IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Проблема моделирования, прогнозирования и управления  процессом потребления целевых продуктов, в частности природного газа, возникает как на этапе проектирования, так и на этапе эксплуатации при решении задач оперативного управления. Это связано с увеличением масштабов строительства новых газораспределительных систем и восстановлением старых участков системы, что, несомненно, влечёт за собой  отклонение  в потокораспределении и потреблении среды в системе.

В систему газоснабжения входят федеральные и муниципальные газораспределительные сети, связанные через газораспределительные станции, в структуру которых включены управляющие газопотоками регулируемые клапаны, которые задают расход газа в муниципальную систему. На муниципальных газораспределительных сетях в большинстве своем отсутствуют регулируемые дроссельные элементы, задающие потребление газа у абонентов, за исключением ГРП, ШРП, ГРУ.

В соответствии с п.4.9 [1] и правилами п. 2.6.1 [2] газораспределительные сети городских поселений с населением свыше 100 тыс. человек должны иметь автоматизированную систему управления технологическим процессом распределения газа. АСУ ТП РГ должна  предусматриваться при проектировании, реконструкции и техническом перевооружении газораспределительных сетей и должна обеспечивать анализ и оптимальное управление режимами распределения газа.

На сегодняшний день оперативное управление в распределительных системах газоснабжения  построено на регулировании и поддержании в системе давления. Более обстоятельно рассматривались вопросы АСУ ТП при установке двух «пилотов» управления в составе регуляторов давления, двойного редуцирования т. д. Однако п.4.9 [1] в настоящий момент не удовлетворяется и остается в стадии изучения. Современные задачи оперативного управления не могут замыкаться только на регулировании выходного давления после ГРП, ШРП, ГРУ, необходимо также детально рассматривать вопросы регулирования расходов газа при выборе оптимального режима газопотребления. Это связано с тем, что управление потокораспределением и потреблением газа необходимо осуществлять в режиме мониторинга, учитывая реальную ситуацию у газопотребителей и объёмы поставки газа в систему газоснабжения, что невозможно обеспечить перенастройкой ГРП, ГРУ или ШРП. Перенастройку вышеуказанных источников питания муниципальных газораспределительных сетей осуществляют эксплуатирующие организации газового хозяйства дважды в год:  увеличивая верхний предел  выходного давления при переходе на зимний режим потребления и уменьшая его при переходе на летний режим потребления. Регуляторы давления (после себя) поддерживают постоянным выходное давление газа после ГРП, что необходимо для обеспечения устойчивого режима горения газогорелочных устройств в условиях переменного режима потребления. При этом не осуществляется регулирование газопотоками. Существенным и необходимым в соответствии с п.4.9 [1] и п.2.6.1 [2] для системы оперативного управления является возможность централизованного регулирования расходов газа перед потребителями при неизменном давлении.  Такую задачу можно решить при наличии в схеме управления: ГРП, регулируемого дросселя, узла учета расхода газа перед потребителем. Эффективной будет следующая схема последовательной установки оборудования (рис.). 

Рис. Схема последовательной установки оборудования в системе газоснабжения для реализации оперативного управления в рамках АСУ ТП РГ

ДП- диспетчерский пункт; РР- управляемый дроссель; УУРГ - узел учета расхода газа;

П - потребитель;  1,2 - импульсные линии

Такая схема наиболее приемлема в связи с возможностью поддержания давления перед потребителем при помощи ГРП и одновременного регулирования расхода газа посредством управляемого дросселя , пропускная способность которого  фиксируется УУРГ. В схеме (см. рисунок) сигнал изменения расхода через управляемый дроссель, пришедший с диспетчерского пункта, будет передаваться по импульсной линии 2 на регулятор давления в ГРП, который в автоматическом режиме восстановит нарушенное выходное давление после РР (вследствие изменения расхода газа) до рабочего значения. В этой связи все управляемые дроссельные элементы в муниципальной газораспределительной системе должны быть установлены после ГРП перед потребителем.

Что касается возможности  системного управления газопотреблением за счёт регулировки кранов перед газопотребляющим оборудованием (саморегулирование), то оно носит децентрализованный и случайный характер и выходит за рамки оперативного управления.

Научный интерес представляет поиск рациональных способов управления функционированием систем газоснабжения. В частности, возможность достижения необходимого режима потребления газа на основе прогноза газопотребления при помощи регулируемых дроссельных элементов, расположенных в системе газоснабжения  после ГРП и управляемых из диспетчерских пунктов по результатам оперативного компьютерного моделирования.

В связи с вышесказанным возникает необходимость разработки математического и алгоритмического аппарата решения задач анализа и оптимального управления потокораспределением и потреблением в городских газораспределительных сетях. Также необходимо разработать программное обеспечение для реализации поставленных задач.

Необходимо отметить, что в качестве управляемых дросселей могут использоваться элементы на основе существующих параллельных и клиновых задвижек с выдвижным и не выдвижным  шпинделем, которые необходимо обеспечить дистанционным управлением с диспетчерских пунктов газового хозяйства. Задвижки могут быть полнопроходными  и суженными. В последних диаметр отверстия уплотнительных колец меньше диаметра трубопроводов. Имея небольшой коэффициент гидравлического сопротивления, задвижки позволяют плавно, без гидравлических ударов регулировать или перекрывать поток газа [3]. Однако, имея преимущества в плавной регулировке подачи газа, они не достаточно герметичны.

Также для этих целей применимы регулируемые клапаны с пневматическим пружинным приводом, перестановку которых осуществляют при помощи привода, в результате чего происходит изменение проходного сечения для потока, что необходимо в процессе регулирования. Предполагается, что действие перестановочных сил будет подконтрольно оператору диспетчерской. В зависимости от желаемой точности регулирования, в качестве регулирующих возможно использование  клапанов  типа К, КЯ, 25с, 50 нж (ВО) и 25с48нж (ВЗ) с пневматическими мембранно-пружинными приводами. В перспективе развития запорной и дроссельной арматуры, в качестве управляемых дросселей могут быть изготовлены и установлены на сетях устройства с определённой конфигурацией внутренней (рабочей) характеристики, которая отражает относительное изменение расхода среды через устройство в зависимости от его относительного открытия [3].

Если дросселей в системе больше одного, то их влияние друг на друга остается неизвестным, а внутренние характеристики при этом искажаются. Для того, чтобы обеспечить требуемый режим газопотребления, необходимо знать положение (степень закрытия) N дросселей в газораспределительной сети с учетом их взаимного влияния. Для этого необходимо построение дроссельных характеристик для системы газоснабжения, а не для отдельно взятого дросселя.

Возможность прогноза режимов газопотребления на основе дроссельных характеристик системы при неизменном рабочем давлении у потребителей рассматривается в области прямого анализа потокораспределения, который заключается в задании степеней открытия (закрытия) дроссельных элементов посредством изменения коэффициентов гидравлического сопротивления и нахождении потокораспределения и потребления газа в системе. Однако полученные характеристики в области прямого анализа дают плохо предсказуемый прогноз режимов газопотребления из-за значительной дисперсии получаемых решений (8,3%).

Ранее были сделаны попытки получения  прогнозов газопотребления с учётом влияния на систему огромного числа неконтролируемых и неуправляемых факторов. Однако недостаточное знание механизма этих процессов приводило к тому, что они являлись случайными и в зависимости от типа потребителя могли носить как стационарный, так и нестационарный характер. Кроме того, авторы [4] предпринимали попытки учёта влияния на режим газопотребления метеорологических, организационных и хронологических факторов. Такой подход привел к тому, что в математических моделях появлялись периодические компоненты и факторы, функционально связанные между собой, что приводило к неоправданному увеличению параметров модели и неустойчивости процедуры [4].

Выводы

Задача получения дроссельных характеристик для систем газоснабжения решается с достаточной степенью точности (2,1%) в области обратного анализа, что дает возможность реализации анализа и оптимальных режимов газопотребления в области оперативного управления в соответствии с п.4.9 [1] .

Библиографический список

1. СНиП 42-01-2002. Газораспределительные системы. - М.: ГУП ЦПП, 2003. - 31с.
2. Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления. Серия 12. Выпуск 4. - М.: ГУП Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России., 2003. - 200 с.
3. Ионин, А.А. Газоснабжение/ А.А. Ионин. - М.: Стройиздат, 1989. - 488 с.
4. Евдокимов, А.Г. Моделирование и оптимизация потокораспределения в инженерных сетях/ А.Г. Евдокимов, А.Д. Тевяшев, В.В. Дубровский. - М.: Стройиздат, 1990.- 368 с.

Код для цитирования: Скопировать