Расход газа бытовыми потребителями

 

Городские системы газоснабжения не имеют аккумулирующих емкостей, расположенных у потребителей, а ем­кость самих газовых сетей очень мала.

Для каждой ступени давления она составляет 3...4 % максимально часо­вой их пропускной способности, след­ствием этого является жесткая связь, существующая между подачей газа в город и расходом его потребителями. Отсюда, чтобы система нормально функционировала, ежечасовая подача газа в городскую сеть должна строго соответствовать потреблению. Если потребление окажется меньше подачи, сети не примут лишний газ; если же оно будет больше подачи, тогда начнет падать давление газа в сетях и будет нарушено нормальное газо­снабжение.

Основным следствием жесткой свя­зи в городской системе распределе­ния газа является то, что пропуск­ную способность газовых сетей и эле­ментов системы необходимо рассчи­тывать на пиковые, максимально часовые расходы газа. Поскольку сис­тема газоснабжения имеет высокую стоимость и большую металлоемкость, максимально часовые (расчетные) расходы газа должны быть тщатель­но обоснованы. Максимально часовые расходы для городских газопроводов всех давлений и назначений опреде­ляют по годовым расходам и коэф­фициентам неравномерности потре­бления:

 

(1)

 

где — максимальный часовой расчетный расход газа, м³/ч; — годовое потребление газа, м³/год; — максимальный коэффици­ент часовой неравномерности потребления за год; — число часов использования макси­мума.

 

(2)

 

Из формулы (2) следует и опре­деление числа часов использования максимума: если бы потребление газа в течение года было равномерным и равным максимальному часовому расходу, тогда весь годовой расход потребили бы в m часов, которое равно числу часов использования максимума. Величину, обратную m, называют коэффициентом часового максимума

 

 

По городским сетям газ поступает к различным потребителям: промыш­ленным, коммунальным, на потребле­ние в жилые микрорайоны, кварталы и дома. Все эти потребители имеют свои режимы потребления в раз­резе года, месяца, суток, которые отражаются соответствующими гра­фиками. Очевидно, что максимальный часовой расход газа, подаваемый различным группам потребителей, но характеризующийся одинаковыми го­довыми расходами, будет зависеть от состава группы. Чем больше в группе будет доля потребителей с равно­мерными графиками потребления, тем равномернее будет суммарный график, тем меньше будет величина и тем меньше будет максимально часовой расход газа.

Но может быть и такая группа, в которой каждый потребитель будет характеризоваться весьма неравномерным графиком потребления, однако максимально часовой расход всей группы окажется сравнительно невысоким. Такое положение может наблюдаться в том случае, если графики потребления различных потребителей существенно отличаются друг от друга и их пики не совпадают во времени. Именно разновременность пиков и приводит к тому, что максимальный расход группы потребителей всегда меньше суммы максимумов потребителей, суммарный график уплотняется, его неравномерность уменьшается и падает значение коэффициента неравномерности. Чем разнообразнее и больше число потребителей, тем плотнее суммарный график и тем меньше величина .

Особенно большое значение для уплотнения графика потребления имеет число потребителей. С ростом числа потребителей коэффициент неравномерности монотонно убывает. Это связано с тем, что чем больше число складываемых графиков, тем меньше вероятность совпадения их режимов, тем больше выявляется разновременность пиковых нагрузок. Следовательно, чем больше число потребителей в группе, тем большее значение приобретает фактор случайности в формировании суммарного графика. Если графики некоторых потребителей (например, промышленных) приближенно можно рассматривать как определенные характеристики, вытекающие из технологии, то для суммарных графиков такой детерминированный подход невозможен.

Анализ режимов потребления можно вести только со стохастических — вероятностных позиций. Действительно, режим потребления газа по своей природе является случайным, и даже наличие в группе потребителей промышленных предприятий со строго отрегулированным технологическим процессом и соответствующим ему строго ритмичным потреблением газа не может нарушить случайную природу режима потребления группой. Это связано, во-первых, с тем, что потребителя с постоянным из года в год режимом потребления найти нельзя, так как меняется технология производства, меняются режим и количество потребляемой энергии, кроме того, потребители всегда имеют такие составляющие общего расхода топлива, которые характеризуются режимом, в значительной степени зависящим от случайных факторов: расходы теплоты на отопление зданий, на горячее водоснабжение, на бытовые нужды.

Во-вторых, в группе всегда есть потребители, режим которых в основном или в значительной степени определяется факторами, имеющими случайную природу. Например, режим потребления газа конкретной отопительной котельной является ярким примером случайного процесса. Количество ежесуточно потребляемого газа котельной колеблется в соответствии с изменением температуры наружного воздуха, изменяющейся случайным образом. Потребление газа в течение суток обычно равномернее. Есть потребители, у которых и су­точный график имеет в значительной мере случайную природу. К этим по­требителям относятся люди, потреб­ляющие газ для приготовления пищи и горячей воды. Даже если ритм жизни семьи весьма регулярный, все же всегда имеет место значительное количество случайных факторов, ко­торые приводят к случайности су­точных графиков.

Если фактор случайности ока­зывает существенное влияние на ре­жимы многих отдельных потребителей, то для группы потребителей он при­обретает определяющее значение. Та­ким образом, общая закономерность уплотнения графика с увеличением числа потребителей имеет стохасти­ческую (вероятностную) природу. Влияние фактора случайности для га­зоснабжения усиливается еще неопре­деленностью исходной информации, служащей основой для проектирова­ния систем, а также изменениями, вносимыми в процесс строительства и реконструкции.

Случайная природа режима потре­бления газа приводит к необходимо­сти рассматривать графики потребле­ния и расчетные расходы с вероят­ностных позиций. Это значит, что го­довые и суточные графики, приведен­ные выше, не являются точно задан­ными, они получились как средние из изученных режимов потребления и поэтому имеют определенную сте­пень достоверности. Чем больше число графиков было осреднено, тем точнее будут результаты. Подходить к оценке точности значений коэффициентов не­равномерности потребления также следует с вероятностных позиций. Каждое численное значение коэффи­циента является какой-то осредненной величиной. Чем с большей доверитель­ной вероятностью необходимо полу­чить расчетное значение коэффициен­та неравномерности, тем большее зна­чение он будет иметь. Для расчетов газовых сетей доверительная вероят­ность представляет собой степень уве­ренности в том, что фактический коэф­фициент не превзойдет расчетную ве­личину. Вероятностный характер ре­жима потребления газа проявляется и в зависимости числа часов использо­вания максимума от численности насе­ления, получающего газ от данного газопровода. Чем меньше потребите­лей присоединено к газопроводу, тем при прочих равных условиях будет меньше число часов использования максимума (m) и больше расчетный расход. Поэтому сумма расчетных рас­ходов газа участков, выходящих из данного, будет больше расчетного расхода этого участка. Кажущийся дисбаланс компенсируется разновре­менностью пиков потребления в рас­сматриваемых участках. Для учета рассмотренной вероятностной особен­ности сети число «m» следует выби­рать по головному участку гидрав­лически связанной сети, участки ко­торой не несут резко различные рас­ходы газа. Для сетей низкого дав­ления это будут микрорайоны, объе­диняющие несколько ГРП, а для се­тей высокого давления это будут сети, объединяющие магистрали.

При потреблении газа на хозяй­ственно-бытовые нужды (без отопле­ния) СНиП 2.04.08—87 рекомендует следующие значения чисел часов ис­пользования максимума.

Число часов использования максимума промышленных предприятий зависит от вида производства, технологического процесса, соотношения отопительной и технологической нагрузок (при подаче теплоты на производство и отопление от заводской котельной) и числа рабочих смен в сутки. Число часов использования максимума для промышленных предприятий ориентировочно можно принять: для предприятий, работающих в три смены с непрерывным технологическим процессом, m=6000...7000 ч/год; для предприятий, работающих в две смены, m=4500...5000; для мелких предприятий, работающих в одну смену, m=3000...4000 ч/год.

Число часов использования максимума для отопительных котельных определяют по формуле

 

(3)

 

где — расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, °С

Число часов использования максимума т прямо связано с максимальным часовым коэффициентом неравномерности потребления газа за год [формула (2)]. Для многих потребителей величину удобно определять исходя из сезонной, суточной и часовой неравномерностей, каждая из которых оценивается своим коэффициентом неравномерности. Найдем связь между этими коэффициентами и величиной .

1.Рассмотрим соотношение расходов газа, учитывающих сезонную неравномерность. Среднесуточный расход газа за год равен:

 

,

 

где — годовое потребление газа

Среднесуточный расход газа за месяц максимального потребления определится через максимальный коэффициент месячной неравномерности за год :

 

;

 

.

 

2. Учтем суточную неравномерность в пределах месяца. Максимальный суточный расход за месяц максимального потребления газа определится через максимальный коэффициент суточной неравномерности за месяц :

 

;

 

,

 

так как максимальный суточный расход за месяц максимального потребления есть максимальный суточный расход за год. Это положение справедливо, если месяц максимального потребления будет характеризоваться и максимальной суточной неравномерностью. Если же максимальную неравномерность будет иметь другой месяц, тогда сутки максимального потребления могут не попасть в месяц максимального потребления. Отсюда написанное выше соотношение справедливо при совпадении пиков сезонной и суточной неравномерности.

3. Учтем часовую неравномерность за сутки. Среднечасовой расход за сутки максимального потребления равен:

 

.

 

Максимально-часовой расход в сутки максимального потребления определится через максимальный коэффициент часовой неравномерности за сутки ;

 

;

 

,

 

так как максимально часовой расход газа за сутки максимального потребления есть максимально часовой расход газа за год. Это также будет справедливо, если сутки максимального потребления будут характеризоваться и максимально часовой неравномерностью, т. е. если пики часовой и суточной неравномерностей совпадут.

Окончательно получим

 

(4)

 

или (5)

 

Для максимального коэффициента суточной неравномерности за год мож­но написать

 

(6)

 

При выводе формулы (5) предполагалось, что пики потребления по месяцам года, дням месяца и часам суток совпадают. Это приведет к запасу в пропускной способности газопроводов.

Часто коэффициент суточной неравномерности за месяц заменяют коэффициентом суточной неравномерности за неделю, так как этот коэффициент легче получить экспериментально. Но этот метод менее точен, так как не учитывает суточную неравномерность в календарном разрезе. Действительно, сутки максимального потребления могут попадать в предпраздничные дни или в дни с наинизшей температурой наружного воздуха независимо от дня недели.

Определение расчетных расходов газа для внутридомовых газопроводов и квартальных газовых сетей. Режим потребления газа в квартирах является характерным примером случайного процесса. Бытовые газовые приборы работают периодически и включаются в случайные моменты времени. Обработка экспериментального материала методами математической статистики показывает, что распределение показателей режима потребления подчиняется нормальному закону. С увеличением числа квартир, присоединяемых к газопроводу, график уплотняется и становится более равномерным. Это приводит к уменьшению коэффициента неравномерности.

Анализ режимов потребления газа в квартирах показывает, что максимальные коэффициенты часовой неравномерности в значительной степени зависят от населенности квартиры, уменьшаясь с увеличением населенности.

Главный недостаток метода расчета по коэффициентам одновременности состоит в том, что в нем не учитывается число людей, пользующихся одним газовым прибором. При современных условиях бытового обслуживания населения мощность установленных газовых приборов, как правило, превосходит необходимую мощность, вытекающую из потребности людей, проживающих в квартире. В перспективе в связи с дальнейшим ростом службы быта избыточность мощности газовых приборов квартиры будет расти. Несоответствие мощности установленных приборов ее потребности приводит к существенным ошибкам в определении расчетных расходов по коэффициентам одновременности. В большинстве случаев это приводит к перерасходу металла.

Как для определения величины К_о, так и величины необходимо знать экспериментальные значения максимально часовых расходов газа . Если для изучаемого объекта были определены значения и для известных номинальных и годовых расходов объекта были рассчитаны значения К_о и , тогда в случае использования их для аналогичных объектов оба метода дадут одинаковые результаты. Но если применить полученные значения К_о к квартирам с таким же газооборудованием, но другой населенностью, расчетные расходы не изменятся, в то время как фактические максимальные расходы будут меньше расчетных при меньшей населенности квартиры и большими при большей населенности. Действительно, при оборудовании одно-, двух-, трех- и четырехкомнатных квартир четырехконфорочными плитами (что часто имеет место) диаметры газопроводов, определенные по значениям К_о во всех случаях будут одинаковые, несмотря на то, что максимально часовые расходы во всех квартирах будут существенно отличаться.

Методика расчета по коэффициентам неравномерности, разработанная МИСИ им. В. М. Куйбышева, базируется на графиках потребления газа квартирой с учетом ее населенности и непосредственно не связана с номинальными расходами газа приборами. Она исходит не из газооборудования квартиры, а из целей потребления газа (на приготовление пищи, а также пищи и горячей воды), числа людей в квартире, использующих газ в этих целях, годовых норм потребления газа и числа газоснабжаемых квартир. Эти факторы полностью определяют режим потребления газа. Расход газа на местные отопительные установки в пик потребления рассчитывают по отопительной нагрузке с учетом режима работы отопительных приборов. Прочие виды потребления газа являются не определяющими и в расчетах не учитывают. Расчеты по этой методике соответствуют фактическому газопотреблению. Действительно, если в однокомнатной квартире установить двух-, трех- или четырехконфорочную плиту, то максимально часовые расходы не будут зависеть от номинальной нагрузки плиты, так как однокомнатная квартира — малонаселенная и любая из указанных плит удовлетворит потребности жильцов. Максимальные расходы будут зависеть от того, живут ли в однокомнатных квартирах по одному или по два человека. С увеличением населенности квартиры графики потребления газа будут плотнее и коэффициенты неравномерности меньше.

Проектную населенность квартиры устанавливают по ее площади и предполагаемым нормам заселения. Годовые нормы принимают по видам потребления с учетом благоустройства квартир (наличие или отсутствие централизованного горячего водоснабжения).

Метод определения расчетных расходов по коэффициентам одновременности следует сохранить для расчета газопроводов коммунальных и промышленных предприятий, так как установленная мощность газоиспользующих агрегатов соответствует технологическим процессам, а необходимые резервы лимитируются.

Основой для составления таблиц коэффициентов неравномерности послужили экспериментальные исследования режимов газопотребления в квартирах. В результате измерений были установлены для различных объектов максимально часовые и годовые расходы газа. По этим данным были рассчитаны величины и К_о, на основании которых были составлены таблицы. Составить таблицы значений для любого числа квартир на основании ограниченного числа полученных значений оказалось возможным в результате применения методов теории вероятностей.

Как отмечалось выше, коэффициент одновременности отражает вероятность одновременного включения газовых приборов в пик потребления. Дадим более точную формулировку величины К_о. Рассмотрим опыт — наблюдение газовых приборов квартиры в пик потребления. В результате опыта могут быть два исхода: газовые приборы включены, газовые приборы не включены. Проведем n таких опытов (один опыт в каждой квартире). Если в результате опытов в m квартирах газовые приборы будут включенными в пик потребления, тогда коэффициент одновременности будет равен: К_o=m/n. Такая формулировка требует некоторого уточнения. Дело в том, что в пик потребления газовые приборы могут быть включены не на полную нагрузку. Вместе с тем метод коэффициентов одновременности предполагает включение приборов на номинальную нагрузку. Для удовлетворения этого требования надо полученные опытные данные эквивалентировать. Так, если по опытным данным в пик потребления расчетный расход газа составляет , а номинальная нагрузка газовых приборов одной квартиры равна Q_ном, тогда эквивалентное число квартир, включенных в пик потребления, будет равно: m=Q_∑ /Q_ном. Это число квартир и считают результатом проведенных n опытов, хотя действительное число квартир, включенных в пик потребления, будет больше m. Такое эквивалентирование не искажает основную вероятностную природу процесса и позволяет использовать теорему Бернулли о повторении опытов для расчетов.

По теореме Бернулли вероятность появления m событий А из п опытов определяется формулой

 

где Р — вероятность появления события А в одном опыте; — число сочетаний из n по m.

Под событием A будем понимать включение газовых приборов квартиры в пик потребления на номинальную нагрузку. Так как режим потребления газа имеет случайную природу, поэтому, говоря о численном значении К_o, необходимо указать, с какой доверительной вероятностью Р_дв должно быть определено это значение. Такой подход к определению коэффициента одновременности позволяет утверждать, что с вероятностью Р_дв фактическое значение К_о не превзойдет расчетную величину.

Считая, что для всех квартир вероятность включения газооборудования одной квартиры' в пик потребления одинаковая, число рассматриваемых квартир равно числу опытов и, используя формулу Бернулли, можно написать следующее уравнение;

 

 

где n — число квартир; Р — вероятность включения газооборудования одной квартиры в пик потребления; Р_дв — принятое значение доверительной вероятности, т. е. надежности определения коэффициента одновременности.

Коэффициент одновременности в рассматриваемом случае определяется отношением К_o=m/n. В уравнении суммируются вероятности включения 0, 1, 2, ..., m квартир в пик потребления вплоть до получения принятого в расчетах значения доверительной вероятности Р_дв. Если при целом числе т уравнение удовлетворить не удается, тогда величину К_о определяют интерполяцией. Чем больше значение принятой доверительной вероятности (надежности), тем больше будет коэффициент одновременности, тем больше будут расчетные расходы газа, а следовательно, и диаметры газопроводов. Учитывая высокую стоимость газовых сетей, расчетное значение доверительной вероятности должно быть обосновано.

Таким образом, использование метода коэффициентов одновременности для анализа зависимости максимальных нагрузок от числа квартир оказывается весьма плодотворным, так как он позволяет для расчетов привлечь методы теории вероятностей. Так как вероятность включения газо-оборудования одной квартиры в пик потребления для всех квартир мы приняли одинаковой и рассматривали число квартир как число повторяемых опытов, то по предельной теореме Бернулли можно утверждать, что при неограниченном увеличении числа квартир с практической достоверностью можно считать частоту включения газооборудования квартир в пик, сколь угодно мало отличающейся от вероятности включения газооборудования в отдельном опыте — Р. Частота включения газооборудования представляет собой величину коэффициента одновременности, полученную опытным путем, следовательно,

 

Если изучаемый объект имеет большое число квартир, тогда полученное из опыта значение коэффициента одновременности будет близко к вероятности включения в пик ' потребления газовых приборов одной квартиры. Формула Бернулли позволяет по коэффициентам одновременности рассчитать вероятность Р. При составлении таблиц сначала по опытным данным были рассчитаны коэффициенты одновременности, затем по формуле Бернулли рассчитаны вероятности Р. По полученным значениям Р для различных населенностей квартир были рассчитаны значения Ко для раз личных п при доверительной вероятности Р_дв=0, 98 и далее .

Лекция №15

⇐ Предыдущая12345678910

Поделиться: