CC BY
21
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ
УДК 696.2:662.767.7
ОСИПОВА НАТАЛИЯ НИКОЛАЕВНА, канд. техн. наук, доцент, osnat75@mail. ru,
Саратовский государственный технический университет,
410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОДНОСТУПЕНЧАТЫХ СИСТЕМ СНАБЖЕНИЯ СЖИЖЕННЫМ ГАЗОМ НА БАЗЕ ГАЗОНАПОЛНИТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЙ
В статье приводятся результаты экономико-математических исследований региональных (межпоселковых) систем газоснабжения на базе сжиженного углеводородного газа (СУГ). Определяются оптимальные параметры функционирования одноступенчатых систем снабжения СУГ на базе газонаполнительных станций в зависимости от особенностей снабжения потребителей газом (баллонное или резервуарное).
Ключевые слова: сжиженный углеводородный газ, потребитель, газонаполнительная станция, экономико-математическая модель, оптимальные параметры системы газоснабжения
OSIPOVA, NATALIA NIKOLAYEVNA, Cand of tech. sc., assoc. prof., osnat75@mail. ru
Saratov State Technical University,
77Politeknicheskaya st., Saratov, 410054, Russia
MODELLING OF OPTIMUM PERFORMANCE OF ONE-STAGE SUPPLY SYSTEM BY LIQUEFIED GAS ON THE BASIS OF GAS FILLING STATIONS
The article presents the results of economic-mathematical researches of the regional (inter-villages) gas supply systems on the basis of liquefied hydrocarbon gas (LPG). The optimal operating parameters of one-stage supply system in dependence on the characteristics of supply the consumers with gas (balloon or reservoir) are defined.
Keywords: liquefied petroleum gas, consumer, gas filling stations, economic and mathematical model, optimal parameters of the gas supply systems.
© Н.Н. Осипова, 2010
В современной практике снабжение потребителей сжиженным углеводородным газом (СУГ) реализуется в двух вариантах:
- централизованно - на базе групповых резервуарных установок;
- децентрализованно - на базе газобаллонных установок индивидуального пользования.
Однако сложившаяся практика газификации населенных пунктов малоэтажной застройки только на базе газобаллонных установок не отвечает современным техническим и социально-экономическим требованиям к системам инженерного оборудования зданий [1, 2]. Низкая паропроизводительность газобаллонных установок в сочетании с небольшим запасом газа у потребителя исключает применение газообразного топлива на нужды отопления и обусловливает использование на эти цели твердого топлива (уголь, дрова).
Указанное обстоятельство негативно сказывается на санитарногигиенических условиях жизни населения, ухудшает экологию населенных пунктов, снижает общий уровень и культуру инженерного сервиса.
Таким образом, газификация процесса отопления зданий требует обязательного применения резервуарных установок.
В то же время при использовании сжиженного газа для приготовления пищи и горячего водоснабжения газобаллонные установки, хотя и обеспечивают необходимое газопотребление, однако требуют повышенного остаточного уровня газа в баллоне (до 24-32 %) [3]. Как следствие, увеличиваются транспортные расходы по доставке сжиженного газа потребителям и затраты газонаполнительной станции (ГНС) по его реализации.
В этой связи выбор рациональной области применения систем децентрализованного снабжения сжиженным газом на базе баллонных и резервуар-ных установок требует экономического обоснования.
Примем в качестве целевой функции задачи удельные (на 1 т продукта) приведенные затраты в систему газоснабжения по комплексу ГНС - потребитель. Поскольку затраты на бытовые газовые приборы (газовые плиты, водонагреватели, газовые отопительные печи и котлы) не зависят от параметров региональных систем снабжения СУГ, при разработке целевой функции указанную составляющую исключаем из общей структуры затрат.
В общем случае для смешанной схемы газоснабжения (через баллонные и резервуарные установки) целевая функция задачи имеет следующий вид функционала:
З = /(Зрнс; Зрт; Зру; Зрт; Звг; ЗгбНс; Збт; Збу) = f(R0) = шш, (1)
где Зрнс, З^ - удельные приведенные затраты по газонаполнительной станции при реализации газа через резервуарные и баллонные установки, руб./т; Зрт, З! - удельные приведенные затраты на доставку газа автомобильным транспортом при его реализации через резервуарные и баллонные установки, руб./т; Зру - удельные приведенные затраты на резервуарные установки,
руб./т; Зрг, Звг - удельные приведенные затраты на распределительные
и внутридомовые газопроводы, руб./т; Збу - удельные приведенные затраты на баллонные установки потребителя, руб./т; R0 - радиус действия ГНС, км.
В результате детальной проработки целевой функции (1) в зависимости от управляющих параметров была разработана экономико-математическая модель оптимального функционирования одноступенчатых систем снабжения сжиженным газом [4]:
З = -
ЛІ"2
0,8„0,8П1,6 ' р~ *0 ' ~'р ' ~ру ' ~рг ' ~вг
_0,8 „0,8 р15 П Ч Ло
Л (1 -Р)02
+
„0,8 0,8 „1,6
П 4 ^0
(0, 8Ьр*0 + °р + Зру + Зрг + Звг )в ■
(0,8Ьб * + аб + Збу )(1 -Р);
(2)
- при отсутствии резервуарного газоснабжения потребителей (Р = 0) целевая функция задачи примет следующий вид:
А
З=
0,8 0,8 1,6 1 П -*0
+ 0,8Ьб *0 + аб + Зб
б бу ’
- при отсутствии баллонного газоснабжения потребителей (р=1):
(3)
З =
0,8 0,8 1,6 П 4 *0
- 0, 8Ьр*0 + «р + Зру + Зрг + Звг ,
(4)
где Ар, Аб, ар, аб, Ьр, Ьб - стоимостные параметры, численные значения которых зависят от способа реализации газа, дорожных условий, вида автомобильного транспорта (автоцистерны или баллоновозы) [5, 6]; q - плотность газопотреб-ления на территории, прилегающей к ГНС, т/(г.-км2).
Для нахождения оптимального радиуса действия газонаполнительной станции Щр продифференцируем уравнения (2-4) по управляющему параметру Я0 и приравняем их к нулю.
В результате имеем выражение для определения оптимального радиуса действия газонаполнительной станции при случае:
- снабжение потребителей СУГ осуществляется по смешанной схеме (резервуарное и баллонное газоснабжение) (0<р<1,0):
2 (2 + А (1 -Р)0,2) П0,У,8(ЬрР + Ьб (1 -Р))
(5)
- снабжение потребителей СУГ осуществляется через баллонные установки (Р = 0):
Я0°р‘ =
2 А
0,8 0,8 П Ч Ьб
(6)
- снабжение потребителей СУГ осуществляется через резервуарные установки (Р = 1,0):
Я°рі =
2 А
0,8 0,8 П Ч Ьр
(7)
р
0,385
0,385
Оптимальная мощность газонаполнительной станции, т/г., при баллонной, резервуарной и смешанной схемах снабжения потребителей СУГ определяется по формуле:
Норі = )2. (8)
В целях численной реализации предложенной модели были проведены соответствующие расчеты. В расчетах использовались следующие исходные данные:
- плотность газопотребления на территории, прилегающей к ГНС:
д = 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0 т/(г.-км2);
- схемы снабжения потребителей СУГ: от индивидуальных газобаллонных установок, от индивидуальных (групповых) резервуарных установок;
- характеристика дорожной сети: дороги с асфальтобетонным покрытием - 85 % пути, дороги со смешанным типом покрытия (переходный тип покрытия и грунтовые дороги) - 15 % пути;
- характеристика застройки поселков: усадебная (коттеджная) с компактной планировкой - 50 %, с разбросанной планировкой - 50 % от общей застройки;
- доля газа, реализуемая через резервуарные установки: в = 0; 0,5; 1,0.
Результаты расчетов представлены на графиках (рисунок).
160000
280
о4©
и
X
и
§
<и
1140000
5260 к
к
я
§ 120000
н
о
240®
X
100000
200 I
§ 80000
>К
м Р*
І 160 е
I о Е к 60000
О I 120 8
80
3 40000 §
а
° 20000
."р = 1,0
у У У У
\ У у у У
\ / У у у
\ у у у / р = 0,5
\ \ ч \ N
\ \, / у ' У
\\ Л / у у у
V у \ У у у у Л=“-
Л / У **
і 1 1 / \ , ^'
/ / / ' / / у у у у У ✓ р = 1,о Р = 0,5
/ / р=о
0,5 1,0
2,0
3,0
4,0
Плотность газопотребления q, т/(г.'км )
Оптимальные параметры газонаполнительной станции СУГ:
----- оптимальная мощность ГНС; ----------оптимальный радиус действия ГНС
Как видно из графиков, оптимальные параметры межпоселковых систем снабжения СУГ существенно изменяются в зависимости от плотности газопо-требления на газоснабжаемой территории и доли газа, реализуемого через ре-зервуарные установки.
Указанные обстоятельства необходимо учитывать в проектной практике путем привязки проектных решений к конкретным условиям газоснабжаемой территории.
Выводы
Как показывают результаты проведенных исследований, важным резервом повышения экономичности региональных (межпоселковых) систем газоснабжения является организация снабжения потребителей сжиженным газом на базе крупных газонаполнительных станций. Оптимальное функционирование одноступенчатых систем газоснабжения требует значительного повышения их централизации на базе станций повышенной мощности до 30-i60 тыс. т/г. с радиусом действия до 75-270 км, то есть на базе ГНС областного и межобластного характера.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шурайц, А.Л. Сжиженные углеводородные газы: ретроспектива, реалии и перспективы научно-технического прогресса / А. Л. Шурайц, М.С. Недлип, Р.П. Гордеева // Газ России. - 2003. - № 2. - С. 2-3.
2. Широков, В.А. Рациональное использование углеводородного топлива / В.А. Широков, Е. Е. Новгородский // Газовая промышленность. - 200i. - № i. - С. 52-54.
3. Курицын, Б.Н. Объективный выбор децентрализованного источника снабжения сжиженным газом / Б.Н. Курицын, Н.Н. Осипова, Е.В. Иванова // Строительная инженерия. - 2006. - № 9. - С. 25-30.
4. Осипова, Н.Н. Оптимальная централизация региональных систем снабжения сжиженным газом при реализации СУГ непосредственно от газонаполнительной станции / Н.Н. Осипова // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем га-зоэнергоснабжения: межвуз. науч. сб. - Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2007. - С. 62-71.
5. Курицын, Б.Н. Системы снабжения сжиженным газом / Б.Н. Курицын. - Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 1988. - 196 с.
6. Рекомендации по проектированию и строительству систем газоснабжения малых и средних городов и населенных пунктов сельской местности. - Саратов : Гипрониигаз, 1985. - 144 с.
