Проблемы расчета максимальных часовых расходов газа потребителей при создании гидравлической модели газораспределительной сети



Жизненный цикл сетей газораспределения с точки зрения технической эксплуатации включает в себя комплекс работ начиная от ввода в эксплуатацию законченных строительством газопроводов, технических и технологических устройств и заканчивая их консервацией, утилизацией (ликвидацией) при выводе из эксплуатации [1]. Основой для реализации большей части из указанных работ в той или иной степени является модель сети. Так, при проектировании сетей газораспределения (строительстве, капитальном ремонте, реконструкции) выполняется гидравлический расчет. На его основе создается гидравлическая модель сети. При контроле давления газа и управлении режимами сетей газораспределения производится оценка граничных условий — давления газа, объема потребления в узлах модели. При осмотрах технического состояния используются маршрутные схемы.

Внедряемые в настоящее время в газораспределительных организациях (далее — ГРО) ГИС-системы содержат гораздо более широкий спектр функций. За счет применения GPS-трекеров контролируются процессы мониторинга технического состояния газопроводов, за счет компьютерного построения связных графов реализуется моделирование технологических процессов, в том числе аварийных ситуаций — при отключениях отдельных участков. Модели становятся всё более детальными, расчеты — более точными.

Несмотря на то, что нововведения в совершенствовании моделей появляются всё чаще и чаще, до сих пор находятся не до конца разрешенные задачи. Одной из таких задач является определение расчетного часового расхода газа потребителей эксплуатируемых сетей для выполнения гидравлических расчетов, а также для последующего создания «динамической» модели сети.

Действующая нормативная документация, и в частности [2], обеспечивает проектировщиков и других инженеров достаточными методами определения часовых расходов газа для населенных пунктов в целом и их отдельных частей. Определение часового расхода газа отдельных потребителей производится либо посредствам сложения номинальных расходов установленных приборов, с учетом коэффициента одновременности, либо на основании теплотехнических расчетов определением потребности в топливе [3]. Указанные способы расчета на протяжении многих лет являются надежной опорой при построении моделей сетей. При выполнении проектных работ они до сих пор остаются безальтернативными.

Тем не менее при построении модели действующих, эксплуатируемых десятилетиями сетей существующие способы отчасти теряют свою актуальность. Так, применение новых строительных материалов типа пено- или газоблока, или современных утеплительных материалов существенно снижает потребность в тепле для отопления и, соответственно, расходе газа. С другой стороны, сопоставимые по отапливаемой площади здания в силу различных обстоятельств могут потреблять кратно больше природного газа. При этом стоит отметить, что показатель максимального часового расхода газа является ключевым при проведении расчетов.

Одним из возможных вариантов решения указанной проблемы является автоматическое определение максимальных часовых расходов газа потребителями на основании данных поставщика природного газа о месячных расходах.

На основании рекомендаций [5] моделирование реальных процессов газораспределения в системе следует выполнять на фактических значениях давления, объемов поступления газа в систему и его подачи потребителям. Фактические расходы газа для потребителей принимаются:

– для коммунальных, промышленных и сельскохозяйственных потребителей — по данным замерных устройств (ПУГ);

– для бытовых нужд населения — по данным газовых счетчиков, в случае их отсутствия — по нормам потребления газа, сбалансированных с объемами поставок газа через ГРС или ПРГ, где фактический расход газа известен.

Именно приведение расходов газа по данным ПУГ в указанное состояние баланса с имеющимися сведениями — является основным, и наиболее объективным способом определения максимального часового расхода газа у потребителей. Однако при рассмотрении возможности сбалансирования приходится сталкиваться с целым набором проблем.

Сравнение часовых расходов газа на основании сведений бытовых газовых счетчиков с данными доступных замерных узлов (объемами поставок газа ГРС или ПРГ) — вполне логичный процесс, однако, на практике — трудноосуществимый. Во-первых, проведение замера часового расхода газа непосредственно у потребителей — чрезвычайно трудозатратная процедура, осложненная в том числе человеческими факторами вроде необеспечения доступа в помещение. Во-вторых, приведение суммарного расхода всех ПУГ, при проведении неодновременного замера, в состояние баланса с данными доступных замерных узлов не учитывает индивидуальных особенностей потребления. Также не учитываются неравномерности потребления в зависимости от времени суток, — на этот фактор влияет температура наружного воздуха, инсоляция, увеличение потребления в вечернее и утреннее время и т. д..

В свете вышеизложенного — единственным способом применения сведений о расходах ПУГ — является использование данных о месячных расходах. Эти данные являются относительно доступными — поставщик газа ежемесячно получает такие сведения непосредственно от потребителей.

При наличии информации от поставщика газа о месячных расходах конкретного потребителя в теплое и холодное времена года мы имеем возможность получить месячный расход газа на отопление конкретного потребителя в холодное время года по простой формуле:

(1)

где — максимальный месячный расход газа на отопление,

месячный расход газа в зимнее время,

месячный расход газа в летнее время.

Предположим, что зависимость расхода газа на отопление от температуры наружного воздуха носит линейный характер. Тогда на основании сведений о среднемесячной температуре воздуха рассчитать соответствующий данной температуре расход газа, а затем, используя условный коэффициент приведения, сбалансировать сумму расходов каждого потребителя на отопление со значением максимального часового расхода газа на конкретной ГРС.

В виде формулы описанный способ будет выглядеть следующим образом:

, (2)

где- расчетный максимальный часовой расход газа на ГРС на отопление, являющийся разницей между общим максимальным часовым расходом газа в зимнее время и максимальным часовым расходом газа в летнее время на ГРС, определяемый по формуле (1);

k– условный коэффициент приведения;

–месячные расходы газа на отопление каждого потребителя.

Т. к. очевидно будет меньше суммы месячных расходов всех потребителей, то значение k будет меньше 1. При этом произведение условного коэффициента k на месячный расход газа на отопление n-го потребителя — - численно будет равно максимальному часовому расходу газа на отопление.

По аналогии с формулой (2) рассчитаем максимальный часовой расход газа на пищеприготовление и горячее водоснабжение:

, (3)

где — расчетный максимальный часовой расход газа на ГРС на пищеприготовление и горячее водоснабжение;

– условный коэффициент приведения;

— месячные расходы газа на горячее водоснабжение и пищеприготовление.

В соответствии с формулой (3) произведение условного коэффициента на месячный расход газа на горячее водоснабжение и пищеприготовление n-го потребителя — - численно будет равно максимальному часовому расходу газа на горячее водоснабжение и пищеприготовление.

Таким образом для описанной ситуации (когда все потребители обеспечены ПУГ) расчет максимального часового расхода газа для каждого потребителя производится в следующем порядке:

1. Получаем данные о максимальном часовом расходе газа на ГРС в летнее и зимнее время.
2. Получаем данные о месячном потреблении каждого потребителя за летний и зимний месяцы на основании данных ПУГ от поставщика газа.
3. Производим расчет максимального часового расхода газа всех потребителей отдельно для целей отопления и для целей пищеприготовления и горячего водоснабжения по формуле (1).
4. Производим расчет максимального часового расхода газа на отопление на основании формулы (2).
5. Производим расчет максимального часового расхода газа на пищеприготовление и горячее водоснабжение на основании формулы (3).
6. Сложив величины(+)получаем требуемую для гидравлического расчета сетей величину максимального часового расхода газа каждого потребителя.

Однако, в этой связи, возникают вопросы:

– существует ли в принципе возможность применения указанных сведений для расчета величины максимального часового расхода газа?

– возможно ли получить сведения о максимальном часовом расходе газа из среднего часового расхода газа за месяц?

– будет ли обоснован такой подход с точки зрения существующих (действующих) методик, нормативных актов?

В настоящее время проводятся исследования о возможности реализации описанного метода, в том числе с математическим обоснованием, соответствующим установленным нормам и правилам.

Литература:

1. ГОСТ 54983–2012. Системы газораспределительные. Сети газораспределения природного газа. Общие требования к эксплуатации. Эксплуатационная документация. — Введ. 2013–01–01. — Москва. Стандартинформ, 2013.
2. СП 42–101–2003. Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб. — Москва: Издание официальное, 2003. — 165 с.
3. Методика определения потребности в топливе, электрической энергии и воде при производстве и передаче тепловой энергии и теплоносителей в системах коммунального теплоснабжения: МДК № 4–05.2004: утв. Зам. Пред. Госстроя России 12.08.2003.
4. Статья. Белоновский П. В., Влацкая И. В. Оренбургский государственный университет. Автоматизация мониторинга обслуживания газораспределительных систем Оренбургской области. УДК 66.073.5 (043). Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=24097616
5. Р Газпром 2–1.17–584–2011 «Газораспределительные системы. Типовые технические решения по созданию гидравлической модели системы газоснабжения»; ОАО «Газпром», 2010.
6. Попов Н. А. Автоматизация систем теплогазоснабжения и вентиляции. Учебное пособие. / Н. А. Попов — Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2008. — 101