Загрузка ... Загрузка ...

Детерминированные методы расчета

Выбор оптимального числа ГРП оказывает значительное влияние на расчетные диаметры газопроводов низкого давления, т. е. на расчеты распределительных газопроводов на минимум капиталовложений. Рассмотрим методику и пути подхода к решению этого вопроса с учетом существующей погрешности исходной информации. Для этого сначала требуется проанализировать существующие детерминированные методы технико-экономических расчетов простых тупиковых городских распределительных (разветвленных) сетей низкого давления.

Простые тупиковые газопроводы  представляют собой газопроводы с последовательными участками. Любой участок тупиковых газопроводов имеет однородное питание из точки А.

Поставленная задача сводится к выбору оптимальных диаметров труб при заданных объемах транспортируемого газа по отдельным участкам и известном перепаде давления по длине газопровода или заданном начальном давлении. В работах Н. Л. Стаскевича А. И. Гордюхина, А. М. Левина и других приведены расчетные формулы для выбора размеров труб на основании гидравлического расчета. Суммарный допустимый перепад давления разбивается по отдельным последовательным участкам пропорционально их протяженности. Для последовательных участков определяют среднюю удельную потерю давления, которая принимается одинаковой для каждого метра длины газопроводов всех участков.

По мнению В. А. Смирнова, подобный принцип гидравлического расчета сетей сводится в основном к сугубо техническим решениям и не учитывает экономических требований, В. А, Смирнов указывает, что при обязательном сохранении надежности газоснабжения выбор диаметров труб газопровода возможен при двух условиях: обеспечении минимальных суммарных затрат металла на сооружение газопровода и непревышении допустимой суммарной потери давления на всех последовательных участках.

Перед тем как перейти к технико-экономическому анализу расчета распределительных газопроводов, следует несколько подробнее остановиться на главных экономических критериях, позволяющих обосновать выбор оптимального решения. Стоимость газопроводов зависит от стоимости труб и строительства. Стоимость строительства определяют такие показатели, как степень механизации производства работ, характеристика грунта и дорожные покрытия, глубина укладки труб и др. Наибольшую часть стоимости газопровода составляет стоимость труб, которая в основном зависит от их диаметра. Все показатели, определяющие стоимость газопроводов, следует разделить с некоторым приближением на показатели, зависящие от диаметра труб и не зависящие от него.

Расходы, связанные с обеспечением нормальной эксплуатации распределительных газопроводов, включают в себя затраты на текущий ремонт сети, на заработную плату персонала с отчислениями на социальное страхование, затраты на материалы, амортизационные отчисления и т. д. Согласно данным В. А. Смирнова, при оптимизации ГСГ часто принимается экономический критерий: расчет на минимум капиталовложений или на минимум материальной характеристики. В. А. Смирнов доказывает, что при строительстве газопроводов из однородных по своей магистральной характеристике газовых труб эксплуатационные расходы пропорциональны капиталовложениям.

В связи с этим может быть применен принцип минимума капиталовложений как основной экономический критерий для выбора оптимального решения. Но, с другой стороны, капиталовложения при заданной конфигурации газопроводов и одинаковой толщине стенки труб пропорциональны металловложениям, так как они пропорциональны диаметру трубопроводов. Поэтому в тех случаях, когда городские газовые сети выполняются из металлических труб, принцип минимума металла в сети (точнее минимума материальной характеристики) является в то же время принципом минимума капиталовложений.

Возможны случаи, когда система газоснабжения города выполняется с применением различных типов труб: винипластовых и металлических для внутридомовой разводки, асбоцементных и металлических для уличной. Уровень эксплуатационных расходов, капитальных затрат, как и другие технико-экономические показатели, различен для металлических, асбоцементных и винипластовых труб. Следовательно, применение принципа минимума капиталовложений для решения задачи оптимального распределения перепадов в сетях в данном случае не может дать правильных результатов. Тогда при сопоставлении нескольких вариантов для выявления оптимального решения принимаются дополнительные условия, которые позволяют сравнивать капиталовложения (единовременные затраты) с эксплуатационными расходами (ежегодными затратами). Этими дополнительными условиями являются приведенные затраты, которые при отыскании наиболее выгодного детерминированного решения должны соответствовать минимуму.

В. А. Смирновым в числе прочих разработаны детерминированные методы расчета простых тупиковых распределительных газопроводов низкого давления, которые с технико-экономической точки зрения обеспечивают минимальные затраты металла. За исходные данные при расчетах простых тупиковых распределительных газопроводов он принимал заданный расход газа.

Во всех рассматриваемых детерминированных формулах давление газа в городских газораспределительных сетях измеряется в миллиметрах водяного столба. В связи с этим нами для простоты сравнения полученных результатов в выделенных формулах с учетом вероятностно-неопределенных свойств погрешности исходной информации также принимается указанная единица измерения. Однако во всех расчетах давления газа в сетях можно пользоваться принятыми в настоящее время единицами измерения: 1 мм вод. ст.я 10 Па; 100 мм вод. ст.= = 1 кПа; 1 кгс/см2«0,1 МПа.

Для удовлетворения условия не превышать допустимую суммарную потерю давления вводится ограничение, которое представляется в виде

Для нахождения относительного минимума но формуле (4.1) при наличии ограничивающего условия (4.3) В. А. Смирнов использует метод неопределенных множителей Лагранжа. Функция Лагранжа имеет вид:

Частные производственные функции Ф по диаметрам отдельных последовательных участков сети приравниваются к нулю. В результате получаем систему уравнений, состоящую из ограничивающего условия и уравнений. Общее число уравнений равно числу неизвестных. Таким образом, составляется система уравнений (соответствующая числу рассматриваемых участков), которая однозначно определяет оптимальный диаметр для каждого участка.

Применяя метод постоянства удельных потерь давления на всех последовательных участках газопровода, т. е.

В. А. Смирнов определяет следующую связь между диаметром участка газопровода dt и протекающим по этому участку расходом Q-: dj – Qi0′369. В конечном итоге зависимость между расходом газа и диаметром участка для обеспечения минимума металловложений при заданной суммарной потере давления В. А. Смирновым определяется как

В работе А. А. Ионина рассматривается более сложная схема тупиковых газопроводов – схема разветвленного газопровода, в которую входят три условия типа

А. А. Ионин минимизирует капиталовложения и условия минимума на участках определяет уравнением

Из этого видно, что если В. А. Смирнов условия минимума определяет через плотность металла ум и толщину стенки газопровода, то А. А. Ионин – через стоимостной коэффициент. Потери давления на  участке сети низкого давления А. А. Ионин предлагал рассчитывать по соотношению (4.2). Отсюда переменная часть стоимости сети

А. А. Ионин также составлял функцию Лагранжа Ф и ее частные производные приравнивал к нулю.

Выше мы уже отмечали, что А. А. Ионин подробно рассматривает более сложную (тупиковую), чем В. А. Смирнов, схему. Для сопоставления методов расчета обоих авторов с целью определения оптимальных диаметров участков требуется проделать  некоторые дополнительные расчеты.  В случае, когда схема тупикового газопровода такова, как показана, условия, при которых А. А. Ионин исчисляет минимум капиталовложений, имеют следующий вид:

При сопоставлении формулы с формулой видим, что они в принципе одинаковые и различаются лишь множителями. Разницы при детерминированном определении диаметров участков для сетей низкого давления по выведенным формулам практически не существует. Это объясняется следующим: множитель (толщина стенки) для городских газопроводов низкого давления в большинстве принимается от 3,5 до б мм, а множитель  (стоимостной коэффициент), как уже раньше отмечалось, изменяется в пределах 4,6-6,2 коп. (м-мм). Абсолютные значения указанных множителей почти одинаковы.

Приведенный анализ детерминированных методов расчета распределительных газопроводов низкого давления свидетельствует о том, что влияющие на расчет факторы в равной степени учитывают оба автора. И если бы не объективная необходимость учета вероятностно-неопределенных свойств погрешности исходной информации, то следовало бы в техникоэкономических расчетах брать за основу формулы. Нами эти формулы и используются в дальнейших исследованиях как вспомогательное средство.

отрывки, источник: 2 ( см. список литературы )

Комментарии запрещены.

Полезное
Добро пожаловать
На наш новый форум газовиков!

Галерея

images_10 images_8 images_9 images_11