Технико-экономическая оптимизация систем теплогазоснабжения (ТЭО) (стр. 4 из 5)

В качестве расчетной модели газоснабжаемой территории примем жилой массив с квадратной конфигурацией, с квадратными кварталами и кольцевыми сетями низкого давления.

— - газопровод низкого давления

→ - радиус действия ГРП

● - ГРП

---→ - радиус действия газопровода Rr.

- граница газоснабжаемой территории.

Рис. 2. Схемы размещения ГРС на территории населенного пункта.

Rr=R Rr=

R

Rr=L*R L=1/

L=1,3.

Выявим связь между радиусом действия ГРП R, их количеством n и площадью газоснабжаемых территорий F.

R=

L , (2.3.1)

L=½

. (2.3.2)

Подставим (2.3.2) в (2.3.1).

, (2.3.3)

. (2.3.4)

Капитальные вложения в ГРП определяются по формуле:

Кгпр = К' · n (2.3.5)

или с учетом (2.3.4)

Кгпр = К'гпр

, (2.3.6)

где К'гпр – удельные капитальные вложения в один ГРП, руб.

Затраты по эксплуатации ГРП могут быть выражены в виде годовых отчислений от капитальных вложений.

И_грп=φ·К_грп (2.3.7)

Приведенные затраты в газорегуляторные пункты с учетом (2.3.6) и (2.3.7) определяются функцией:

Згпр = Е_н· Кгпр + Игпр = (Е_н + φ) К'гпр

(2.3.8)

Определим расчетные затраты в сети низкого давления. Полагаем, что газопроводы работают в режиме гладких труб.

d=a

·Q ( , (2.3.9)

где d – диаметр газопровода, см;

а – коэффициент пропорциональности, зависящий от состава газа;

Q – расход газа по трубопроводу, м³/ч;

L – длина газопровода, м;

ΔΡ – потеря давления в газопроводе, Па.

Введем подстановку: d = dср; L = Rr = α·R; Q = Qср; ΔΡ = ΔΡн.

получим для среднего диаметра распределительных газопроводов низкого давления

dср= a

·Qср , (2.3.10)

где ΔΡ_н – нормативный перепад давлений в уличных распределительных сетях, Па.

Полагаем, что газопроводы несут только путевую нагрузку, можно записать для среднего расхода газа:

Qср=0,55·q·Rr=0,55·q·R·α , (2.3.11)

где q – удельный путевой расход газа, м³/(ч м).

Численные значения указанного параметра определяются по формуле

, (2.3.12)

где ∑Q – максимальный часовой расход газа жилым массивом;

- суммарная протяженность уличных газопроводов низкого давления.

Подставив (2.3.11) в (2.3.10) и преобразуя полученное выражение, имеем

(2.3.13)

Удельные капитальные вложения в 1 м газопровода определяются по формуле:

К'н/д=а+в·d , (2.3.14)

где а,в – стоимостные параметры 1 м газопровода, руб/м;

d – диаметр газопровода, см.

Для подземных газопроводов низкого давления допускается применение упрощенной зависимости:

К'н/д ≈в·d (2.3.15)

Общие капитальные вложения в сети низкого давления:

Кн/д= К'н/д

(2.3.16)

Расходы на эксплуатацию одного м подземного газопровода низкого давления определяются по формуле:

И'н/д= 0,033К'н/д+0,2 (2.3.17)

Суммарные расходы на эксплуатацию сетей низкого давления:

Ин/д= И'н/д·

(2.3.18)

Или с учетом (2.3.13) и (2.3.15)

(2.3.19)

Приведенные затраты в сети низкого давления

Зн/д = Е_н· Кн/д + Ин/д =f(R) (2.3.20)

Определим затраты в сети высокого (среднего) давления. Изменение радиуса действия ГРП мало сказывается но общей конфигурации сети высокого (среднего) давления. В основном изменяется количество и протяженность ответвлений от ГРП к потребителю.

Суммарная протяженность ответвлений определяется количеством ГРП и их радиусом по формуле

(2.3.21)

Капитальные вложения в сети среднего давления:

(2.3.22)

или с учетом (2.3.15)

, (2.3.23)

где d_ср – средний диаметр ответвлений, см.

Подставив в уравнение (2.3.23) уравнения (2.3.21) и (2.3.4) получим

(2.3.24)

Расходы по эксплуатации одного м газопровода среднего, высокого давления :

И'с/д=0,033Кс/д+0,5 (2.3.25)

Переменная часть эксплуатационных затрат по сетям высокого (среднего) давления

Ис/д = И'с/д

(2.3.26)

или с учетом (2.3.15), (2.3.21) и (2.3.4)

(2.3.27)

Переменная часть приведенных затрат по сетям высокого (среднего) давления

Зс/д = Е_н· Кс/д + Ис/д (2.3.28)

Подставляя приведенные выражения в исходную целевую функцию получим:

З = Згпр + Зс/д + Зн/д =f(R) (2.3.29)

Для нахождения оптимального радиуса действия ГРП необходимо взять первую производную от затрат и приравнять ее к нулю.

В результате детальной проработки приведенных уравнений получится следующее выражение для оптимального радиуса действия ГРП:

, (2.3.30)

где μ – коэффициент плотности сети низкого давления, 1/м;

q – удельная нагрузка сети низкого давления, м³/ч м.

На основании статистического анализа технико-экономических показателей реальных проектов газоснабжения предложены следующие расчетные уравнения:

, (2.3.31)

, (2.3.32)

где m – плотность населения газоснабжаемой территории, чел/га;

l – удельный часовой расход газа на одного человека, м³/(ч чел);

ΣQ – максимальный часовой расход газа населенным пунктом, м³/ч;

F – площадь газоснабжаемой территории, га.

Положив в уравнении (2.3.30) b=0,55 руб/м см, получим с учетом (2.3.31) и (2.3.32):

(2.3.33)

При известном значении радиуса R_opt оптимальную нагрузку ГРП находим по формуле

(2.3.34)

Оптимальное количество ГПР:

(2.3.35)

Определим оптимальный радиус действия, количество и оптимальную пропускную способность ГПР для систем газоснабжения со следующими исходными данными:

1. Стоимость одного ГПР К’гпр =142500 руб.

2. Нормируемый перепад давлений в уличных газопроводах низкого давления ΔΡн=1200 Па.

3. Плотность населения m=684 ч/га.

4. Удельный головной расход газа на отдельного человека l=0,08 м³/(ч чел).

5. Площадь газоснабжаемой территории F=779 га.

Коэффициент плотности сети низкого давления:

μ=(75+0,3·684)10

=280,2·10 1/м

Оптимальный радиус действия ГРП:

м

Оптимальная пропускная способность 1 ГРП:

м³/ч.

Оптимальное количество ГРП:

шт.

Оптимальный радиус действия 1555,3 м, оптимальная пропускная способность 26472,2 м³/ч и оптимальное количество – 2 штук.