Надежность кольцевых сетей

Основное отличие кольцевых сетей от тупиковых заключается в том, что они состоят из замкнутых контуров, в результате чего газ может поступать к потребителям по двум или нескольким линиям.

Надежность кольцевой сети достигает 0,9988, что значительно выше надежности тупиковое сети (0,95), т.к. кольцевая сеть имеет резервирующие элементы – замыкающие участки. При отказе одного из элементов сети, расположенного на расчетном пути движения газа к потребителю, возникает другой путь движения газа через резервирующий элемент. Обычно резервный путь оказывается длиннее расчетного пути и для преодоления гидравлических сопротивлений на нем необходимо располагать дополнительным давлением.

Кольцевание сети, само по себе не может обеспечить достаточно надежного газоснабжения. Структурный резерв должен сопровождаться резервом мощности (пропускной способности), который создается во время проектирования сетей и выражается в запасах диаметров труб сети. Диаметры труб сети подбирается по расчетным расходам с оставлением некоторого резерва давления, и проверяют их достаточность в аварийных гидравлических режимах.

Сеть высокого (среднего) давления резервируется путем коль­цевания и дублирования отдельных участков. В результате образуется кольцевая сеть, которая содержит основные и второстепенные контуры. Основные контуры должны объединять источники питания и охватывать весь город. Второстепенные контуры образуются при сое­динении перемычками главных магистралей. Сети высокого (среднего) давления малых и средних городов обычно состоят из одного или нескольких колец и только у больших и крупных городов они представляют собой многокольцевые системы.

Кольцевая сеть низкого давления имеет ряд отличий от сети высокого (среднего) давления:

• большое количество точек питания, соответствующее числу ГРП;

• ГРП располагаются, как правило, в центрах своих зон, сеть достаточно равномерно простирается во все стороны от ГРП и протяженность от точек питания до концевых точек невелика (до 1000 м);

• сеть низкого давления представляет собой низший уровень городских газопроводов, следовательно, надежность газоснабжения коммунально-бытовых потребителей, присоединенных к ней, зависит и от надежности элементов сетей высокого (среднего) давления, по которым газ движется от ГPC до сетевых ГРП;

• большая часть ремонтов сети низкого давления производится под газом без выключения участков из сети и без отключения потребителей.

Учитывая изложенные особенности, сети низкого давления следует выполнять смешанной конфигурации с кольцеванием только основных трубопроводов, включающих головные участки, выходящие из ГРП.

Большое значение для повышения надежности газоснабжения потребителей от сетей всех давлений имеет рациональное секционирование кольцевых газопроводов с помощью задвижек.

Лекция 6

Показатель надёжности. Надёжность элементов системы. Статистические данные потока отказов отдельных элементов газовой сети.

Комплексный показатель надежности количественно характеризует не менее двух свойств, составляющих надежность, например безотказность и ремонтопригодность. Примером комплексного показателя надежности служит коэффициент готовности , который обозначает вероятность застать систему в рабочем состоянии и определяется по формуле

где – средняя наработка на отказ;

– среднее время восстановления.

Вероятность безотказной работы определяется в предположении, что в начальный момент времени (момент начала исчисления наработки) объект находился в работоспособном состоянии. Обозначим через время или суммарную наработку объекта (в дальнейшем для краткости называем просто наработкой). Возникновение первого отказа – случайное событие, а наработка от начального момента до возникновения этого события – случайная величина. Вероятность безотказной работы объекта в интервале от до включительно определяют как

.

Аналогично вводят вероятность безотказной работы в более общем случае, когда состояние объекта характеризуется набором параметров с допустимой по условиям работоспособности областью значений этих параметров.

Наряду с понятием «вероятность безотказной работы» часто используют понятие «вероятность отказа», которое определяется следующим образом: это вероятность того, что объект откажет хотя бы один раз в течение заданной наработки, будучи работоспособным в начальный момент времени. Вероятность отказа на отрезке от до определяют по формуле

.

Точечные статистические оценки для вероятности безотказной работы  от до и для функции распределения наработки до отказа  даются формулами

Для получения достоверных оценок объем выборки должен быть достаточно велик.

Определение безотказной работы в соответствии с формулами (2.2) и (2.3) относится к объектам, которые должны функционировать в течение некоторого конечного отрезка времени. Для объектов одноразового (дискретного) применения вероятность безотказной работы определяют как вероятность того, что при срабатывании объекта отказ не возникает. Аналогично вводят вероятность безотказного включения (например, в рабочий режим из режима ожидания).

Надежность подачи газа городской системой газоснабжения какому-либо потребителю определяется как произведение вероятностей безотказней работы всех последовательно соединенных элементов системы от источника питания (ГРС) до потребителя по формуле

,

где , , и – вероятность безотказной работы элементов системы.

Вероятность отказа (ненадежность) подачи газа системой газоснабжения

.

Вероятность безотказной работы элементов систем газоснабже­ния подчиняется экспоненциальному закону.

Параметр потока отказов является важной характеристикой надежности элементов системы газоснабжения, вычисляется на основе статистических данных по повреждениям и отказам, зафиксированных эксплуатирующими службами, по следующей формуле

В процессе эксплуатации параметр потока отказов элементов системы газоснабжения сохраняется примерно постоянным.

Для проектируемых систем газоснабжения рекомендуются следующие значения параметров потока отказов:

• для газопроводов = 2 10^–3 1/(км год);

• для чугунных задвижек = 1,7 10^–3 1/год;

• для стальных задвижек = 0,3 10^–3 1/год;

• для кранов = 0,2 10^–3 1/год;

• добавка на компенсаторы и конденсатосборники

= 0,11 10^–3 1/год.

Используя расчетные значения вероятности безотказной работы элементов газовых сетей, можно вычислять вероятность безотказности газоснабжения потребителей за данный период и, следовательно, можно производить сравнение надежности различных схем присоединения потребителей газа, и надежности различных конфигураций сети.

Рассмотрим вопрос о возможных значениях коэффициентов обеспеченности. Коммунально-бытовых потребителей обычно питают от сети низкого давления после ГРП. Возможное уменьшение подачи газа ограничено нижним пределом, который устанавливают из соображений минимально допустимого давления газа перед приборами. Это минимальное давление определяется минимальной нагрузкой, которую принимают равной 50% расчетного значения. Такое сокращение подачи газа снизит качество системы газоснабжения, но не поставит потребителей в условия, когда они будут вынуждены искать другой вид топлива. Половину нормы газообразного топлива будут получать примерно 20…30% потребителей, причем такое снижение подачи топлива существенно не отразится на приготовлении пищи. Коэффициент обеспеченности следует принимать:

• для коммунально-бытовых потребителей, присоединенных к сети низкого давления, =0,8…0,85;

• для отопительных котельных =0,7…0,75;

• для промышленных предприятий, имеющих резервное топливо, =0;

• для технологических нужд предприятий =1.