LK-SEDAK-2009-62-L-pech

Слід зазначити, що найважливішою умовою, що забезпечує безпечну експлуатацію газопроводів, є висока якість будівельно-монтажних робіт.

6.2.5. Гідравлічний розрахунок газової мережі

Технологічні рішення в області трубопровідних мереж базуються на гідравлічних і міцносних розрахунках.

Теоретичною базою гідравлічних розрахунків газопроводів є рівняння газової динаміки, які описують залежність між геометричними параметрами трубопроводу (внутрішній діаметр і довжина), фізичними і термодинамічними властивостями газу (щільність, в'язкість, коефіцієнт стискальності), витратою газу й втратами тиску в газопроводі.

При проведенні інженерних розрахунків газопроводів населених пунктів рух газу прийнято вважати стаціонарним і ізотермічним.

При русі газу в газопроводах високого і середнього тиску має місце помітне зменшення тиску по довжині внаслідок подолання газом гідравлічних опорів. Гідравлічні опори розділяються на лінійні (пропорційні довжині газопроводу) і місцеві.

Зміна тиску газу по довжині трубопроводу служить причиною зміни щільності газу, а відповідно й зміни швидкості руху газу. Зміна кінетичної енергії газу викликає перерозподіл складові енергії газу і тим самим впливає на результати гідравлічного розрахунку газопроводів.

При русі газу по рельєфному газопроводі подолання газом різниці геодезичних позначок точок траси служить причиною додаткових втрат енергії й тим самим впливає на результати гідравлічних розрахунків газопроводів.

Таким чином, взагалі при гідравлічних розрахунках газопроводів високого і середнього тиску необхідно враховувати такі фактори:

-втрати енергії на подолання лінійних гідравлічних опорів;

-втрати енергії на подолання місцевих гідравлічних опорів;

-втрати енергії на зміну швидкості руху газу;

-втрати енергії на подолання різниці геодезичних позначок точок траси.

Звищесказаного можна зробити висновки:

1.Реконструкція газових мереж повинна проводитися з урахуванням їх керованості, у противному випадку на етапі керування газові мережі

111

можуть не мати необхідну для керування ступінь свободи, а на етапі реконструкції можуть не мати змоги тестування. І навпаки, керування газовою мережею в умовах розвитку повинне опиратися на зміну структури мережі як на засіб керування при тривалих тимчасових інтервалах керування, у противному випадку може бути загублена керованість об'єкта, наприклад, у результаті надмірного росту обсягу споживання газу, ліквідації магістральної лінії зв'язку і т.п.

2.Наявна невизначеність зовнішнього середовища, об'єкта і критеріїв керування не дозволяє організувати оптимальне керування і спричиняє дискретне керування за участю ОПР на основі розрахунків по квазіадекватних математичних моделях, тобто спричиняється автоматизований характер керування.

3.Ефективне і якісне прийняття рішень по керуванню об'єктом і, отже, раціональна експлуатація і розвиток газової мережі можливі тільки в рамках інтегрованої діалогової системи, що поєднує програмні і інформаційні засоби всіх рівнів керування.

6.3. Завдання і алгоритми диспетчерського керування регіональними газовими мережами (РГМ) у режимах планування і стабілізації

Раніше були розглянуті три рівні оперативного керування РГМ:

-керування розвитком мережі;

-планування режимів транспорту і розподілу газу;

-стабілізація режимів.

Було також відзначене, що цілі керування на всіх трьох рівнях тісно переплітаються, а завдання газорозподілу в мережі (аналіз потокорозподілу, гідравлічний розрахунок, параметрична ідентифікація) повинні бути об'єднані під егідою автоматизованого керування.

В реальних РГМ оперативне керування на рівнях планування і стабілізації здійснюється черговим диспетчером. На рис.1.24 наведений алгоритм диспетчерського керування РГМ у режимі планування. Алгоритм регламентує дії диспетчера, що повинен забезпечити на планованому періоді (доба, тиждень, місяць) газорозподіл у мережі відповідно до прогнозу (керування за прогнозом), незалежно від поточного стану системи газопостачання (нормальні умови потокорозподілу або умови дефіциту газу).

112

ТЕМА 7. КЕРУВАННЯ ГАЗОВИМИ МЕРЕЖАМИ

7.1. Мережі газопостачання як еволюціонуючі системи

Мережі відкритих акціонерних товариств по газопостачанню і газифікації області є кінцевими ланками єдиної системи газопостачання (ЄСГ) країни, створення якої істотно підвищило рентабельність і надійність функціонування газорозподільних систем. Тут під єдиною системою газопостачання розуміється об'єднання газопостачальних систем, що охоплюють значну частину нашої країни. Кожна газопостачальна система являє собою сукупність газових промислів, магістральних газопроводів, підземних сховищ газу і газорозподільних станцій, об'єднаних єдиним гідродинамічним режимом видобутку, транспорту, зберігання і розподілу природного газу. Таким чином, кожна газопостачальна система як підсистема ЄСГ містить в собі весь технологічний ланцюжок від видобутку газу до споживача і розпадається на дві підсистеми: газодобувну та газотранспортну.

З погляду структури і функціонального призначення систему газопостачання (у тому числі й ЄСГ країни) можна представити збільшено (рис.1.26) у вигляді п'яти відносно незалежних по характеру та критеріям функціонування підсистем:

-джерела природного газу;

-спорудження по його обробці (підготовці);

-магістральні газові мережі;

-регіональні розподільні мережі;

-споживачі газу.

Рис. 1.26 - Функціональна структура системи газопостачання

115

Призначення перших двох підсистем - підготовка заданої кількості природного газу.

Основне призначення третьої підсистеми, що являє собою досить складну розгалужену мережу магістральних газопроводів - транспорт газу до місць його споживання (міста, регіони) або накопичення (газові сховища). Доставка газу на більші відстані здійснюється у вигляді потоків газу по трубопроводах великого діаметра, які формуються під впливом різниці тисків, створюваної активними елементами підсистеми (компресорні станції).

Призначення четвертої підсистеми - доставка і розподіл газу конкретним споживачам (промислові підприємства, комунально-побутові газовикористовуючі установки та ін.) даного регіону. Транспорт газу в цій підсистемі здійснюється у вигляді потоків під впливом потенційної енергії тиску газу, що йому була повідомлена в магістральному газопроводі перед входом у регіональну газову розподільну мережу (РГРС).

Четверта підсистема (РГРС) є найбільш складною і розгалуженою підсистемою системи газопостачання. Режими роботи по тиску в ній (2 кПа - 1,2 МПа) значно нижче робочих тисків у третій підсистемі (5 - 7.5 МПа), що й забезпечує необхідну енергію для роботи з доставки газу споживачеві.

Стійкість роботи всієї системи газопостачання багато в чому (якщо не у вирішальному ступені) залежить від якості функціонування четвертої підсистеми, де власне і реалізується головна функція системи - процес задоволення споживачів газом. Процеси газоспоживання мають постійно мінливий у часі, стохастичний характер, що залежить від багатьох факторів. Тому важливо з урахуванням цього характеру дати такий прогноз стану підсистеми на планований період Тпл, щоб внести мінімальні збурювання в роботу всієї системи газопостачання. Крім цього, важливість і відповідальність четвертої підсистеми складається ще й у тім, що тут при правильно організованому, раціональному плануванні потокорозподілу всередині підсистеми можна одержати економію природного газу за рахунок оптимальних режимів його згоряння, зменшення витоків, а також поліпшити показники, що характеризують надійність забезпечення споживачів газом.

Рішення поставлених завдань можливо тільки в умовах функціонування АСУ ТП газопостачання регіону, що є у свою чергу підсистемою АСУ ТП ЄСГ країни.

116

Газові мережі відносяться до класу безупинно еволюціонуючих систем, розвиток яких здійснюється як у часі, так і в просторі. Основне функціональне призначення газової мережі забезпечити споживачів газом у необхідних кількостях і під заданим тиском. Процеси газоспоживання є нестаціонарними стохастичними процесами, що містять детерміновані монотонно зростаючі тренди, що характеризують загальну тенденцію до зростання, як числа споживачів, так і обсягів споживання ними газу. Вплив на ці процеси величезної кількості неконтрольованих зовнішніх (метеорологічних, хронологічних, організаційних) факторів приводить до появи в них періодичних компонентів, параметри яких змінюються в часі.

Рис. 1.27 – Вплив на процеси великої кількості неконтрольованих зовнішніх факторів

Таким чином, процес розвитку газової мережі необхідно розглядати як керований процес зміни структури мережі і її параметрів з метою виконання нею свого основного функціонального призначення. Наявність в процесах газоспоживання трьох основних компонентів (поліноміальний тренд, полігармонійний компонент і випадковий шум) приводить до

117

необхідності побудови трирівневої схеми керування газорозподілом у цих мережах, а саме:

-керування розвитком мережі, що полягає в цілеспрямованій зміні структури і параметрів мережі, що забезпечує відстеження поліноміального тренда; зводиться до рішення та реалізації завдань реконструкції й проектування в умовах розвитку;

-планування режимів транспорту й розподілу газу, що забезпечує цілеспрямоване відстеження полігармонійних трендів за рахунок зміни структури і параметрів існуючої газорозподільної мережі;

-стабілізація режимів, що забезпечує компенсацію впливу шумової складової в процесах газоспоживання.

Таким чином, основне призначення (ціль) розробки мереж газопостачання, як завдання керування в широкому сенсі, полягає в створенні такої мережі, що здатна виконати своє функціональне призначення, а саме: забезпечити газом всіх споживачів мережі не обхідною їм кількістю газу із заданим тиском. Ціль оперативного керування заключається в виконанні мережею її функціонального призначення в процесі експлуатації при виконанні всієї сукупності факторів, що виводять з рівноваги, технологічних обмежень і відмов окремих елементів, викликаних аварійними ситуаціями або профілактичними роботами. Завдання реконструкції газових мереж зводиться до завдання проектування при частково заданій структурі і сталості ряду параметрів.

Отже, цілі розробки, реконструкції газових мереж і оперативного керування газорозподілом в них тісно переплітаються між собою і об'єднання цих завдань під егідою автоматизованого керування потокорозподілом у регіональних газових мережах закономірне.

Зупинимося на завданні оперативного керування в мережах газопостачання.

7.2. Якісні та кількісні показники оперативного керування газорозподільними мережами

Щоб визначити об'єкт керування, необхідно спочатку сформулювати мету (або цілі) керування. Цілі керування бувають двох видів - якісні та кількісні.

118

відповідно.

Критерій є ключовим до розуміння багатьох проблем організації раціонального функціонування газових мереж. В нормальних умовах функціонування поточний тиск Pj повинен бути завжди більше або

дорівнювати Pj .

В ідеальному випадку тиск у споживачів повинен бути мінімальним, але з фізичної суті мережі домогтися цього неможливо, оскільки тиск на вході трубопроводу завжди вище, ніж на його виході.

Оцінка цього критерію на відрізку часу [0,T] дозволяє судити про ефективне функціонування газової мережі з погляду виконання останньої свого основного функціонального призначення. Зміна тиску в кожній вершині графа мережі, іноді називане вільним тиском, на заданому відрізку часу [0,T] будемо характеризувати функціоналом виду

де Pj (t) - випадковий процес зміни величини вільного тиску в j-му вузлі газової мережі;

Функціонал характеризує відносний час, протягом якого газова мережа виконує своє функціональне призначення для споживача j-го вузла.

Якщо інформація про величину вільного тиску в j-му вузлі надходила в дискретні моменти часу t, t+1 , то приблизно

Ефективність функціонування мережі газопостачання на тимчасомвому інтервалі [0,T] у найпростішому випадку можна характеризувати функціоналом виду

120