебаться от 1 до 4, а число ГРП значительно больше.

Согласно М. С. Куприянову, оптимальное число ГРС соответствует минимуму функции

Однако между пропускной способностью одной ГРС и суммарным потреблением газа городом Qs существует зависимость Qrpc» = Qj:- Отсюда следует, что Qrpc = Qz/n (здесь мы условно принимаем, что пропускная способность всех ГРС одинакова).

Учитывая разницу в средней стоимости строительства одной ГРС (и ГРП), а также условное соотношение числа ГРС и ГРП

для города в формуле (3.36), для дальнейшего расчета оптимального числа ГРС введем поправочный коэффициент s-Предлагаем брать эмпирическое значение s=10. Тогда формула (3.36) примет следующий вид:

Для строительства ГРС примем (как и для строительства ГРП), что часть затрат, не зависящая от ее пропускной способности, составляет 85-90 %. Если капиталовложения на строительство одной ГРС составляют примерно 100 тыс. руб., то с будет колебаться в интервале 85-90 тыс. руб. Соответственно bQs составит 10-15 тыс. руб.

Изложенный выше подход к определению оптимального числа ГРС может быть применен и в том случае, когда имеется просчитанный вариант городской газовой сети не с одной, а с k ГРС, и надо выяснить, какое число ГРС оптимально для данного города. Не углубляясь во все подробности, приведем лишь окончательный результат: формулу для определения оптимального числа ГРС при наличии вычисленного варианта с k ГРС:

Нами была изложена методика определения оптимального числа ГРС в том случае, когда все исходные величины являются детерминированными. Однако известно, что некоторые из них имеют случайный характер. К таким величинам относятся стоимостный коэффициент Ь’; коэффициент с, указывающий на часть затрат по ГРС, не зависящую от пропускной способности ее; суммарный расход газа Qs, соответствующие потери давления   в   сетях;   объем   капиталовложений.   Необходимо

При наличии в формуле случайных величин нельзя заранее сказать, какие конкретные значения они примут. С выбранной вероятностью можно указать лишь границы их изменения. Имея вид распределения случайных величин, находим доверительные интервалы для них и вычисляем, в каких пределах главным образом будет колебаться значение.

Такой подход имеет лишь теоретическое значение, так как на практике требуются просчет всех вариантов  с различным числом ГРС и выбор из них оптимальных, что сопряжено со слишком громоздкими вычислениями.

Другое дело, если нам необходимо рассчитать сравнительную экономичность газораспределительной системы в зависимости от числа ГРС. При этом детерминированное решение в большинстве случаев даст неоптимальное решение, потому что, хотя и незначительное, отклонение исходных случайных показателей приводит к значительным изменениям окончательного результата, т. е. определения.

отрывки, источник: 2 ( см. список литературы )

Комментарии запрещены.

Метки
Добро пожаловать
На наш новый форум газовиков!
Полезное
Опрос

У вас есть дома газ?

Просмотреть результаты

Загрузка ... Загрузка ...
Календарь
Сентябрь 2017
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Июн    
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930  

Галерея

images_12 images_14 images_3 images_7