книги из ГПНТБ / Фурман И.Я. Регулирование неравномерности газопотребления

Расчленение всего внутригодового изменения режима газопотреб­

Зная характер проявления этих факторов, можно прогнозировать изменение режимов газопотребления по указанным периодам.

Кроме внутригодовых колебаний при анализе и прогнозировании режимов газопотребления следует выделить и так называемые многолетние колебания, т. е. отклонения максимальных и минималь­ ных расходов газа в определенные годы от средних многолетних данных.

Остановимся кратко на характеристике видов колебаний и причи­ нах, их вызывающих.

Сезонные колебания потребления газа. Самыми крупными по ве­ личине являются сезонные колебания потребления газа. Именно они в основном влияют на режимы работы магистральных газопроводов и при отсутствии специальных мероприятий по регулированию этих колебаний являются основным фактором, определяющим недо­ использование пропускной способности магистральных газопроводов в летние месяцы.

Сезонные колебания потребления газа обусловливаются следую­ щими причинами:

в зимние месяцы увеличивается расход газа за счет его использо­ вания для отопительных нужд;

значительную сезонную неравномерность имеет потребление газа на коммунально-бытовые нужды;

ярко выраженную сезонную неравномерность имеет потребление газа на ТЭЦ;

промышленные предприятия потребляют газ в течение отдельных месяцев года также неравномерно.

Это объясняется тем, что, как правило, на промышленных пред­ приятиях газ, кроме технологических нужд, расходуется также и на отопление и вентиляцию, а также на коммунальные нужды предприятий.

Если потребление газа промышленными печами и для выработки технологического пара происходит более или менее равномерно, то расход его в котельных на нужды отопления и вентиляции имеет ! ярко выраженный сезонный характер. В целом же промышленность (кроме ТЭЦ и пиковых электростанций) расходует газ значительно более равномерно, чем другие категории потребителей.

На рис. 1 приводятся сезонные колебания расхода газа по Москве за 1970 г. Однако следует иметь в виду, что эти колебания в опре­ деленной степени уменьшены за счет перевода в зимнее время части электростанций на потребление других видов топлива.

Внутримесячные и внутринедельные колебания расхода газа

вызываются двумя причинами: во-первых, теми же, что и сезонные колебания, во-вторых — изменениями расхода газа в субботние, воскресные, а также праздничные и предпраздничные дни.

20

Вторая группа колебаний никогда не дает пикового потребления по сравнению со среднемесячной подачей, а образует лишь провалы расхода газа в перечисленные выше дни.

Это объясняется следующим. Хотя бытовые потребители и соз­ дают известную дополнительную нагрузку в субботние, воскресные, а также предпраздничные дни, в этот же период значительно пони-

Q:MnH.MJ/cym

Ц-0 -

1 П Ш Ш 7 Ш Ш Ш Ж I И Ш

В — отопление; Г — население и коммунально-бытовые потребители.

жается (а иногда и полностью прекращается) расход газа на нужды

Внутрисуточные колебания расхода газа связаны с неравномер­

21

(а иногда и в одну) и, следовательно, расход газа в ночное время на промышленные нужды резко сокращается. Также значительно колеблется в течение суток расход газа электростанциями. Расход газа на отопительные нужды в течение суток практически остается неизменным.

a

t, cum 6

Рис. 2. Внутримесячные и внутринедельные колебания расхода газа по Москве:

а — июль 1970 г.; б — декабрь 1970 г.

На рис. 3 приведен график, характеризующий внутрисуточные колебания расхода газа по г. Минску по категориям потребителей (проектные данные). Наглядно видно, что наибольшие колебания в потреблении газа внутри суток создают коммунально-бытовые потребители, а также в известной мере промышленные предприятия и электростанции.

Рассматривая факторы, влияющие на величину внутрисуточных колебаний, необходимо отметить, что она зависит от отраслевой структуры потребления газа, а при одном и том же удельном весе промышленности в суммарном газопотреблении—от среднего коэф­ фициента сменности промышленных предприятий, находящихся в данном районе.

22

Выше были рассмотрены виды колебаний газопотребления и основ­ ные причины, которые их вызывают. Наряду с указанной класси­ фикацией неравномерность газопотребления должна быть охарак­

что неравномерность газопотребления может быть охарактеризована

газа с разных сторон, так как при одном и том же объеме неравно­ мерности интенсивность колебаний газопотребления может быть различной и наоборот.

Для определения объема неравномерности необходимо иметь данные, характеризующие насколько можно детальней bckl конфи ­ гурацию кривой неравномерности газо потребления. Наиболее точно

23

неравномерность может быть определена при апроксимации кривой по продолжительности, построенной исходя из показателей суточных расходов газа за год. Эта же величина с достаточной достоверностью может быть получена графически либо расчетным путем, если

неравномерности газопотребления со значениями, превышающими единицу; 2 — число коэффициентов, превышающих единицу.

Указанная формула, использовавшаяся проектными организа­ циями Мингазпрома, верна только в том случае, если газопровод рассчитан на равномерную подачу газа в течение всего года, т, е. при 100%-ном использовании его пропускной способности. Однако в настоящее время все газопроводы проектируются с определенным резервом. Большинство действующих газопроводов запроектировано

24

с 15%-ным резервом, а крупные магистрали большой протяженности,

Центр, который на участке до Саратова регулируется крупными подземными хранилищами, предусмотрен 5%-ный резерв произво­ дительности. С учетом этих обстоятельств в формулу необходимо внести корректив, учитывающий этот резерв. (Более удобно пользо­ ваться обратным показателем, отражающим завышение расчетной производительности газопровода по сравнению со среднегодовой подачей.)

Если обозначить показатель, обратный величине резерва, бук­ вой А, формула для определения неравномерности в процентах к общему масштабу газопотребления должна быть преобразована

ная неравномерность возрастает, то с увеличением продолжитель­ ности отопительного сезона этот показатель уменьшается, так как кривая неравномерности газопотребления при этом более полога, чем при коротком отопительном сезоне.

Другим параметром, характеризующим неравномерность газо­ потребления, является, как уже указывалось, ее интенсивность.

Интенсивность колебаний газопотребления может быть охарак­

шение максимально-суточного расхода газа в месяц с максимальным расходом газа к среднемесячному расходу за рабочие дни того же месяца;

кш — коэффициент] внутринедельной неравномерности — отно­ шение среднесуточного расхода за рабочие дни года к среднесуточ­ ному расходу за все дни года;

25

сутки с максимальным расходом газа в месяце, в котором расход

в сутки года с максимальным расходом газа к среднесуточному расходу в течение года;

^ — максимально-часовой коэффициент — отношение расхода газа в час года с максимальным расходом газа к средне-часовому расходу в течение того же года.

Для увязки показателей интенсивности колебаний газопотреб­ ления с параметрами работы газоснабжающей системы был предло­ жен показатель числа суток использования максимума — частное от деления числа суток в году на максимально-суточный коэффи­ циент неравномерности газопотребления:

где hc — число суток использования, максимума нагрузки. Показатель, определяющий временные единицы использования

максимума, успешно применяется в электроэнергетике, откуда он и был заимствован. Система газоснабжения промысел—газо­ провод—потребитель, где имеется жесткая связь и непрерывность работы основных ее звеньев, сходна с системой энергоснабжения.

В связи с тем, что в газовой промышленности, как в молодой отрасли, не было методики учета влияния режимных факторов на технико-экономические показатели газоснабжения, сделаны были попытки перенести в эту отрасль применяемую в электроэнергетике методику оценки влияния режимных факторов целиком, без всяких изменений.

Эта точка зрения сформулирована в некоторых работах, посвя­ щенных анализу режимов газопотребления [5, 37].

В энергетике при исследовании вопросов, связанных с переменным режимом энергопотребления, применяется показатель числа часов использования часового максимума. Такой показатель учитывает все виды колебаний потребления электроэнергии, в том числе внутрисуточные. Это объясняется тем, что неравномерность потребления электроэнергии регулируется в основном одним методбм: путем создания резерва мощности.1 Поэтому приходится рассматривать мощность электростанций и линий электропередач с учетом покрытия самых максимальных расходов электроэнергии. В газовой промыш­ ленности методику расчетов по числу часов использования часового максимума применяют проектные организации, занимающиеся го­ родским газоснабжением. При расчете пропускной способности

1 В последние годы начинает развиваться строительство гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). Так, по данным [ 9 ] , в 1970 г. во всем мире эксплуатировалось 143 ГАЭС с суммарной мощностью более 120 тыс. МВт. В нашей стране проектируется и должна войти в строй одна] из таких ГАЭС.

26

городских газовых сетей необходимо также учесть все виды колеба­ ний потребления газа, с тем чтобы вычислить пропускную способ­ ность этих сетей для передачи максимально-часовых расходов газа.

Наряду с этим необходимо учесть, что в газовой промышленности имеется возможность отделить методы покрытия часовых колебаний от методов регулирования всех других их видов. В некоторых горо­ дах (Москве, Ленинграде) имеется система газгольдеров. На подав­ ляющем большинстве газопроводов для покрытия часовых колебаний потребления используется аккумулирующая емкость конечных уча­ стков газопроводов. В силу этого часовые колебания не оказывают, как правило, влияния на параметры методов регулирования и их не следует принимать во внимание при анализе и прогнозировании режимов газопотребления.

Сказанное не означает, что часовыми колебаниями вообще сле­ дует пренебречь. Анализ характера часовых колебаний и факторов, влияющих на него (уровня использования оборудования, коэффи­ циента сменности и т. д.), необходим для определения параметров конечного участка. В свою очередь, его протяженность и диаметр оказывают существенное влияние на технологическую схему расста­ новки нескольких (а в некоторых случаях и большинства) компрес­ сорных станций на газопроводе. Поэтому выбор этой схемы следует начинать с анализа часовых колебаний и определения параметров конечного участка газопровода. С учетом изложенного выше нами было предложено в газовой промышленности заменить показатель числа часов использования максимума h4, применяемый в энерге­ тике, показателем числа суток использования максимума hc, исклю­ чив из этого показателя численное значение часового коэффициента неравномерности газопотребления.

В газовой промышленности значительный нормативный материал по показателям интенсивности потребления накоплен проектировщи­ ками городских сетей, которые, как указывалось, для своих нужд применяют показатель числа часов использования максимума. Первые подробные данные о численных значениях этого показателя по отраслям были получены в Ленгипроинжпроекте и опубликованы в работах Б . Е. Сурин-Шура, Н. Л. Стаскевича и Е. И. Берхмана [8, 54]. Эти данные можно использовать для прогнозирования режимов систем дальнего газоснабжения, если элиминировать влия­ ние показателя, характеризующего часовые колебания потребления.

Некоторые проектные организации при расчете режимов газо­ потребления используют метод, который близок к расчету по числу суток использования. Так, институт «Мосгазпроект» применяет метод коэффициентов, суть которого заключается в том, что по каж­ дой категории потребителей для определения расхода в максималь­

27

Д ля Москвы применяются следующие коэффициенты:

Нетрудно заметить, что расчет по этим коэффициентам приводит к таким же результатам, что и расчет по числу суток использования максимума.

В заключение необходимо отметить, что система показателей, характеризующих объем и интенсивность неравномерности газо­ потребления, не дает полного представления о динамике сезонных и суточных колебаний. При той же величине неравномерности конфи­ гурация различных графиков газопотребления может существенно отличаться друг от друга. Показатели интенсивности также не опре­ деляют параметров всей кривой, а дают лишь представление об ее одной, максимальной точке.

Для того чтобы полней отразить характер кривой газопотребле­ ния (что необходимо для решения задач, речь о которых будет идти ниже), было предложено ввести нашедшие применение в энергетике

Оба коэффициента всегда меньше единицы, и их значение умень­ шается по мере роста диапазона отклонений минимальной и макси­ мальной нагрузок от средней.

В некоторых случаях для характеристики конфигурации кривой неравномерности газопотребления используется (также по аналогии с энергетикой) коэффициент заполнения графика, который равен отношению среднесуточного расхода газа к максимально-суточному:

/псут

Л з . гр — „сут • Vmax

Чем выше отклонение максимально-суточных расходов от средних, тем меньшей «плотностью» характеризуется график газопотребления. Поэтому увеличение его неравномерности ведет к так называемому «разуплотнению» графика. С учетом предложенного выше показа­ теля интенсивности колебаний газопотребления можно найти зави­ симость между указанными коэффициентами:

^баз = Y^Bbipi ^ з . гр ~ ~

28

2.ОСНОВНЫЕ П Р И Н Ц И П Ы А Н А Л И З А И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

КО Л Е Б А Н И Й РАСХОДА ГАЗА

Правильное решение проблемы выбора наиболее экономичных методов регулирования неравномерности газопотребления либо их оптимального сочетания может быть достигнуто лишь после того, как определены основные параметры, характеризующие эту неравно­ мерность в пределах промышленного узла или экономического района. Иначе говоря, первым этапом решения указанной задачи должно быть достаточно достоверное прогнозирование режима газопотребления. Решение этой задачи связано с определенными трудностями. Проблема учета режимных характеристик при опти­ мизации топливо-энергетического баланса и единой газоснабжающей системы будет освещена ниже. В настоящем разделе ограничимся рассмотрением проблемы прогнозирования перспективных режимов потребления газа исходя из того, что намечаемые объемы подачи газового топлива в тот или иной район, а также отраслевая струк­ тура его использования уже определены в результате оптимизацион­ ных расчетов.

С точки зрения районирования потребителей, проблема разра­ ботки прогнозных графиков обладает некоторой спецификой. Здесь недостаточно вести расчеты по экономическим районам, как это имеет место при разработке перспективного газового баланса. При прогнозировании режимов каждый экономический' район разби­ вается на крупные газопотребляющие узлы. Такое расчленение необходимо потому, что географическое размещение методов регули­ рования неравномерности (подземных хранилищ, буферных потре­ бителей, станций пикового покрытия) привязывается к определен­ ным, наиболее крупным потребителям газа.

Кроме того, истинное значение неравномерности и ее интенсив­ ности в целом для экономического района может быть получено лишь на основании совмещения графиков по газопотребляющим узлам, так как конфигурация этих графиков, как правило, не совпадает между собой и суммарный график района не может быть получен путем простого арифметического сложения графиков отдельных узлов.

В практике прогнозирования перспективных режимов газопотре­ бления используется несколько методов. Наиболее простым является экстраполяция отчетных данных по основным параметрам, характе­ ризующим неравномерность газопотребления по какому-либо эко­ номическому району либо промышленному узлу на перспективу. При этом анализ и обработка отчетных данных зачастую сводятся к их простому усреднению. Ясно, что указанный метод является весьма неточным и может дать только самое приближенное предста­ вление о перспективных режимах газопотребления. В нескольких работах, в том числе и первых проектных обоснованиях создания подземных хранилищ в районах Москвы и Ленинграда, кроме ре­ жимных характеристик, полученных также по усредненным отчет-

29