12.2. Объем и расход газа, цикличность эксплуатации хранилища

^Объёмы хранящегося газа, его расход, а также неравномер­ность и цикличность эксплуатации хранилища определяются по­требностями промышленности и климатическими особенностя­ми районов страны. Неравномерность использования газового топ­лива определяется в основном отопительной нагрузкой в зимний период и отсутствием или снижением ее в теплое время года.

Следует различать потребность в газе и потребление газа. По­требность — это величина, определяемая технологическими и тех­нико-экономическими расчетами для конкретных потребителей газа. Потребление — фактический расход газа, зависящий от неко­торых ограничений. Обычно потребление значительно ниже по­требности. '

На потребность в газе влияет множество факторов, в том числе и такие, как многолетние изменения климата, сезонные явле­ния, погода, периодичность многих технологических процессов, социально-производственные ритмы. \

Часть этих факторов, например сезонные изменения темпера­туры воздуха, является периодической; другая, например пого­да, — стохастической. В результате воздействия этих факторов по­требность в газе ноцит ярко выраженный переменный характер.

Особенно большое влияние на изменение потребности в газе ока­зывает погода. Спрос на газ в холодные зимние дня приблизи­тельно может в 15 раз превышать средний годовой его расход! На рис. 12.1 приведен типичный график потребления газа крушым промышленным населенным пунктом. Для практических расчетов сложные графики газопотреблеиия упрощают осреднением рас­хода газа на протяжении недель, месяцев и года. На таких графи­ках приводят вероятное распределение расхода газа в пределах месяца текущего года. Пример такого графика показан на рис. 12.2.

При проведении практических расчетов абсолютные значения переменных расходов газа удобно заменять относительными. Это можно сделать с помощью коэффициентов неравномерности.

По Е.В.Лсвыкину, принято различать коэффициенты нерав­номерности следующих трех видов.

Коэффициент сезонной неравномерности к.^ показывает, на­сколько средний расход газа в выбранный месяц больше или меньше среднегодового расхода q„:

Коэффициент суточной неравномерности k_cyj характеризует отклонение среднего расхода за те или иные сутки q_cc от среднего за месяц q_cu:

^сут⁼?сс/<7см-

Коэффициент часовой неравномерности £_час показывает рас­пределение расхода газа в течение суток:

fc(ac⁼ 9сч/ ^сс-ОбЩИЙ коэффициент неравномерности к представляет собой произведение этих трех коэффициентов:

к=^сз^сут^час** *?сч/*7сг-

Как правило, коэффициенты неравномерности близки к по­стоянным величинам для конкретного объекта потребления газа. Зная коэффициенты неравномерности при известном среднего­довом потреблении газа, можно найти расход газа за любой ка­лендарный месяц:

442

где / — номер месяца.

Такой расчет необходим при дополнении существующей сис­темы газоснабжения хранилищем газа.

Распределение коэффициентов неравномерности, как и фор­ма кривых потребления газа, мало меняется по годам, климати­ческим поясам и видам газопотребляющих объектов.

Неравномерность потребления газа создается всеми категори­ями потребителей газа, но основную составляющую дает, как уже отмечалось выше, отопительная нагрузка. На рис. 12.3 изображен пример типичной структуры потребления газа крупным промыш­ленным городом.

Оптимальный вариант находят на основе технико-экономиче­ских расчетов; в нем предусматривают работу добывающих про­мыслов и трубопроводов при полной пропускной способности,

равной среднему годовому расходу газа центром газопотребления. Летние избытки газа подают в подземное хранилище и отбирают из него зимой.

ТЗктивным объемом называют расчетный объем газа, который ежегодно закачивают в хранилище и отбирают из него по мере необходимости. Активный объем состоит из двух составляющих. Первая связана с неравномерностью гаэопотребления и необхо­димостью ее покрытия, вторая — с обеспечением надежности га-зоснабжения^

Практический интерес представляют следующие два варианта определения необходимой емкости и расхода хранилища. Первый из них используют, когда хранилище создается для действующей системы. Второй — когда система газоснабжения, включающая в себя хранилище, находится на стадии проектирования. Шервый случай предполагает использование имеющихся статистических данных и графика потребления. Требующийся активный объем в этом случае определяют по уравнению

<?«. =?сгЕа-*«з,)г₍ = з^Х(1-Ас_ез,)/₁, (i2.i)

где q„ — среднегодовой расход газа, м³/сут; / ~ число месяцев, для которых либо больше, либо меньше единицы; t, — число дней в месяце.

К найденному по формуле (12.1) активному объему добавляют от 20 до 30% на многолетние колебания средней температуры воздуха.

Практика показывает, что найденный таким образом необхо­димый активный объем хранилища газа составляет около 10 % го­дового потребления газа:

£?акт / &од = 1 / 365,25£ (1 - *_см, ) t_t - 0,1.

Объем резервирования газа для повышения надежности газо­снабжения пропорционален длине газопровода и зависит от типа и числа резервных газоперекачивающих агрегатов, числа ниток газо­провода, величины и состояния фонда эксплуатационных скважин.

Для приблизительной оценки можно принять, что дополни­тельный объем хранения, необходимый для обеспечения надеж­ности газоснабжения, оперативного и государственного резерва, составляет 5—10% объема сезонной неравномерности газопо­требления.

Расход газа по ПХГ находят по графику газопотребления как разницу между необходимым расходом и пропускной способно­стью газопровода при его полной загрузке. Принято различать среднемесячный и пиковый расходы газа. Пиковый расход мо­жет потребоваться в любой день соответствующего месяца, по­этому его значение следует относить к концу месяца, когда дав­ление в хранилище наименьшее при отборе газа и наибольшее при закачке.

При проектировании ПХГ рассчитывают активную емкость и расход газа по хранилищу исходя из затрат газа на отопление и вентиляцию жилых и производственных помещений.

За основу при расчетах принимают зависимость среднего расхода газа на отопление q в заданный период от затрат теплоты на отопле­ние Q и низшей теплоты сгорания сжигаемого газа £?„, Дж/м³:

g=24Q/Q_Hr], (12.2)

где Г) — суммарный коэффициент полезного действия отопитель­ных устройств,

Минимальное время, в течение которого рассчитывают пик газопотребления, составляет 5 сут. Расход теплоты можно опреде­лить по формуле

Q = <xf>g₀(t_Ql -t₀) + q_B(t* - t.Wi, ы\

где а — коэффициент неравномерности отопления (обычно 0,7 — 1); а — коэффициент, зависящий от расчетной температуры на­ружного воздуха (при температуре от -10 до -45 "С принимает значения от 1,45 до 0,85); 4, — расчетная температура воздуха в помещении; t₀ и /_а — расчетные температура отопления и венти­ляции; #₀ и q_u — удельные расходы газа на отопление и вентиля­цию здания; V_t — суммарный объем отапливаемых помещений.

В табл. 12.1 приведены ориентировочные значения температур­ных показателей ряда городов России для расчета теплоты по фор­муле (12.2).

При этом средняя за отопительный сезон температура /_вср при­нята условно по t_t, уменьшенной пропорционально отношению tjt_a.

Расход теплоты за весь отопительный период определяют из следующей зависимости:

л

<3с« = £(ч\>('*1 - 'аср) + 9»('в) ~ ^С ».ср))^⁷'от . Ы

где /₀._ср — средняя расчетная температура отопительного сезона, зависящая от географического положения объекта потребления газа (см. табл. 12.1); Г_от — средняя многолетняя продолжительность отопительного сезона.

При наличии фактических данных о колебаниях потребления газа в зависимости от температуры наружного воздуха потребность в газе с достаточной для практики точностью можно выразить линейной функцией температуры наружного воздуха:

444

445

где ftp — расход газа при температуре воздуха, при которой не тре­буется отопления помещений; Д/ — дефицит температуры воздуха; а — коэффициент пропорциональности (1,10... 2,23) 10"⁴. Для Моск­вы, например, сс=2,10 • 10~⁴; для Санкт-Петербурга а=2,16-10~⁴.

Расход газа из ПХГ в первом приближении можно найти также по формуле

<7пхг =9н-Яш,-Ъя» i

где q_H — необходимый расход газа; д_пл — пропускная способность

газопровода; — общий дополнительный расход газа, полу­чаемый за счет источника / (аккумулирующей способности газо­проводов, подачи газа из установок дегазации жидкого топлива и подобных объектов).

Такова методика Е. В.Левыкина по определению активного объема и расхода отдельного хранилища газа, предназначенного для обслуживания конкретного пункта газопотребления и элемен­тарного газопровода.

|В России существует Единая газоснабжающая система (см. под-разд. 11.2), представляющая собой гидродинамически связанный сложный комплекс, состоящий из газодобывающих предприя­тий, местных и магистральных газопроводов, хранилищ, рас-

446

пределительньгх сетей и потребителей. Проектирование и ввод в действие каждого нового хранилища должны вестись с учетом работы уже существующей системы, реальных условий и эконо­мики. Размещение, активная емкость, расход и тин хранилищ газа должны быть оптимизированы на основе экономики и пер­спективного плана развития ЕГСдЭту задачу можно решить при помощи разных методик, например по методике, разработан­ной во ВНИИГАЗе под руководством С. Н. Бузинова. Согласно этой методике система газоснабжения представлена совокупно­стью элементов, в каждый из которых входят газовый промы­сел, магистральный газопровод, подземное хранилище газа и потребитель. Ищут такое решение, которое при заданных усло­виях и ограничениях даст оптимальный вариант сочетания эле­ментов и звеньев. Дчя подземного хранилища оптимизируемыми показателями служат активный объем, расход и размещение. Раз­мещение хранилищ может быть и задано исходя из реальных воз­можностей.

Потребителем газа может быть и отдельный населенный пункт, и целый район страны. При расчетах предполагают, что для него известны график и сезонная неравномерность потребления газа. Сезонную неравномерность можно покрыть различными спосо­бами. Оптимальным вариантом считается тот, который дает ми­нимум суммарных расчетных затрат.

При таком подходе к проблеме возможны случаи, когда нерав­номерность потребления частично или полностью покрывается пропускной способностью трубопроводов и газодобывающих пред­приятий.

Задача решается методом динамического программирования. Для каждого элемента составляются уравнение материального баланса и параметрическое уравнение давления, отражающее расчетные затраты на добычу, транспорт и хранение газа. Оптимизация си­стемы начинается с последнего по потоку газа элемента.