Загрузка ... Загрузка ...

При проектировании закольцованных газовых сетей основным технико-экономическим параметром является расход газа. Диаметры газопроводов и гидравлические потери в них определяются принятым за основу при проектировании расчетным уровнем потребления газа. Если произвести расчет для сетей высокого (среднего) давления на максимальное газопотребление (т. е. с максимальными возможностями резервирования), которое наблюдается в году в течение очень короткого периода, а также уложить газопроводы с диаметром, рассчитанным на этот максимум, то в течение всего остального периода они будут не использоваться и стареть, что будет свидетельствовать о нерациональном использовании металла. Аналогичное явление будет наблюдаться и в том случае, если для сетей низкого давления принять принцип всевозможного кольцевания сетей, не взирая на их значение для народного хозяйства и территориальное местонахождение потребителей.

Таким образом, оптимизация при проектировании закольцованных городских газовых сетей направлена на то, чтобы сеть, с одной стороны, обеспечила всех потребителей газом, а с другой, чтобы се металлоемкость (капиталоемкость) была в пределах границ возможно минимальных значений.

Рассмотрим методы расчета экономичности закольцованных городских газовых сетей, существующие в настоящее время. По данному вопросу, по крайней мере, в детерминированном решении задачи, существуют два основных направления определения экономичности газовых сетей. Одна точка зрения состоит в том, что расчет закольцованных газовых сетей следует вести на минимум металло- и капиталовложений.

Однако, как указывает В. А. Смирнов, в общем случае требование наименьших металло- и капиталовложений приводит к необходимости разорвать кольцевую сеть и превратить ее в разомкнутую. Это, к сожалению, ведет к снижению надежности газоснабжения и нё может быть принято без обоснований. В. А. Смирнов на первом этапе расчетов предлагает использовать разработанную им формулу  для определения металло- и капиталовложений по последовательным цепочкам закольцованной сети при наличии двух пунктов питания:

Между тем процесс расчета надежности принимаемой эквивалентнропанной схемы закольцованной газовой сети (когда участки сети между секционирующими запорными устройствами объединяются со всеми ответвлениями, отходящими от него вплоть до ближайших задвижек, установленных, на этих ответвлениях в один элемент) достаточно сложен. В» крупных схемах газоснабжения резко возрастают трудоемкой, этих расчетов, вероятность ошибок и тем самым возможность получить мнимый окончательный результат.

Нужно заметить, что необходимо также учесть вероятностно-неопределенные свойства некоторых исходных данных, определяющих структурный показатель надежности работы системы в отдельных экономических районах страны (число отказов в год на 1 км газопроводов, недоотпуск газа в системе при аварийной и других ситуациях). Особую «опасность» заключает в себе детерминированный показатель (Злим – резерв диаметра газовой сети.

Этот показатель, представляющий собой норму лимитированного газоснабжения в аварийных ситуациях, по своему содержанию является чисто случайной величиной и должен быть в дальнейшем определен не

однозначно детерминировано, а с установлением вида закона распределения, математического ожидания и дисперсии, что должно создавать более объективную картину шкалы лимитов газового топлива для потребителей, а у проектировщиков появляется при этом некоторая свобода для подбора оптимальных диаметров газовой сети.

Принципиально уровень определения сравнительной экономичности закольцованной газовой сети должен исходить из сопоставления дополнительных затрат на создание резервов внутрисистемной нормированной надежности для компенсации ущерба, причиняемого потребителям при недоотпускс газа. Расчет ущерба от перерывов и недостатка газа – задача сложная и трудоемкая..

Как уже неоднократно отмечалось, одним из основных недостатков описанных детерминированных методов расчета технико-экономических параметров распределительных и закольцованных городских сетей низкого, высокого (среднего) давления является то, что они не учитывают вероятностно-неопределенных свойств погрешности исходной информации. Естественно, учет указанных свойств существенно влияет на полученные характеристики технико-экономических показателей, а также предъявляет дополнительные методические требования к подготовке и использованию исходных данных для расчетов с применением ЭВМ.

Необходимость в повторении описаний вероятностно-аналитических характеристик отдельных технико-экономических показателей, составляющих основу для определения диаметров участков сети и ее экономичности, заставляет нас вернуться к формуле общего характера, позволяющей определить зависимость капиталовложения газовой сети от других составляющих ее параметров:

Известно, например, что стоимостный коэффициент  изменяется в пределах 4,6-6,2 коп., поэтому  является случайной величиной. Несомненно, что этот предел для отдельных экономических районов в связи с изменением оптовых цен с 01.01.82 на большинство строительных материалов должен соответственно изменяться, однако это в общем теоретическом подходе к анализируемому вопросу не меняет сути дела.

Далее в детерминированных расчетах величина Q,- расход газа на участке – определяется однозначно. Однако автор доказал, что Q,-, так же, является случайной величиной. Следовательно, потеря давления участке, которая связана с Q, формулой, тоже случайная величина. Из этого следует, что ограничивающие условия непревышения допустимой потери давления должны быть приняты в расчетах с учетом вероятностных свойств величин, т. е.

Естественно, учет указанных свойств существенно влияет на полученные характеристики технико-экономических показателей, а также предъявляет дополнительные методические требования к подготовке использования исходных данных для расчетов с применением ЭВМ.

Итак, как уже отмечалось, мы имеем дело с тремя случайными величинами: потреблением газа Q,-, потерей давления на участках Apt и стоимостным коэффициентом.

Из формулы видно, что функция распределения сравнительно легко выражается через функцию распределения нормальной случайной величины. Этот факт позволяет конструировать доверительные интервалы и вычислять интересующие статистические величины.

На основании теоретического подхода, изложенного в работе, определяются вероятностные характеристики Apt и и Др,2, а также математическое ожидание и дисперсия потерь давления на участках городской газовой сети по следующим формулам.

Если сравнить длину доверительного интервала для случаев нормального и равномерного распределения величины МК, то

в последнем случае она несколько больше (примерно на 27%). Это свидетельствует о том, что капиталовложения при принятии нормального закона распределения имеют более узкие границы ЗЭН.

В итоге несколько подробнее следует проанализировать возможные равновероятностные варианты состояний функционирования закольцованной газовой сети в отношении трех случайных величин, которые существенно влияют на определение диаметров газопроводов и экономичности самой системы. Заранее нельзя сказать, какие конкретные значения примет каждая из этих величин, т. с. в каком состоянии будет система в отношении. Поэтому в вычислениях следовало бы перебрать различные комбинации входящих в формулы величин, но это и невозможно, и нецелесообразно, так как только при некоторых состояниях система примет экстремальные значения, а при всех остальных состояниях системы решения будут заключены между этими определениями.

В качестве двух таких значений для каждой из величин выберем нижнюю и верхнюю границы доверительного интервала, внутри которого возьмем одну точку – математическое ожидание величины. Тогда для системы случайных величин будет 27 различных состояний.

С вычислением диаметров связаны только величины. Подсистема из этих величин может находиться в следующих девяти состояниях:

В однозначно-детерминированном решении с помощью ЭВМ диаметры вычисляются, если система находится в состоянии среднего значения или близка к этому состоянию. Однако ввиду случайного изменения указанных величин может возникнуть необходимость несколько увеличить диаметры, чтобы пропустить большее количество газа, т. е. повысить надежность функционирования системы, и соответственно расчет диаметров будет производиться при состоянии.

Данный пример наглядно показывает, что при соблюдении нормативной надежности газовой сети норм сравнительно небольшое среднее квадратическос отклонение при определении расчетного расхода газа QP, потребителями, скажем, в пределах только ±(1-т-3)%, влечет за собой ощутимые изменения диаметров газопроводов и объемов капиталовложений при строительстве закольцованной сети высокого (среднего) давления. Из этого следует, что закольцованная газовая сеть при соблюдении принимаемой нормативной надежности не является одинаково капиталоемкой.

В настоящее время существует ряд программ на различных языках программирования для технико-экономического расчета параметров городских газовых сетей, разработанных Гиирониигазом (г. Саратов), Укргипроинжпросктом (г. Киев), Эстонпроектом (г. Таллинн), ВНИИВОДГЕО (г. Москва), СЭИ СО АН СССР (г. Иркутск). Однако ведущее место в разработках и внедрении в проектную практику комплексной программы детерминированного расчета городских газовых сетей на ЭВМ принадлежит Гипрониигазу. В этом институте еще в 1962 г. была разработана комплексная программа расчета газовых сетей на ЭЦВМ «Урал-2» и были сконструированы две электрические модели: одна для гидравлического, вторая для технико-экономического расчета газовых сетей. Эти модели позволяют поэтапно решать следующие задачи развития ГСГ: определение условных и расчетных расходов газа по участкам сети; расчет оптимальных перепадов давления; определение расчетных и стандартных диаметров участков сети; расчет гидравлической увязки сети; составление спецификации труб по диаметрам; определение металловложений в сети. Затем эта программа была переработана применительно к ЭЦВМ «Минск-22», которая до настоящего времени в основном и используется институтами страны, проектирующими ГСГ.

В 1978 г. в Гипрониигазе и Укргипроинжпроекте на основе обобщенного опыта применения существующих программ, а также на основе новых исследований было разработано усовершенствованное «Руководство по расчету городских газовых сетей на ЭВМ». Расчеты были составлены на языке «Ал-гол-60» применительно к трансляторам ТА-1М и ТА-2М марки БЭСМ-4М. Новые разработки впервые позволяют решать задачи определения уровня надежности проектируемой сети при минимуме суммарных приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию проектируемой сети.

Достоинства и недостатки комплексной программы технико-экономического расчета параметров газовых сетей были достаточно подробно проанализированы в работах автора. Нужно отметить, что предъявляемые новые требования на данном уровне развития экономической науки и исходной информации (учета ее вероятностно-неопределенных свойств), по существу, выдвигают и новые методические требования к составлению программы технико-экономического расчета параметров газовых сетей.

Свойства исходной информации

Во всех указанных разработках не учитываются вероятностно-неопределенные свойства исходной информации, а также гидравлическая увязка колец достигается при использовании довольно многочисленных и сложных вычислительных процедур.

Разработанная автором и математиком-программистом 3. И. Моркунасом программа потокораспределения и гидравлической увязки газовых сетей, определения диаметров и экономичности городских сетей на языке «Фортран» имеет ряд новшеств по сравнению с используемыми в настоящее время. Разработанная нами программа ввиду ее объемности не приводится, излагаются лишь основные принципы ее разработки.

Во-первых, в ней учтены вероятностно-неопределенные свойства исходной информации. Как уже отмечалось, до сих пор исходные данные и вычисленные технико-экономические параметры считались детерминированными величинами, имеющими однозначные значения. На основе выполненных статистических исследований можно считать доказанным, что такие величины, как потребление газа, стоимостные коэффициенты, материальная характеристика газоснабжающей системы (металло- и капиталовложения) и потеря давления в сетях являются случайными.

Из этого следует, что для их описания должны быть использованы методы и понятия теории вероятностей и математической статистики, такие как функция распределения, математическое ожидание, дисперсия, стандартное отклонение, доверительный интервал.

Анализ статистических данных

Анализ статистических данных, как уже отмечалось в предыдущих главах, позволил установить, что указанные величины распределены по нормальному или близкому к нему виду распределения. Это позволяет находить необходимые статистические параметры. С учетом отмеченного выше в предлагаемой нами программе каждая случайная величина характеризуется математическим ожиданием, дисперсией и доверительным интервалом, который с выбранной заранее вероятностью показывает, в каких пределах может колебаться данная случайная величина.

Неувязка перепада давления в первом кольце, что соответствует нормативным требованиям. Капиталовложения для строительства указанной газовой сети составляют, руб.: нижний предел 22424; среднее 22691; верхний предел 22958. Дисперсия (стандартное отклонение) должна быть установлена после анализа уже имеющихся данных.

К вероятностным методам относится и определение надежности сети и ее отдельных участков, что также предусмотрено в программе.

По сравнению с имеющимися методами детерминированного расчета вероятностный подход позволяет проектировщику получить не один оптимальный вариант решения, а множество их, равноценных при некоторой заданной вероятности. Это дает возможность гибко оперировать материальными и денежными ресурсами, иметь большую свободу при выборе окончательного решения.

Во-вторых, в отличие от существующих методов технико-экономического расчета, в нашей программе используется новый метод для гидравлической увязки закольцованной сети и определения ее экономичности. До настоящего времени для выявления минимума металло- и капиталовложения, а также гидравлической увязки газовой сети применялся главным образом метод множителей Лагранжа, а в «Руководстве по расчету городских газовых сетей на ЭВМ» – метод Ньютона.

В предлагаемой программе используется метод скользящего допуска. Применение этого метода освобождает как от вычисления производных (а значит, и от ошибок при их вычислении), так и от трудоемкой работы при последующем решении полученных нелинейных уравнений относительно диаметров или потерь давления на участках газовой сети.

Таким образом, метод скользящего допуска позволяет определить минимум некоторой характеристики даже в тех случаях, когда вычисление производной сопряжено со слишком большими трудностями или когда оно вовсе не существует. Это значит, что указанный метод, в отличие от метода множителей Лагранжа, применим для более широкого класса задач.

Изложим коротко основные положения метода скользящего допуска. Задача нелинейного программирования в общем случае записывается следующим образом.

Использование критерия Т позволяет записать в компактной форме все ограничения и наблюдать за их выполнением. Если Т, то это означает, что ограничения соблюдены. Отличие Т(хи …, хп) от 0 означает, что существуют такие ограничения, которые еще не удовлетворены.

Задача определения минимума функции f(xu …. хп) при ограничениях в виде равенств и неравенств заменяется

На примере задачи определения экономичности закольцованной газовой сети выясним, какие конкретные выражения имеют ограничения и критерий, а также ход вычислений.

Как видно из описаний хода поиска оптимальных значений, применение метода скользящего допуска к задачам гидравлической увязки сети и определения экономичности системы позволяет автоматически увязать кольца газовой сети с учетом заданного уровня соблюдения этой увязки, а также соблюдать условие, по которому сумма перепадов давления до конечных точек не превысила максимально допустимого давления.

Последующая оптимизация расчетных диаметров и корректировка расчетного газопотребления нужны лишь по той причине, что существует множество спецификаций газовых труб (в отношении их диаметров), выпускаемых промышленностью, они дискретны и не принимают всевозможных значений.

Программой перепады давления в сетях и гидравлическая увязка колец рассчитываются по заранее намечаемым расчетным потреблениям газа на участках сети. Найденная и соответствующая требуемому уровню гидравлическая увязка кольцевой сети сохраняется и в том случае, когда  корректируется в связи со стандартизацией расчетных диаметров. Это обусловлено той причиной, что перепады давления на участках газовой сети сохраняются неизменными, а изменяются. Формула корректировки строится следующим образом: пусть при значениях и соответствующем перепаде давления Ар» – Арк = AQalld% кольца сети являются гидравлически увязанными. После стандартизации диаметров будем иметь значения: dCT, Qp(k) и перепад давления, соответствующий dv и qp.

Для работы программы  в ЭВМ должны быть введены следующие технико-экономические данные о газовой сети: длина участков сети; намечаемые расчетные газопотребления; стандартные отклонения намечаемых расчетных газопотреблений; вероятность принятия решения. Для стандартизации диаметров газовой сети подготовлен файл стандартных диаметров. При корректировке расчетных газопотреблений задаются номера участков, составляющих кольца сети (входящих в узел газопотребления и выходящих из него), а также узловые расчетные газопотребления. Результаты вычислений выводятся на печать. Каждая случайная величина представляется математическим ожиданием и доверительным интервалом.

По программе, реализованной на ЭВМ ЕС-1033, можно рассчитывать параметры городских разветвленных и закольцованных газовых сетей, имеющих до 200 участков и 130 узлов газопотребления.

отрывки, источник: 2 ( см. список литературы )

Комментарии запрещены.

Полезное
Добро пожаловать
На наш новый форум газовиков!

Галерея

images_10 images_15 images_4 images_2