11046

К.А. Трегубенко

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет»

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ГРС

Внастоящее время в нашей стране уделяется большое внимание к вопросу энергосбережения и повышению энергетической эффективности вновь строящихся и реконструируемых объектов гражданского и производственного назначения, в том числе газораспределительных станций (ГРС).

Для выполнения данной задачи следует руководствоваться Федеральным законом от 23 ноября 2009 г. №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской федерации».

Впоследнее время комплекс мероприятий в области снижения потребления ресурсов направлено воздействует на долговременное состояние предприятия, а также определяют его тенденции экономического развития, перспективный уровень научно-технического прогресса и состояние производственных мощностей предприятия.

Транспортировка газа по магистральным и распределительным сетям осуществляется при высоких давлениях газа 5,5 -7,5 МПа. Перед подачей потребителям давление газа на газораспределительных станциях (ГРС) снижается до уровня, требуемого потребителю. При этом потенциальная энергия сжатого газа безвозвратно теряется. В целях энергосбережения и повышения эффективности общественного производства эту энергию нужно и можно утилизировать с получением положительных эффектов.

Одно из таких решений по использованию потенциальной энергии природного газа высокого давления магистральных газопроводов является применение детандер-генераторных агрегатов (ДГА).

Выработка электроэнергии с помощью детандер-генераторных агрегатов на газораспределительных станциях и пунктах при редуцировании газа является одним из высокоэффективных способов энергосбережения в газотранспортной системе страны.

Академик М.Д. Миллионщиков ещё в 1947 г. высказал идею использования высокого давления газа в магистральных газопроводах для выработки электрической энергии. Европейские страны (Германия, Италия

идр.) и США уже в течение нескольких десятилетий используют этот источник почти бесплатной энергии, в то время как в России данную технологию начали осваивать только в последние 10-15 лет. Первый в России детандер-генераторный комплекс мощностью 10 МВт, состоящий

160

из двух детандер-генераторных агрегатов ДГА-5000, введен в

эксплуатацию в 1994 году на ТЭЦ-21 «Мосэнерго». Их поставщик – группа компаний «Криокор».

Рис. 1. Схема установки ДГА

Детандер-генераторный агрегат представляет собой устройство, в котором энергия потока транспортируемого природного газа преобразуется сначала в механическую энергию в детандере, а затем в электроэнергию в генераторе. При этом природный газ используется в качестве рабочего тела (без его сжигания) [1]. Поскольку при работе детандера практически не происходит расходования топлива, получаемая в результате энергия является «экологически чистой», создается экономия выброса окисей углерода в атмосферу. Данная экономия может быть учтена и подсчитана на основе методик, заложенных в Киотском Протоколе о снижении выбросов парниковых газов в атмосферу. Как результат этой экономии образуются единицы сокращения выброса, исчисляемые в условных тоннах CO2 эквивалента.

Одной из основных систем, определяющих технико-экономические показатели ДГА, является система подогрева газа. Ее тепловая мощность эквивалентна, примерно, мощности детандера, а ее стоимость, по разным оценкам, может составлять до 40% общей стоимости ДГА[1].

Вопрос выбора источника подогрева газа является одним из основных при принятии решения о целесообразности использования этих агрегатов. Кроме того, показатели системы подогрева газа существенно влияют на эксплуатационные затраты ДГА и, как следствие, на себестоимость производимой ДГА электроэнергии. Поэтому выбор и

161

оптимизация схемы подогрева газа в ДГА является одной из приоритетных задач, решаемых при их проектировании [1]. Исследования, проведенные Газпромэнерго, показали, что одним из перспективных мест широкого внедрения ДГА являются ГРС ПАО «Газпром». На них могут быть установлены ДГА суммарной мощностью около 550 МВт.

Детандер-генераторные агрегаты зарекомендовали себя, как простые, надежные, имеющие низкую металлоемкость конструкций и широкий диапазон режимов, не влияющие на окружающую среду, требующие минимальное количество обслуживающего персонала и сравнительно невысокие эксплуатационные затраты.

Принимая во внимание непрерывный рост потребления природного газа в России и в мире (по подсчетам экспертов, потребность в газе к 2030 году возрастет по сравнению с нынешним уровнем более чем в два раза, а доля газа в производстве электроэнергии и тепла составит около 60%), следует отметить необходимость дальнейшего изучения эффективности внедрения детандер-генераторных агрегатов как на действующих, так и на строящихся ГРС.

Литература

1.Степанов С.Ф. Разработка нового поколения высокоэффективных газораспределительных станций с попутной выработкой электроэнергии и электроподогревом редуцируемого газа /С.Ф. Степанов, В.В. Коваленко, А.Б. Дубинин //Вестник ГАЗПРОММАША выпуск 5 – URL: http://www.gazprommash.ru/factory/vestnik/vestnik5/ - Текст: Электронный.

2.Меженина А.С. Использование перепада давления газа на ГРС и ГРП в качестве источника вторичных энергетических ресурсов ОВ // Международный студенческий научный вестник. – 2016. – № 2.

Хазов П.А.1, Румянцева А.А.1, Онищук Е.А.2, Воробьева А.Е.1

1ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет»

2ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ПО РАСЧЕТНЫМ АКСЕЛЕРОГРАММАМ НА КАРКАСНОЕ ЗДАНИЕ ГОСТИНИЦЫ В Г. ЕЛИЗОВО (КАМЧАТСКИЙ КРАЙ)

Колебаниям строительных конструкций находящихся под действием экстремальных природных нагрузок уделяется особое внимание в последние годы [1-6]. Объектом данного исследования является каркасное здание гостиницы, расположенное в городе Елизово, Камчатский край [6]. Данный район относится к сейсмически опасным зонам. На рис. 1 представлена карта эпицентров землетрясений с магнитудой М ≥ 7,9,

162

зарегистрированных в регионе в течение всего периода наблюдений с 1962

г [7].

В работе О.В. Павленко [8] были получены расчетные акселерограммы. В ходе анализа акселерограмм (рис.2), принятых в качестве расчетных моделей воздействия (РМВ), были получены графики реальных изменений сейсмических нагрузок.

Рис.1 - Схема расположения эпицентров землетрясений

Расчетное значение горизонтальной сейсмической нагрузки, приложенной к массе с номером i при форме собственных колебаний (ФСК) с номером определяется по формуле (1), [9]:

(1)

где: k0 – коэффициент, который учитывает назначение и ответственность сооружения, принимаемый по табл. 3 [9]; k1 – коэффициент, учитывающий дополнительные повреждения зданий и сооружений, который принимается по табл. 4 [9]; S0ik – значение сейсмической нагрузки, приложенной к массе с номером i при форме собственных колебаний с номером здания или сооружения, определяемое в предположении упругой деформации конструкции по формуле:

163

где: Mi – масса, сосредоточенная в перекрытии с номером i; – реальное значение ускорения в уровне основания, принимаемое по расчетным акселорограммам (рис. 1); – коэффициент, учитывающий

способность здания рассеивать энергию; – коэффициент, который зависит от формы деформации здания при его свободных колебаниях по k- ой форме:

(3)

где – коэффициент формы для массы с номером i при форме колебаний с номером k [9];

– коэффициент динамичности, который согласно [9] не может превышать значения 2.5. Авторами же предлагается использовать коэффициент, полученный на основе уравнений движения системы и соответствующий k-той форме собственных колебаний зданий и сооружений, вычисляется по формуле:

(4)

где: – круговая частота колебаний грунта (определяется по расчетным акселерограммам (рис.1)); – круговая частота собственных колебаний здания. Частоты и формы собственных колебаний определены по методике, предложенной в [6] и составленной в соответствии с [9].

Были проанализированы I и VI акселерограммы (рис.1), как самые характерные.

На рис. 3приводится графики сейсмических нагрузок, определенных с помощью реальных акселерограмм (рис.2) и соотношения (1).

Кроме этого было определено максимальное значение динамического напряжения в наименее нагруженной колонне, которое составило 39,6 . Данное значение не превышает расчетного сопротивления материала колонны (), но, очевидно, в

остальных колоннах напряжения будут превышать несущую способность конструкции.

164

Рис.2. Акселерограммы землетрясения 13.11.1993 г., зарегистрированные сейсмостанциями

165

а

б

Рис. 3. Реальные сейсмические нагрузки, РМВ – акселерограмма I: а) резонанс по I

ФСК; б) резонанс по II ФСК.

Таким образом, может быть сделан вывод, что в результате этих необратимых процессов может произойти разрушение большинства колонн проектируемого здания, в последствие чего здание не сможет быть восстановлено, или, иначе говоря, проектируемое каркасное здание не выдержит землетрясение с магнитудой Mw = 7.0 и разрушится в результате резонансных эффектов. Из этого следует, что конструктивную схему здания необходимо изменить, увеличив жесткость каркаса. Таким образом

166

помимо выполнения расчетов, предложенных в нормативных документах, рекомендуется выполнять расчеты зданий и сооружений, предназначенных для строительства в сейсмически опасных регионах, с учетом реальных расчетных моделей воздействия, заданных в виде уравнений колебаний грунта или в виде расчетных акселерограмм, принимая в итоге наименее выгодный вариант.

Литература

1.Бирбраер, А. Н. Расчет конструкций на сейсмостойкость / А. Н. Бирбраер. – Санкт-Петербург : Наука, 1998. – 255 с. : ил.

2.Назаров, Ю.П. Теория и практика расчетов строительных сооружений на сейсмостойкость по акселерограммам // Ю.П. Назаров, Ю.Н. Жук, Е.В. Позняк, Ю.В. Панасенко, В.В. Курнавин // Тезисы докладов XI Российской национальной конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию (с международным участием). – М. – 2015. – С. 131-132.

3.Никитина, Е.А. Анализ собственных изгибно-крутильных колебаний многоэтажных зданий эксплуатации/ Е.А. Никитина, П.А. Хазов, А.В. Крыцовкина, А.А. Генералова // Приволжский научный журнал, 3 (47), 2018, С. 1016.

4.Хазов, П.А. Сравнение динамических расчетных моделей при определении частот и форм собственных колебаний большепролетной стальной фермы покрытия здания велодрома/ П.А. Хазов, Н.И. Молодушная, Б.Б. Лампси, Ю.Д. Щелокова, А.М. Анущенко // Приволжский научный журнал /Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. –

Нижний Новгород, 2019. – № 2. – 16-25.

5.Хазов, П.А. Резонансный анализ конструктивных схем каркасного здания с учетом податливости основания при ветровых и штормовых воздействиях / П.А. Хазов, Н.В. Санкина // Приволжский научный журнал /Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Нижний Новгород, 2019. – № 3.

–18-27.

6.Ерофеев, В.И. Влияние штормовой нагрузки на поврежденность материала несущей конструкции каркасного здания / В. И. Ерофеев, Е.А. Никитина, П.А. Хазов, Сатанов А. А., Генералова А. А // Приволжский научный журнал / Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Нижний Новгород, 2019. –№ 1. – С. 9-15 с.

7.Гусев, А. А. Об оценке сейсмической опасности для города Петропавловска-Камчатского на основе набора сценарных землетрясений / А. А. Гусев, Л. С. Шумилина, К. Н. Акатова // Электрон. науч.-информ. журнал «Вестник ОГГГГН РАН» - 2005. - № 1 (23). - С. 1–22.

8.Павленко О. В. Моделирование акселерограмм землетрясения 13.11.1993 г. (МW=7.0, Н=54 км) на сейсмостанциях «Петропавловск», «Институт вулканологии» и «Никольская» (г. Петропавловкс-Камчатский)

167

/О. В. Павленко // Вестник Краунц. Науки о земле. №14 выпуск № 28 – Москва, 2015.

9. СП 14.13330.2014. Свод правил. Строительство в сейсмических районах. СНиП II-7-81* [Электронный ресурс] : утв. М-вом стр-ва России

18.02.14 : дата введ. 01.06.14 : [ред. от 23.11.2015]. – Режим доступа :

Технические нормы и правила. Строительство.

Хазов П.А.1, Румянцева А.А.1, Онищук Е.А.2

1ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет»

2ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»

НАКОПЛЕНИЕ ПОВРЕЖДЕННОСТИ В МАТЕРИАЛЕ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ КАРКАСНОГО ЗДАНИЯ ПРИ ШТОРМОВЫХ НАГРУЗКАХ

В настоящее время согласно нормативным документам ветровая и сейсмическая нагрузки на здания и сооружения определяются как квазистатические. При этом, зачастую, динамическая природа природных явлений, вызывающих эти нагрузки, учитывается лишь введением дополнительных слагаемых (пульсационная составляющая ветровой нагрузки) или коэффициентов (коэффициент динамичности, не учитывающий частоту вынуждающей нагрузки, коэффициенты разложения форм колебаний). При несомненных преимуществах, обусловленных простотой, данный подход имеет ряд недостатков по сравнению с прямым динамическим расчетом.

Согласно [1], особо ответственные объекты, расположенные в сейсмически опасных районах, должны проходить обязательную динамическую паспортизацию после завершения строительства, а также после прошедших землетрясений средней и высокой интенсивности (7 баллов и более). Динамический паспорт объекта содержит в себе информацию о реальных периодах, частотах и формах собственных колебаний, о реакциях здания на динамические воздействия в частотном диапазоне 0,2 – 40 Гц. Для составления динамического паспорта на особо ответственных объектах предусматривается проектирование инженерно- сейсмометрических станций (далее – ИСС).

Однако, критические изменения свойств конструкционных материалов возможны не только во время землетрясений, но также и во время штормовых порывов.

168

Для проектируемого здания гостиницы (рис. 1,а) была создана конечно-элементная модель (рис.1, б) и согласно методике [2] определено значение круговой частоты собственных колебаний.

а

б

Рис.1. Проектируемое здание гостиницы. (а) – фасад здания, (б) – конечно- элементная модель

Предполагается, что в каждом этаже здания сосредоточены массы (рис.2 а), определяемые из паспорта нагрузок, само здание опирается на деформируемое основание, а коэффициент упругого основания задан по результатам инженерно-геологических изысканий. На (рис. 2 б, в) представлены некоторые формы колебаний здания.

Рис.2. Динамическая расчетная схема многоэтажного здания на упругом основании при поступательных колебаниях

Собственная частота здания определяется после раскрытия определителя системы уравнений, описывающей собственные изгибные колебания:

(1)

169