Магистерская диссертация
На время написания дипломных работ компания «Политерм» предоставляет студентам доступ к полной версии ZuluGIS.
Современные системы газоснабжения представляют собой сложный комплекс, состоящий из газораспределительных станций (ГРС), газовых сетей высокого, среднего и низкого давления, газорегуляторных пунктов и установок (ГРП и ГРУ) и предназначены для обеспечения газообразным топливом населения, коммунально-бытовых, промышленных и сельскохозяйственных потребителей.
Система газоснабжения должна обеспечивать бесперебойную и безопасную подачу газа потребителям, отличаться простотой и удобством в эксплуатации и предусматривать возможность отключения отдельных ее элементов для производства профилактических, ремонтных и аварийно-восстановительных работ.
Цель работы: разработка методов совершенствования расчета газораспределительных сетей.
Задачи работы:
• анализ надежности систем газораспределения, устойчивость систем газораспределения к нестандартным критическим нагрузкам, анализ потребления газа абонентами в зависимости от времени года, часа суток, а также внешних факторов, таких как наружная температура воздуха, анализ эффективности современных методов расчета газораспределительных сетей;
• разработка эффективных методов расчета газораспределительных сетей, предусматривающих критические нагрузки на систему газораспределения, а также учитывающие характер и периодичность потребления газа абонентами.
Современные способы расчета газовых сетей
Современные системы газоснабжения и газораспределения разрабатываются и реконструируются согласно СП 62.13330.2011* Газораспределительные системы. Актуализированная редакция СНиП 42-01-2002 (с Изменениями N 1, 2) [2], СП 42- 101-2003 «Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб» [3], СП 42-102-2004 «Проектирование и строительство газопроводов из металлических труб» [4], СП 42-103-2003 «Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов».
Характеристика населенного пункта
Хутор Ореховка расположен в Миллеровском районе Ростовской области на расстоянии 4 км в северо-восточном направлении от районного центра – город Миллерово.
Застройка населенного пункта представлена индивидуальными жилыми домами с приусадебными участками и объектами сельскохозяйственного назначения.
Грунты в месте прокладки газопровода непросадочные и просадочные I типа.
Климат континентальный, с жарким и сухим летом и сравнительно теплой зимой.
Экологическая целесообразность газификации населенного пункта
Схемой предусматривается широкое использование природного газа в жилищном хозяйстве.
Перевод на газ всех потребителей значительно улучшает санитарно-гигиенические условия жизни.
Выбор трассы является основным этапом, определяющим при прочих равных условиях характер и размеры возможных воздействий на окружающую среду при строительстве и эксплуатации газопроводов.
Безаварийная эксплуатация трассы газопровода достигается проведением следующих мероприятий:
1. Газопроводы среднего и низкого давления выполняются из полиэтиленовых труб по ГОСТ Р 58121.2-2018 (ИСО 4437-2:2014) «Пластмассовые трубопроводы для транспортирования газообразного топлива. Полиэтилен (ПЭ). Часть 2. Трубы»
2. Шаровые краны, предусматриваемые в качестве запорной арматуры, предназначены для газовой среды. Герметичность затвора должна соответствовать классу В, согласно п. 4.14 СП 62.13330-2011* с изм.1 «Газораспределительные системы»
Характеристика системы газоснабжения
Расчетная схема газоснабжения хутора Ореховка Миллеровского района Ростовской области решена из условия удобства прокладки газопроводов и расположения потребителей.
Источником газоснабжения х.Ореховка является ранее запланированный к прокладке полиэтиленовый газопровод высокого давления II категории (0,6МПа) диаметром 63 мм от существующего газопровода высокого давления диаметром 225мм, принятый в схеме газоснабжения Миллеровского района Ростовской области», выполненной Ростовским филиалом ОАО «Гипрониигаз» по дог.1-17 в 2017г., прошедшей экспертизу промышленной безопасности в ООО НПО «Экспертгаз», зарегистрированной за №29-ТП-03372-2017 НДУ Ростехнадзора письмом №5220-14/16 от 03.04.2017г.
Расчетное давление в точке подключения к подводящему газопроводу высокого давления II категории диаметром 63 мм согласно схеме газоснабжения Миллеровского района Ростовской области составляет 0,561 МПа.
Газопровод запроектирован в соответствии с СП 42-103-2003 «Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов».
Для поддержания необходимого давления газа в конечных точках сети и для уменьшения металлоемкости запроектированы ГРПШ-2а-02.
Распределение газа проектируется по следующей системе:
От газопровода высокого давления запитан ГРПШ. От ГРПШ разводим газопровод низкого давления к сосредоточенным потребителям.
Газопровод низкого давления до 3 кПа (0,03 кг/см2).
На данной ступени происходит редуцирование с 0.56 МПа до 0,003МПа
Схема газопровода низкого давления (Р=0,003 МПа) от проектируемого ГРПШ до потребителей принята тупиковой из полиэтиленовых труб ПЭ 80 ГАЗ SDR 17,6.
Диаметры газопровода среднего и низкого давления принимаются согласно расчетной схеме газоснабжения х. Ореховка Миллеровского района, Ростовской области.
После выхода из ГРПШ на проектируемом подземном газопроводе низкого давления устанавливается шаровый кран КШП-50пп, Dn50, Рn 1,6 МПа с ПЭ патрубками в подземном исполнении.
Кран выполнен в подземном исполнении и шток крана выводится под ковер.
Для обеспечения бесперебойного и безопасного газоснабжения потребителей в период выполнения работ по строительству, подключение проектируемых газопроводов низкого давления к существующим газопроводам выполняется под давлением.
Подземный газопровод низкого давления от ГРПШ Ø110х6,3 протяженностью 60м, Ø90х5,2 протяженностью 570м и Ø63х3,6 протяженностью 2,630 км выполняется из полиэтиленовых труб ПЭ80 SDR17,6 по ГОСТ Р 58121.2- 2018, имеющих сертификат завода-изготовителя.
Для снижения давления с высокого (Ру-0,56 МПа) на низкое (Ру-0,003 МПа) проектом предусматривается установка газорегуляторного пункта шкафного типа с двумя регуляторами давления РДНК-400, имеющих разрешение «Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору».
Электроосвещение ГРПШ при обслуживании осуществляется ремонтной бригадой эксплуатирующей организации, выезжающей на специально оборудованной автомашине, оснащенной переносными светильниками во взрывобезопасном исполнении.
В соответствии с требованиями СП 62.13330.2011* [2], СП 42-103-2003 [5] приняты трубы:
• полиэтиленовые трубы ПЭ 80, SDR17,6 по ГОСТ Р 58121.2-2018 с коэффициентом запаса прочности не менее 3,2 для газопроводов, прокладываемых на территориях городов и сельских населенных пунктов. Соединение труб между собой предусмотрено муфтами с закладными нагревателями.
Трубы, применяемые при строительстве, должны быть испытаны гидравлическим давлением на заводе-изготовителе или иметь запись в сертификате о гарантии того, что выдержат гидравлическое давление, величина которого соответствует требованиям стандартов или технических условий на трубы.
Глубина заложения подземного газопровода от верха трубы до поверхности земли составляет не менее 1,1 м.
Создание и анализ динамической модели системы газоснабжения при помощи программы ZuluGIS 8.0
Описание основных характеристик и особенностей
Система обладает широкими возможностями:
• проводить технологические расчеты инженерных коммуникаций;
• создавать и использовать библиотеку графических образов элементов систем теплоснабжения и режимов их функционирования;
• создавать расчетные схемы инженерных коммуникаций с автоматическим формированием топологии сети и соответствующих баз данных;
• создавать входные и выходные формы представления информации;
• изменять топологию сетей и режимы работы ее элементов; решать различные топологические задачи.
Возможности программы
Основой ZuluGaz является географическая информационная система (ГИС) ZuluGIS. При помощи ГИС можно создать карту города (населенного пункта) и нанести на неё газовые сети. ZuluGaz позволяет рассчитывать системы газоснабжения большого объема и любой сложности.
Расчету подлежат тупиковые и кольцевые сети (количество колец в сети неограниченно).
Расчет газопроводов низкого, среднего и высокого давления может производиться как для одного вида газа, так и для смеси газов с использованием двух методик:
• С учетом температуры газа принятой для нормальных условий в соответствии с СП 42-101-2003 [3];
• С учетом температуры газа, отличающейся от нормальных условий. В результате расчетов определяется потокораспределение в газовой сети, давление и плотность газа во всех узловых точках, нарушение режима работы потребителей.
Результаты расчетов могут быть экспортированы в MS Excel, наглядно представлены с помощью тематической раскраски и пьезометрических графиков.
Картографический материал и схема тепловых сетей может быть оформлена в виде документа с использованием макета печати.
Состав расчетов
• конструкторский (гидравлический) расчет,
• поверочный расчет,
• пьезометрический график,
• коммутационные задачи.
Конструкторский расчет газопроводной сети
Целью конструкторского расчета газопроводной сети является определение диаметров трубопроводов обеспечивающих пропуск расчетных расходов газа при обеспечении заданных напоров на потребителях. Под расчетным режимом работы сети понимают такие возможные сочетания отбора газа, при которых имеют место наибольшие нагрузки для отдельных сооружений системы, в частности газопроводной сети. Расчету подлежат тупиковые и кольцевые газопроводные сети, работающие от одного или от нескольких источников.
Методика расчета ZuluGIS
Расчету подлежат тупиковые и кольцевые газовые сети низкого, среднего и высокого давления, работающие от одного или нескольких ГРП, ГРС.
Расчет систем газоснабжения может производиться с использованием следующих методик:
- При нормальных условиях работы по методическим рекоммендациям СП 42-101-2003[3].
- По СП 42-101-2003[3] учетом температуры газа, отличающейся от нормальных условий.
- По методике СТО ГАЗПРОМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ 12.2.2-1-2013 ПРОЦЕССЫ «Процесс работы с данными» [11]. Определение пропускной способности, расчет свободных мощностей газопроводов».
Состав газовой смеси может задаваться пользователем и это может быть не только природный газ, но и обычный воздух.
Изображение газовой сети выполняется в топологическом редакторе геоинформационной системе ZuluGIS. При этом формируется расчетная модель сети и соответствующие таблицы к каждому объекту. В таблицы заносится необходимая информация для выполнения расчетов, а после его проведения осуществляется запись результатов. Модель может быть выполнена формироваться на карте в масштабе, с привязкой к какой-либо системе координат или на уровне принципиальной схемы.
Поверочный расчет газопроводной сети
Целью поверочного расчета является определение фактических расходов газа на участках газовой сети, давления во всех узловых точках и нарушения режима работы потребителей. Созданная математическая имитационная модель системы газоснабжения, служащая для решения поверочной задачи, позволяет анализировать гидравлический режим работы системы, а также прогнозировать его изменения в случае каких-либо переключений. Расчеты могут проводиться при различных исходных данных, в том числе при отключении отдельных участков газовой сети.
График падения давления
Целью построения графика падения давления по заданному направлению является наглядная иллюстрация результатов гидравлического расчета газовой сети. Для построения графика выбирается направление, указываемое флажками и цветом линии, и запускается задача построения графика. На экран выводятся окно с графиком падения давления газа в трубопроводе:
Цвет и стиль линий падения давления задается пользователем. В таблице под графиком выводятся для каждого узла сети наименование, геодезическая отметка, высота потребителя, напоры в трубопроводах, потери напора по участкам сети и другие.
Коммутационные задачи
Коммутационные задачи предназначены для анализа изменений вследствие отключения задвижек или участков сети. В результате выполнения коммутационной задачи определяются объекты, попавшие под отключение. Результаты расчета отображаются на карте в виде тематической раскраски отключенных участков и потребителей и выводятся в отчет.
Геоинформационная система ZuluGIS имеет встроенные инструменты, позволяющие оценить результаты расчета и проверить правильность принятого инженерного решения, такие как: выполнение запросов к базам данных, вывод данных на карту, раскраска модели по пользовательским критериям, инструмент построения графиков падения давления и т.п.
Электронную модель и картографический материал можно распечатать, перевести в документ формата PDF, конвертировать в чертеж AutoCAD (dxf) или другие ГИС форматы. Отчет с результатами гидравлических расчетов можно распечатать или сохранить в виде электронной таблицы Excel.
Заключение
В данном проекте была создана и проверена на надежность работы в критических ситуациях динамическая модель системы газоснабжения х. Ореховка Миллеровского района Ростовской области. Для этого был произведен ряд расчетов:
- Расчет физико-химических свойств газа.
- Расчет потребления газа населенным пунктом.
- На основе расчетов была создана динамическая модель и проверена на надежность обеспечения потребителей газом в зимний, летний период и период резкого похолодания (критический).
- На основании полученных данных при испытании динамической модели были построены пьезометрические графики, отражающие потери давления газа на его пути от ГРПШ до потребителя.
Таким образом, были выявлены слабые места системы газоснабжения.
Для решения подобных проблем и предотвращения их появления в будущем предлагается обновление и модернизация методов расчета и проектирования систем газоснабжения и газораспределения.
ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет» (ДГТУ)
Тема диссертации «ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ В ПЕРИОД ИЗМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК»
Кафедра «Инженерная защита окружающей среды»
Обучающийся М.В. Гаврилов
Научный руководитель О.К. Мазурова