2.3. Системы газоснабжения

При проектировании системы газоснабжения разрабатывают ряд вариантов и производят их технико-экономическое сравнение. Для строительства применяют наивыгоднейший вариант.

Для средних и небольших городов обычно принимают двухступенчатую систему с газопроводами высокого (до 0,6 МПа) и низкого давлений.

Многоступенчатые системы газоснабжения с газопроводами давлением более 0,6 МПа применяют только для крупных городов и в областных системах.

Принципиальная схема распределительной системы газоснабжения крупного города показана на рис. 2.3.

2.4. Потребители и режимы потребления газа

Количество газа, потребляемое за год различными категориями потребителей города или поселка, является основой для разработки проекта распределительной системы газоснабжения. Годовые расходы в значительной мере определяют выбор схемы системы, ее размеры, пропускную способность, металлоемкость и стоимость. Исходя из годовых расходов определяют максимально-часовые расходы для расчета диаметров газопроводов, подбора оборудования и регуляторов давления. Годовые расходы должны быть определены с учетом развития города на перспективу.[10]

Рис. 2.3. Многоступенчатая система газоснабжения крупного города:

СВД – сеть высокого давления; СНД - сеть низкого давления; ПП - промышленные предприятия; ГРП - газорегуляторный пункт; ГРС - газораспределительная станция; МГ - магистральный газопровод

Методика определения годовых расходов зависит от потребителей, которые можно разделить на следующие основные категории:

• потребление газа в квартирах жилых домов (бытовое потребление);

• потребление газа в общественных, коммунальных, детских, лечебных и прочих учреждениях;

• потребление газа на отопление и вентиляцию зданий;

• промышленное потребление;

• потребление газа электростанциями.

Все категории потребителей расходуют газ во времени неравномерно. Неравномерность связана с сезонными климатическими изменениями, с сезонным изменением производительности промышленных потребителей, режимом работы промышленных предприятий в течение недели и суток, со сложившимся режимом работы и отдыха, с укладом жизни населения, характеристикой газового оборудования зданий и промышленных цехов. Регулировать неравномерность посредством воздействия на отмеченные выше причины ее возникновения возможно лишь в весьма ограниченных пределах. Поэтому неравномерность необходимо изучать и учитывать при проектировании распределительных систем газоснабжения.

При изучении неравномерности строят ступенчатые графики расхода газа во времени. Наиболее полно отражен режим в годовом графике, построенном по часам суток, где каждому часу каждого календарного дня отвечает свой столбик (ступенька), соответствующий в масштабе часовому расходу. Учитывая инерциальность системы газоснабжения, а также сравнительно медленное изменение нагрузки в качестве минимального отрезка, на котором усредняют потребление и считают расход газа постоянным, принимают час. Построение годового графика потребления по часам для года является задачей чрезвычайно трудоемкой, поэтому такой всеобъемлющий график заменяют несколькими графиками, отличающимися величиной отрезка, на котором потребление осредняют и считают постоянным, а также общей продолжительностью во времени.

Учитывая изложенное, различают следующие виды неравномерности потребления и соответствующие им графики:

• неравномерность по месяцам года (сезонная или месячная);

• неравномерность по дням недели (суточная);

• неравномерность по часам суток (часовая).

График, построенный по месяцам года, определяет сезонную неравномерность. Его строят по месяцам года, но поскольку число дней в каждом месяце неодинаковое, то отрезки времени, соответствующие месяцам, откладывают по оси абсцисс величинами, пропорциональными числу дней в каждом месяце. По оси ординат откладывают суточные расходы, осредненные для каждого месяца.

При таком построении площадь каждой ступеньки, отвечающей определенному месяцу на графике, соответствует в принятом масштабе месячному потреблению. Построение годового графика по суткам месяца позволяет отразить в нем и суточную неравномерность, связанную с изменением наружной температуры. Для этого отопительную нагрузку каждого месяца строят по продолжительности стояния наружных температур. Годовой график, построенный с учетом суточной неравномерности отопительной нагрузки, полностью отражает сезонные колебания потребления газа.

В недельном графике потребление в течение суток считают постоянным, поэтому каждая ступенька соответствует расходу газа в сутки. График, построенный по дням недели, отражает недельную неравномерность, связанную с укладом жизни населения и режимом работы предприятий. При построении недельного графика отопительную нагрузку не учитывают, так как выявить закономерность изменения наружной температуры по дням недели нельзя. При определении расчетных расходов отопительную нагрузку учитывают отдельно.

Суточные графики строят по часам, считая потребление в течение каждого часа постоянным. Они так же, как и недельные графики, отражают неравномерность, связанную с укладом жизни населения и режимом работы предприятий, но с большей детализацией режима, охватывая соответственно меньший суммарный отрезок времени.

Неравномерность потребления оказывает большое влияние на экономические показатели системы газоснабжения. Наличие пиков и провалов в потреблении газа приводит к неполному использованию мощностей газовых промыслов и пропускной способности магистральных газопроводов, что повышает себестоимость газа, приводит к необходимости строительства подземных хранилищ и создания потребителей-регуляторов, что связано с дополнительными капитальными вложениями в газотранспортные системы и вторые топливные хозяйства предприятий.

Теоретический учет неравномерности потребления возможен лишь при построении графиков, но и здесь неравномерность коммунально-бытового потребления и отопительной нагрузки определяют из статистического анализа фактических режимов. Для недельных и суточных графиков теоретический учет влияния отдельных факторов на неравномерность потребления оказывается невозможным. Здесь наиболее достоверным путем является накопление и систематизация опытных данных в течение длительного периода. Только при достаточном количестве экспериментального статистического материала можно иметь надежные сведения по режимам потребления.

Годовые графики потребления газа городами и экономическими районами учитываются при планировании добычи газа и выборе и обосновании мероприятий, обеспечивающих регулирование неравномерности потребления газа. Решение проблемы неравномерности потребления позволит обеспечить надежность газоснабжения и повысить экономическую эффективность газоснабжающих систем.

Изучение годовых графиков газопотребления имеет большое значение и для эксплуатации городских систем газоснабжения, так как позволит правильно планировать спрос газа по месяцам года, определить необходимую мощность городских потребителей-регуляторов, планировать проведение реконструкции и ремонтных работ на газовых сетях и их сооружениях.

Годовой график промышленного узла, включающего несколько городов с потреблением в течение года 4 млрд. м³ газа, показан на рис. 2.4. Из графика видно, что различные категории потребителей характеризуются и различной неравномерностью потребления газа. Наибольшей сезонной неравномерностью характеризуется отопительная нагрузка, которая изменяется соответственно температуре наружного воздуха. Зимой при низких наружных температурах расход газа максимальный, а в летние месяцы (V, VI, VII, VIII, IX) газ вообще не потребляют. Коммунально-бытовое потребление газа характеризуется также значительной сезонной неравномерностью, но меньшей, чем отопительно-вентиляционная нагрузка. Вместе с тем доля коммунально-бытовой нагрузки в общем годовом потреблении невелика, поэтому в конечном итоге она незначительно сказывается на общей неравномерности.

Наиболее равномерно потребление газа промышленными печами. С небольшой неравномерностью потребляют газ и промышленные котельные, использующие его для выработки технологического пара.

Учитывая степень неравномерности потребления газа и различие вызывающих ее причин, все потребление газа делят на две категории:

• бытовое и коммунальное;

• потребление промышленностью на технологические нужды:

• промышленными печами и котельными для выработки технологического пара;

• потребление газа электростанциями: с круглогодичным и сезонным;

• потребление отопительными котельными и для отопления промышленных зданий.

Указанное разделение потребления газа является желательным, но не всегда возможным ввиду отсутствия необходимой информации. Так, от коммунально-бытового потребления трудно отделить с необходимой точностью отопительную нагрузку, которую покрывают печи, внутриквартирные системы отопления и мелкие котельные, встроенные в здания. Представляет определенные трудности разделение пара,

Рис. 2.4. Годовой график потребления газа промышленного узла:

1-коммунально-бытовое потребление; 2-плавильные печи; 3-промышленные печи; 4-котельные установки (технологическая нагрузка); 5-котельные установки (отопительная нагрузка); 6-электростанции (ТЭЦ)

вырабатываемого промышленными котельными, на пар, используемый на технологию, и на пар для отопления зданий. Для разделения часто приходится использовать укрупненные показатели. Такое разделение показано на рис. 2.4. Наибольшее количество газа потребляется промышленностью и электростанциями. Так, промышленные печи расходуют 22,1%, производственные котельные для выработки технологического пара – 29,8% и электростанции и ТЭЦ – 14,6%, всего -66,5%. Меньше газа расходуется на коммунально-бытовые нужды – 2,5%. Значительное количество газа идет на отопление и вентиляцию зданий (31%), что и обусловливает в основном неравномерность годового графика.

Данные по потреблению газа различными категориями потребителей для малых (до 50 тыс. чел.), средних (50100 тыс. чел.), больших (100250 тыс. чел.) и крупных (250500 тыс. чел.) городов приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4

^{Годовой расход газа городами, тыс. м}3

Вид потребления газа	Города
	малые	средние	Большие	крупные
Бытовое потребление	2675	6535	14300	30050
Горячее водоснабжение	1329	3320	5540	10290
Отопление	9356	16266	30146	63050
Коммунально-бытовые нужды	15664	13879	49014	126610
Промышленные нужды	27000	102000	267000	623000
Итого	56024	142000	366000	853000

Из табл. 2.4 следует, что только для малых городов потребление газа промышленностью и отопительными котельными (считая их нагрузку в 2/3 общей отопительной) составляет примерно 60% общего годового расхода, а для средних, больших и крупных городов бытовое и коммунально-бытовое потребление не превышает 20% общего годового расхода.

Таким образом, суммарная неравномерность графика зависит от неравномерности потребления газа отдельными категориями потребителей и долей этих категорий в общегодовом потреблении. Следовательно, для построения годового графика необходимо знать структуру потребления по основным категориям потребителей в годовом разрезе и режимы потребления каждой категорией.

Наибольшие колебания расхода газа по месяцам наблюдаются в городах, где потребление газа населением и на отопление и вентиляцию зданий составляет значительную долю общего потребления, в то же время потребление газа электростанциями существенно не влияет на выравнивание графика. В городах, где технологическое потребление газа значительно по сравнению с другими категориями, годовой график равномерный.

Неравномерность потребления регулируется с помощью подземных хранилищ. На рис. 2.4 показано (штриховкой) количество газа, закачиваемое в ПХГ в летний период (V-IX месяцы), и количество отбираемого газа в зимний период. Эти количества равны. В результате использования подземного хранилища годовой график промышленного узла существенно выравнивается. Подача газа из магистрального газопровода делается более равномерной, что и отражено на графике.

Основное влияние на режим потребления газа в квартирах (бытовое потребление) оказывают климатические условия. Понижение наружной температуры вызывает увеличение потребления газа. Это объясняется тем, что в зимние месяцы температура водопроводной воды значительно снижается и на ее нагрев расходуют больше тепла. Кроме того, зимой больше пользуются горячей пищей, а численность населения города летом несколько уменьшается, так как часть его выезжает за город.