2.2 Задачи технологического расчета

При выполнении технологического расчета решаются три основные задачи:

• определение оптимальных параметров МГ;

• определение числа КС и их расстановка по трассе МГ;

• расчет режима работы МГ.

При проектировании МГ оптимизируются:

• диаметр труб (при заданной производительности);

• пропускная способность (при заданном диаметре);

• рабочее давление;

• степень сжатия КС.

В качестве обобщенного критерия оптимальности принимаемого решения в настоящее время следует использовать чистую прибыль от выполнения транспортной работы. Допустимо также использование приведенных расходов. Так как затраты на сооружение и эксплуатацию МГ рассчитываются по укрупненным показателям, то точность расчета не превысит 95%. С учетом этого варианты, для которых разница прибыли или приведенных затрат не превышает 5% следует считать равноценными и для определения оптимального варианта следует использовать частный критерий оптимальности. В качестве частных критериев оптимальности применяют затраты металла, расход энергии и использование трудовых ресурсов. Очередность использования частных критериев оптимальности определяется своя для каждого конкретного случая.

В общем случае при определении оптимальных параметров используются три метода: аналитический, графоаналитический и метод сравнения конкурирующих вариантов.

Аналитический метод предполагает получение аналитической зависимости чистой прибыли от оптимизируемых параметров. С этой целью капитальные затраты на строительство МГ можно представить как сумму затрат на сооружение линейной части газопровода и КС

, (2.1)

где К_л – капитальные затраты на строительство линейной части МГ; n – количество КС; К_с – капитальные затраты на строительство одной КС.

Капитальные затраты на строительство линейной части и КС можно представить следующим образом:

, (2.2)

, (2.3)

где К_0л и К_Ос – капитальные затраты на строительство линейной части и КС независящие от рабочего давления Р₁, диаметра D и производительности МГ; К_рл и К_рс – капитальные затраты зависящие от рабочего давления МГ; К_D – капитальные затраты на линейную часть зависящие от диаметра МГ; К_Q – капитальные затраты на КС зависящие от производительности МГ (мощности КС).

Число КС п, обеспечивающее требуемую пропускную способность газопровода, определяется гидравлическим расчетом в зависимости от общей его длины L, степени сжатия КС ε и рабочего давления: n (L, Р₁, ε).

Учитывая, что в структуре затрат на транспорт газа 70-80% составляют амортизационные отчисления от затрат на сооружение МГ и 15-10% стоимость энергии, то прибыль можно представить следующим образом

, (2.4)

где Пр – чистая прибыль от транспорта газа; Т – тариф на транспорт газа по МГ; Q – годовая производительность МГ; а – коэффициент амортизационных отчислений; S_э – стоимость топливного газа или электроэнергии S_э= f(Q,ε,P₁).

Так как амортизационные отчисления и стоимость энергии являются функцией оптимизируемых параметров, то и прибыль будет зависеть от этих параметров. Исследование полученного уравнения на максимум в зависимости от оптимизируемых параметров позволило сделать следующие выводы:

- оптимальный диаметр в первую очередь зависит от производительности МГ;

• оптимальное рабочее давление мало зависит от производительности газопровода, особенно в области больших расходов;

• оптимальная степень сжатия КС практически не зависит от рабочего давления МГ и снижается при повышении производительности.

Изменение параметров МГ сопровождается изменением удельных затрат металла и энергии.

Увеличение диаметра газопровода при постоянном рабочем давлении сопровождается снижением удельных затрат металла при неизменных удельных затратах энергии.

Рост рабочего давления приводит к уменьшению удельных затрат энергии, затраты металла при этом меняются не однозначно. Удельные затраты металла снижаются для диаметров МГ до 1020 мм. включительно и увеличиваются для трубопроводов больших диаметров. В тоже время повышение предела прочности металла труб приводит к сокращению удельных затрат металла для всех диаметров МГ. При ограничении максимального диаметра газопровода повышение рабочего давления позволяет уменьшить количество параллельных ниток в системе МГ, что сокращает объем строительных работ и удельные металлозатраты.

Снижение степени сжатия КС при постоянной производительности МГ позволяет снизить удельные затраты энергии и увеличивает удельные затраты металла. Постоянство пропускной способности МГ реализуется за счет уменьшения расстояния между КС или лупингования участков.

Аналитический метод оптимизации параметров МГ позволяет установить общие закономерности развития трубопроводного транспорта газа, но при этом не дает окончательного ответа о параметрах для конкретного газопровода. Получаемые параметры будут, чаще всего, отличаться от их стандартных значений, и не будут соответствовать характеристикам реально существующего оборудования, что потребует использования других методов оптимизации.

Графоаналитический метод предполагает определение оптимальных параметров с помощью предварительно построенных графических зависимостей. В настоящее время имеются графические зависимости, позволяющие определить удельные приведенные затраты при заданной производительности МГ и различных сочетаний значений диаметра труб, рабочего давления и степени сжатия КС. Зависимости построены для средних условий строительства газопровода и не могут точно соответствовать особенностям проектируемого МГ, что может привести к ошибкам при определении оптимальных параметров. Таким образом, и этот метод не может дать окончательного ответа на поставленную задачу. Графоаналитический метод позволяет наметить относительно небольшое количество вариантов, сравнение которых между собой позволит окончательно определить оптимальные параметры проектируемого газопровода.

Метод сравнения конкурирующих вариантов является основным при решении задачи оптимизации работы МГ. Он позволяет выбрать оптимальный вариант из вариантов полученных с использованием аналитического и графоаналитического методов.

По каждому из намеченных вариантов определяется количество КС, стоимость строительства и эксплуатации МГ и получаемая при этом прибыль или значение приведенных затрат. Оптимальным считается вариант с самой большой прибылью или наименьшими приведенными затратами. Если наибольшую прибыль или наименьшие приведенные затраты имеет вариант с наибольшими или наименьшими значениями оптимизируемого параметра, то найденный вариант будет лучшим из рассмотренных и требуется дополнительная проверка его оптимальности. С этой целью принимается к рассмотрению дополнительный вариант с параметрами, соответственно, большими или меньшими по сравнению с лучшим из рассмотренных и для него производится весь комплекс расчетов. Снижение прибыли или рост приведенных затрат для дополнительного варианта подтверждает оптимальность ранее найденного лучшего варианта. При отсутствии возможности увеличения или уменьшения оптимизируемого параметра лучший вариант принимается как оптимальный без дополнительных расчетов.

Основные параметры эксплуатируемых в настоящее время МГ представлены в табл. 2.1. Число и положение КС на трассе МГ ориентировочно определяется расчетным путем. Далее место строительства КС уточняется с учетом условий строительства станции, близости населенных пунктов, возможности совмещения с уже существующими КС и наличия источников электроэнергии и воды.

Таблица 2.1 – Параметры работы МГ

Наружный диаметр труб, мм	Производительность, млн. м^3сут	Рабочее давление, МПа	Степень сжатия КС
1420	90-100	7,36	1,45-1,50
1220	50-60	7,36	1,45-1,50
1020	25-35	5,45	1,45-1,50
720	11-13	5,45	1,45-1,50
530	4-6	5,45	1,45-1,50

Расчет режима работы МГ производится после окончательной расстановки КС, уточнения участков с различной толщиной стенок труб и протяженности участков с резервными нитками и лупингом. Для каждого месяца года определяется пропускная способность газопровода, давление и температура на входе и выходе каждой из КС и потребление топливного газа и электроэнергии. Расчет заканчивается определением годовой производительности Q_г:

(2.5)

где Q_Г – годовая производительность МГ, млрд. м³ год; К_и – коэффициент использования пропускной способности; Q_i – суточная пропускная способность МГ в i-ом месяце, млн. м³ в сутки; τ_i – количество суток в месяце.

Количество газа, которое может быть передано по трубопроводу в единицу времени при принятых рабочих параметрах называется пропускной способностью МГ.

Проектной пропускной способностью МГ называется пропускная способность, соответствующая оптимальному технологическому варианту.

Фактическое количество газа, передаваемое по МГ в единицу времени принято называть производительность МГ.