36 где замη – коэффициент потерь энергии замещаемой холодильной машины; ВЭРη – коэффициент, учитывающий потери энергии в холодильной ма- шине, использующей тепловые ВЭР; ВЭРω – коэффициент, учитывающий дополнительный расход энергии на собственные нужды. В Ы В О Д Ы 1. Рассмотрена структура энергопотребления предприятия мясоперера- батывающей отрасли с приведением удельных норм расхода энергии по основным видам продукции. 2. Предложены схемы обеспечения предприятия теплотой и холодом за счет утилизации ВЭР компрессорной станции магистрального газопровода. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. В л и я н и е теплоутилизационного «хвоста» компрессорной станции на эффектив- ность работы газотурбинного привода с изобарным подводом теплоты и регенеративным теплоиспользованием / А. П. Несенчук [и др.] // Энергетика… (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). – 2013. – № 4. – С. 37–46. 2. С и с т е м ы производства и распределения энергоносителей промышленных пред- приятий: учеб. / Б. М. Хрусталев [и др.]. – Минск: Технопринт, 2005. – Ч. 1. – 544 с. 3. П р о е к т и р о в а н и е предприятий мясной отрасли с основами САПР / Л. В. Антипова [и др.]. – М.: КолосС, 2003. – 320 с. 4. Г а з о т у р б и н н ы е и парогазовые установки тепловых электростанций: учеб. по- собие для вузов / Под ред. С. В. Цанаева. – М.: Изд-во МЭИ, 2002. – 584 с. 5. С и с т е м ы производства и распределения энергоносителей промышленных пред- приятий: учеб. / Б. М. Хрусталев [и др.]. – Минск: Технопринт, 2005. – Ч. 2. – 410 с. 6. Д я ч е к, П. И. Холодильные машины и установки: учеб. пособие / П. И. Дячек. – Ростов н/Д.: Феникс, 2007. – 424 с. Представлена кафедрой ПТЭ и Т Поступила 30.05.2013 УДК 696.2 (075.8) РЕКОНСТРУКЦИЯ СИСТЕМЫ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ Докт. техн. наук, проф. ОСИПОВ С. Н. РУП «Институт жилища – НИПТИС имени Атаева С. С.» Многие жилые районы г. Минска и других городов Беларуси нуждают- ся в реконструкции, а жилые здания – в капитальном ремонте. Это отно- сится и к распределительным газопроводным сетям, особенно низкого дав- ления, многие из которых исправно работают около 50 лет. 37 При реконструкции систем газоснабжения низкого давления появляется возможность усовершенствования, начиная с выбора проектных решений в зависимости от принятой методики расчета необходимой пропускной способности сети и заканчивая технологией ее капитального ремонта и за- мены с учетом новых требований нормативных документов. Так, до сих пор при расчете, проектировании и сооружении домовых систем газоснаб- жения низкого давления пользуются рекомендациями известной работы Н. И. Пешехонова [1], в общем совпадающими с методикой А. А. Иони- на [2]. Указывается, что в жилых домах приходится делать отдельные вво- ды в каждую секцию и устанавливать стояки для распределения газа по этажам [1, с. 88]. При этом расчетный отбор газа из дворового распредели- тельного газопровода определяется для каждого ввода отдельно с учетом подключенных газовых приборов и соответствующего им коэффициента одновременности, который зависит от вида и количества газовых прибо- ров. Такой расчетный расход газа на газоснабжение здания в целом оказы- вается завышенным, так как проводится по отдельным вводам (подъездам), а затем арифметически суммируется и не учитывает уменьшение величины коэффициента одновременности с увеличением количества газовых прибо- ров, не позволяет использовать существующую внутридомовую систему газоснабжения при реконструкции здания с увеличением количества и но- менклатуры присоединенных газовых приборов без перемонтажа старой системы. Известны рекомендации по подводке газа к зданию через внутриквар- тальный подземный коллектор с последующим отдельным вводом в каж- дый подъезд, при котором расчетный расход потребления газа, как видно из приведенного примера [2, с. 402–406], определяется как суммарный с учетом количества присоединенных газовых приборов для каждого отво- да от подземного коллектора. К недостаткам этого способа следует отне- сти подземную прокладку специального внутриквартального коллектора для каждого здания и отсутствие учета неравномерности потребления газа для общего количества потребителей, присоединенных к коллектору, кото- рый является общим отводом от распределительной сети низкого давления. Преимущество способа – использование для учета режима потребления газа специального коэффициента неравномерности, который зависит не от числа приборов, а от количества проживающих в квартире человек и норм потребления газа. Как указывает автор [2, с. 66], главный недостаток мето- да расчета по коэффициентам одновременности состоит в том, что в нем не учитывается число человек, пользующихся одним газовым прибором. При современных условиях бытового обслуживания населения мощность установленных газовых приборов, как правило, превосходит необходимую, вытекающую из потребности людей, проживающих в квартире. В перспек- тиве в связи с дальнейшим ростом службы быта избыточность мощности газовых приборов квартиры будет расти. Несоответствие мощности уста- новленных приборов ее потребности приводит к существенным ошибкам в определении расчетных расходов по коэффициентам одновременности. В большинстве случаев это ведет к перерасходу металла. В добавление к [2] можно отметить, что применявшаяся ранее и сохранившаяся до сих пор при расчете жилых домов методика определения расчетного расхода газа с использованием коэффициентов одновременности [3] оставляет большой запас пропускной способности не только внутридомовой сети газоснабжения, но и распределительной сети низкого давления. 38 Известен метод регулирования расхода и давления газа при поставках потребителям [4], который предназначен для снабжения их газом из га- зотранспортной сети. Технический результат позволяет обеспечить надеж- ную поставку газа всем потребителям согласно заключенным с ними кон- трактам, независимо от удаленности потребителя, и обеспечить нормаль- ную работу газотранспортных предприятий. Этот метод регулирования расхода и давления включает стабилизацию расхода и давления газа, осу- ществляемую с помощью соответствующих регуляторов, выходы которых через селектор соединяют с исполнительным клапаном. Однако главным недостатком данного метода является необходимость гидравлического обеспечения соответствующего распределения в газовой сети давления газа, нужного для обеспечения расхода газа, что может иметь место толь- ко при правильном гидравлическом расчете газотранспортной сети. Если газопроводная сеть не обеспечивает гидравлический режим, то с помощью регулировочных клапанов можно регулировать снижение подачи газа по- требителям в уменьшенном объеме. Наиболее близким техническим решением к разработанному является восстановление или реконструкция зданий в той их части, которая касается монтажа стояков для выполнения внутренней сети теплогазоснабжения [5]. Это предложение не исключает недостатки, указанные в методах [1] и [2]. Кроме того, для их реализации необходимо присутствие при монтаже эта- жей здания работников специализированной газомонтажной организации, имеющей лицензию на производство газомонтажных работ, что усложняет комплекс строительных работ в целом. Задачами восстановления или реконструкции системы газоснабжения внутри зданий и сооружений являются: сохранение значений гидравличе- ского сопротивления и отбора газа в расчетном (максимальном) режиме при уменьшении величины коэффициента одновременности и увеличении количества возможных потребителей газа и, как следствие, обеспечение неизменности режима работы внешней распределительной системы газо- снабжения низкого давления при возможном росте количества квартир и этажей в результате восстановления и реконструкции здания; разделение во времени и пространстве нормального функционирования существую- щей системы газоснабжения старого дома, в котором продолжают нахо- диться жильцы (восстановление и реконструкция без отселения жильцов), и сооружение внутренней системы газоснабжения достраиваемой (восста- навливаемой) части. Для решения указанных задач предлагается проектирование внутридо- мовой системы газоснабжения производить с учетом новых требований ТКП и СТБ газоснабжения, новой номенклатуры газопроводных труб и газового оборудования, а заводское производство заготовок различных элементов систем газоснабжения, подготовку необходимых отверстий в межэтажных перекрытиях и перегородках производить в соответствии с рабочим проектом на этапе общестроительных работ по реконструкции дома и надстройке всех дополнительных этажей здания. При этом монтаж системы внутридомового газоснабжения и подключение ее к внешней рас- пределительной системе производят после этапа общестроительных работ по реконструкции дома и надстройке всех дополнительных этажей здания. Причем для подключения здания к внешней распределительной сети газо- снабжения организуется единый для всех подъездов отвод с протяженным коллектором, расположенным снаружи здания, к которому (коллектору) под- соединяются вводы газопроводов в отдельные подъезды. Иначе говоря, необ- 39 ходимые отдельные отводы в каждый подъезд от внешней распределитель- ной сети газоснабжения заменяют одним отводом с общим коллектором. В результате объединения всех потребителей газа в одну домовую си- стему газоснабжения с одним отводом от внешней (дворовой, уличной) распределительной системы газоснабжения количество присоединенных газовых приборов и потребителей существенно возрастает, что приводит к уменьшению величины коэффициента одновременности и увеличению количества возможных потребителей газа при сохранении прежнего рас- четного уровня потребления газа реконструируемым домом при росте количества квартир и этажей. Сохранение постоянства отбора газа из внешней распределительной системы газоснабжения, в свою очередь, по- зволяет обойтись без ее реконструкции, что существенно понижает инфра- структурные расходы при реконструкции жилых зданий. Кроме того, указанный порядок монтажа внутридомовой системы газоснабжения поз- волит резко повысить качество сборки системы специализированной орга- низацией газовой отрасли. Для сохранения постоянства гидравлического режима распределитель- ной системы газоснабжения района питания ГРП, что необходимо обеспе- чить при реконструкции жилого здания с увеличенным количеством по- требителей для сохранения без реконструкции старой наружной распреде- лительной системы, расчетный расход газа для реконструированного дома, как и общее гидравлическое сопротивление его внутридомовой системы газоснабжения, должны оставаться прежними. Поэтому введение в систему газоснабжения дома одного общего коллектора с одним присоединением к распределительной системе не должно оказывать существенного влияния на величину необходимого давления в точке врезки отвода в общедомовой коллектор от дворового (уличного) участка распределительной системы газоснабжения. Общеизвестная формула гидравлического расчета распределительной системы газоснабжения низкого давления имеет вид [2] рн – рк = 0,81 ρ0(Q 2/d 5)lp, (1) где pн – давление газа в начале расчетного участка, Па; pк – давление газа в конце расчетного участка, Па; – коэффициент трения; ρ0 – плотность газа при нормальных условиях, кг/м3; Q – расход газа в расчетном участке газопровода, м3/ч; d – условный диаметр газопровода, мм; lp – расчетная длина расчетного участка газопровода, м. Как видно из приведенной формулы, для сохранения постоянства вели- чины pн при pк = const с учетом незначительного изменения необходимо обеспечить постоянство симплекса Q2l/d5 = const, что возможно при прямо пропорциональном изменении Q2l и d5. При использовании общедомового газового коллектора расход газа че- рез него увеличивается. В начале коллектора это увеличение расхода газа примерно пропорционально количеству подъездов с отводами газопрово- дов. Далее по ходу движения газа по коллектору расход газа соответствен- но уменьшается. В принципе, методика гидравлического расчета коллекто- ра аналогична расчету с путевым расходом газа. Одновременно с ростом расхода газа увеличивается длина его пути движения. Поэтому для сохра- нения постоянства рн необходимо соответственно увеличить диаметр кол- лектора по сравнению с диаметрами отдельных отводов от наружного рас- пределительного газопровода в каждый подъезд. 40 Как показывают многочисленные расчеты, для компенсации увеличе- ния расхода газа в домовом коллекторе и его длины для сохранения при- мерно постоянной величины рн достаточно двух-, трехкратного увеличения диаметра коллектора по сравнению с отдельными отводами в подъезды. При этом диаметры отвода и общедомового коллектора не должны быть больше диаметра внешнего распределительного газопровода, к которому присоединяется коллектор. В случае весьма длинного коллектора (более 50–60 м) его присоединение к дворовому (уличному) распределительному газопроводу следует производить вблизи от центральной части коллектора. В случае отсутствия необходимости замены или реконструкции внут- ридомовой системы газоснабжения старого жилого дома и необходимости подачи газа в новую надстройку или пристройку для уменьшения трудоем- кости и стоимости реконструкции представляется возможным с использо- ванием общедомового газового коллектора соорудить отдельные вводы, которые сначала прокладываются снаружи по стенам, что для газопро- водов низкого давления при соблюдении соответствующих требований СНБ 4.03.01–98 [3] вполне допустимо, а затем вводятся в лестничные клет- ки (кухни, коридоры) новых этажей надстройки (пристройки) по мере необходимости. В последние годы все большее распространение получают распредели- тельные системы газоснабжения жилых районов и отдельных зданий, ра- ботающие на среднем давлении. В этом случае используются домовые ре- гуляторы давления, устанавливаемые снаружи здания на одной из глухих стен. При такой схеме газоснабжения жилого дома наиболее целесообраз- ным и экономически выгодным является использование общедомового га- зового коллектора с низким давлением газа. В приведенном расчетном примере [2] общий отбор газа из распредели- тельной сети низкого давления в подземный домовой коллектор даже при обычном суммировании расчетных расходов по отдельным вводам в подъ- езды (три подъезда) составляет 14,79 3 = 44,37 м3/ч. Если произвести вычисление необходимого отбора газа по старой методике, которая приме- няется и поныне, с учетом коэффициентов одновременности и самостоя- тельным отводом газопровода в каждый подъезд, то эта величина для га- зоснабжения этого же дома составит 40,66 м3/ч, что несколько меньше по сравнению с предыдущим случаем. При использовании общедомово- го газового коллектора необходимый расчетный расход газа составляет 34,1 м3/ч, что на 27 % меньше по отношению к применяющейся в настоя- щее время методике. При реконструкции системы газоснабжения внутри надстраиваемых или новых зданий в пределах района питания одного газораспределитель- ного пункта (ГРП) в [4] предлагается производить повсеместную (вводы в жилые дома, стояки, опуски к бытовым газовым приборам) замену натяжных пробковых кранов на шаровые краны, что позволяет значитель- но снизить расходы на профилактическое обслуживание системы газо- снабжения (расчетный срок окупаемости – 6,73 года). Никакого перерас- пределения подачи газа при этом не предусматривается. Высокая стои- мость системы газоснабжения, предложенной в [4], крайне ограничивает ее использование и не допускает применение при реконструкции жилых зда- ний микрорайона. Однако принципиальным недостатком этого способа является невозможность обеспечения необходимого уровня потребления газа всеми потребителями в случае превышения одним или несколькими из них первоначально обусловленного уровня при предельно договорном 41 уровне потребления газа остальными потребителями, если источник газо- снабжения не имеет соответствующего запаса подачи газа в систему газо- снабжения. Такого запаса ГРП не имеет при пиковой потребности в газе. В этом случае задачами реконструкции газоснабжения являются: обес- печение расчетного потребления газа реконструируемых зданий с увеличе- нием этажности и общей жилой площади и новых зданий и сооружений в зоне питания одного ГРП при сохранении существующей распредели- тельной системы газоснабжения низкого давления зоны обслуживания данного ГРП; перераспределение расчетных расходов газа между отдель- ными потребителями. Решение указанных задач при реконструкции системы газоснабжения модернизируемых и новых зданий (сооружений), включающей наличие газовых проточных водонагревателей и сохраняющей существующую наружную распределительную сеть газоснабжения, заключается в том, что в модернизируемых или новых зданиях (сооружениях) в зоне действия од- ного газораспределительного пункта при переводе системы горячего водо- снабжения части или всех потребителей газа с газовых проточных водо- нагревателей на централизованное теплоснабжение производится пере- ключение части или всех потребителей газа с секционного отбора газа из распределительного газопровода на отбор из общих коллекторов модерни- зируемых или новых зданий (сооружений) для уменьшения расчетного уровня потребления газа. При этом дополнительно перераспределяют рас- четные величины потребления газа между указанными потребителями од- ного газораспределительного пункта, причем освобождаемый расчетный расход газа направляют на обеспечение потребления дополнительных по- требителей, находящихся в модернизируемых или новых зданиях (соору- жениях), а отвод газопровода к модернизируемому или новому зданию (сооружению) от ветви распределительной системы газоснабжения присо- единяют преимущественно перед отводами модернизируемых или новых зданий (сооружений), переведенных на централизованную систему газо- снабжения по ходу движения газа в данной ветви. Перевод систем горячего водоснабжения части или всех потребителей газа в зоне действия одного газораспределительного пункта на централизованное теплоснабжение про- изводится в непосредственной близости к нулевым точкам распредели- тельной газовой сети. При модернизации старых жилых и общественных зданий, построен- ных более 10 лет назад, когда требования к термическому сопротивлению ограждений были значительно (примерно в три раза) ниже по сравнению с современными (СНБ 4.03.01–98), в первую очередь предусматривается тепловая модернизация стен и чердачных помещений, что позволяет уменьшить теплопотери примерно в 1,5–2 раза и создает резерв возможно- стей обеспечения теплоснабжения дополнительных объемов модернизиру- емых и вновь строящихся зданий и сооружений. Последнее особенно необ- ходимо при модернизации старых (с надстройкой дополнительных этажей) и строительстве новых зданий с целью снижения стоимости 1 м2 новой площади примерно на 20 % за счет использования существующей системы теплогазоснабжения и другой инфраструктуры. Возможность образования резерва теплоснабжения жилого района при тепловой модернизации зданий позволяет осуществлять перевод некоторых или всех старых зданий с газовых проточных водонагревателей на централи- зованное горячее водоснабжение. В таких домах расчетный расход газа су- 42 щественно уменьшается, что создает резерв газоснабжения для его использо- вания при реконструкции старых и строительстве новых зданий. В качестве примера возможного уменьшения расчетной величины рас- хода газа можно использовать 64-квартирный 5-этажный жилой дом при четырех подъездах и отводах газопроводов от дворового распределитель- ного газопровода. В каждом подъезде 16 квартир с четырехконфорочной газовой плитой для приготовления пищи и газовым проточным водонагре- вателем. В этом случае расчетный расход газа для каждого отвода в подъезд со- ставит Qр = nK0(Qn + Qв) = 16 0,3 (1,1 + 2,9) = 19,2 м 3/ч, (2) где n – количество квартир; K0 – коэффициент одновременности в соответ- ствии с СНБ 4.03.01–98; Qn – расчетный расход газа для четырехконфороч- ной плиты, м3/ч; Qв – расчетный расход газа для газового проточного водо- нагревателя, м3/ч. При наличии в каждой квартире только газовой плиты Qp = nK0Qn = 16 0,24 1,1 = 4,2 м 3/ч, (3) что на 15 м3/ч меньше по сравнению с наличием газовых проточных водо- нагревателей. Итого, для такого дома экономия расчетного расхода газа составляет 4 15 = 60 м3/ч, что при благоприятных условиях позволяет обеспечить газом, по крайней мере, три-четыре аналогичных дома при установке только газовых плит. В случае надстройки 5-этажных домов до 9 этажей при наличии только газовых плит в квартирах такой рекон- струкции достаточно, чтобы обеспечить газом дополнительно несколько новых жилых домов. Таким образом, перевод жилого дома с газовых проточных водонагре- вателей на централизованное горячее водоснабжение, кроме существенно- го повышения безопасности жильцов (каждый год в Республике Беларусь фиксируется несколько несчастных случаев, зачастую со смертельным ис- ходом, в ванных комнатах с газовыми проточными водонагревателями), позволяет создавать возможности модернизации жилых домов с надстрой- кой новых этажей и газификации новых зданий без реконструкции распре- делительной сети низкого давления в зоне одного ГРП. Перевод жилого дома на централизованное горячее водоснабжение тре- бует определенных затрат, которые во много раз меньше по сравнению со стоимостью реконструкции распределительной системы газоснабжения низкого давления в зоне обслуживания ГРП. Наряду с переходом на цен- трализованное горячее водоснабжение возможно добиться уменьшения расчетного расхода газа путем перевода с секционного отбора газа из рас- пределительного газопровода на общие коллекторы нескольких зданий, что уменьшает расчетный уровень потребления газа. Если использо- вать исходные данные из приведенного выше примера, то при устройстве общедомового газового коллектора расчетная величина расхода газа соста- вит Qp = 64 0,2 (1,1 + 2,9) = 51,2 м 3/ч по сравнению с прежним 19,2 4 = = 76,8 м3/ч, когда отводы газопроводов от распределительной сети делают- ся отдельно в каждый подъезд. В случае использования общедомово- го коллектора и перехода на централизованное горячее водоснабжение расчетный расход газа составляет 15,5 м3/ч, что несколько меньше (4,2 4 = = 16,8 м3/ч), чем при отводе в каждый подъезд. 43 Существенный эффект дает изменение источника энергии для горячего водоснабжения внутри модернизируемого жилого дома. При этом может образоваться даже некоторый резерв величины расчетного расхода газа, который можно использовать при модернизации соседних домов, где нет газовых проточных водонагревателей. При выборе жилых домов, являющихся объектами модернизации, для сохранения параметров существующей распределительной системы газо- снабжения необходимо правильно выбрать места расположения таких объ- ектов. Поэтому необходимо рассмотреть особенности изменения гидрав- лического режима при распределении потребляемых объемов газа между объектами модернизации. Как известно [2], схемы распределительных систем газоснабжения, в принципе, относятся к двум видам – кольцевым и тупиковым, представ- ленным на рис. 1. В практике газоснабжения обычно приходится иметь де- ло с различными комбинациями схем, но их всегда можно разделить на простые элементы, состоящие из кольцевых и тупиковых схем. Гидравлический расчет таких схем достаточно прост, но громоздок, и производится на компьютере по готовой программе, что позволяет просчи- тывать любые перераспределения отборов газа из распределительной сети. а б Рис. 1 Однако для предварительной ориентировки выбора положения модер- низируемых или вновь строящихся зданий с перераспределением потреб- ности в газе необходимо проанализировать возможные изменения гидрав- лических параметров газораспределительной сети. При этом для сохране- ния постоянства режима работы распределительной сети необходимо постоянство расчетных давлений в узловых точках (рис. 1, точки 1, 2, 3 и т. д.) или перепадов давлений между узлами. Оценить влияние места расположения модернизируемых зданий проще всего на простом примере их расположения на участке (перемычке) газо- провода между узлами 2 и 6 (рис. 1) и в соответствии со схемой, приведен- ной на рис. 2, где точкой 9 обозначено надстраиваемое или новое здание, а точкой 10 – здание, переводимое с газовых проточных водонагревателей на централизованное горячее водоснабжение. При этом перепад давления на участке 2–6 должен остаться постоянным, в противном случае направление движения газа на участке перемычки может измениться и вся система рас- согласуется по сравнению с первоначальным состоянием. Особенностью расчета перемычек является полное использование газа потребителями Qn = Q9 + Q10, (4) 7 6 5 4 3 2 1 8 5 3 2 1 44 где Qn – полный расчетный расход газа потребителями, расположенными у перемычки, м3/ч; Q9, Q10 – расчетный расход газа потребителями 9 и 10, м 3/ч. Рис. 2 Если обозначить первоначальные расчетные расходы газа потребителя- ми 9 и 10 дополнительным индексом «1» (Q9.1 и Q10.1), а расчетные расходы газа после модернизации зданий – через дополнительные индексы «2» (Q9.2 и Q10.2), то при постоянном диаметре газопровода можно записать Δh = Δh1 +Δh2, (5) где Δh1 – потери давления газа на участке l1 (рис. 2), Па; Δh2 – потери дав- ления газа на участке l2 (рис. 2), Па. Тогда Δh1 = 0,81 0 2 9.1 10/1 15 ( ) ; Q Q l d (6) Δh2 = 0,81 0 2 10/1 25 . Q l d (7) Если обозначить 0,81 0/d 5 = А, то Δh = A[(Q9.1 + Q10.1) 2l1 + 2 10.1Q l2]. (8) Аналогично после модернизации зданий Δh = A[(Q9.2 + Q10.2) 2l1 + 2 10.2Q l2]. (9) Отсюда (Q9.1 + Q10.1) 2l1 + 2 10.1Q l2 = (Q9.2 + Q10.2) 2l1 + 2 10.2Q l2. (10) Тогда возможное увеличение расчетного расхода газа потребителя 9 можно представить в виде 2 2 10.1 10.11 2 9.1 2 9.19.2 2 2 2 9.1 10.2 10.21 9.2 2 9.2 1 . 1 Q Ql Q l QQ Q Q Ql Q l Q (11) Так как Q10.1/Q9.1 > Q10.2/Q9.2, подкоренное выражение больше 1, откуда Q9.2/Q9.1 > 1. Аналогичное аналитическое выражение можно также получить для случая расположения модернизируемого или вновь строящегося здания за домом, переведенным с газовых проточных водонагревателей на централи- зованное горячее водоснабжение. l1 2 l 10 9 6 l2 45 Как показывают многочисленные расчеты, увеличение эффекта пере- распределения расчетных расходов газа при расположении модернизируе- мого или нового здания до переведенного на централизованное горячее водоснабжение по направлению движения газа существенно меньше по сравнению с предыдущим случаем. Поэтому для получения большей эф- фективности перевода жилого дома с газовых проточных водонагревателей на централизованное горячее водоснабжение необходимо присоединять отводы от распределительного газопровода к надстраиваемому или строя- щемуся зданию преимущественно перед отводами по ходу движения газа к дому, переведенному с проточных газовых водонагревателей на центра- лизованную систему газоснабжения. Из представленного анализа видно, что эффективность перераспреде- ления расчетных расходов газа за счет перевода жилых домов с газовых проточных водонагревателей на централизованное горячее водоснабжение зависит не только от количества ликвидированных водонагревателей, но и от взаимного расположения потребителей. В качестве примера ниже при- веден расчет перераспределения расходов газа между модернизируемым 5-этажным домом с надстройкой четырех этажей при ликвидации газовых проточных водонагревателей и новым 9-этажным строящимся жилым домом, в котором пять подъездов с 24 квартирами каждый (1-й этаж занят магазином), оборудованных четырехконфорочными газовыми плитами. Как было вычислено ранее, для 5-этажного дома с газовыми проточны- ми водонагревателями в 16 квартирах каждого подъезда расчетный расход газа 19,2 м3/ч, что для всего дома при отводах от распределительного газо- провода в каждый подъезд составляет Q10.1 = 19,2 4 = 76,8 м 3/ч, а для надстроенного до 9 этажей Q10.2 = 28 0,232 1,1 4 = 28,6 м 3/ч. Для нового 9-этажиого дома Q9.2 = 24 0,233 1,1 5 = 30,8 м 3/ч. Освободившийся после ликвидации газовых проточных водонагрева- телей в 5-этажном доме резерв расчетного расхода газа составляет Qр = = 76,8 – 28,6 = 48,2 м3/ч, что превышает необходимый расчетный расход газа для строящегося 9-этажного дома без учета расположения их отводов в подъезды от ближайшего узла распределительного газопровода низкого давления по ходу движения газа. При расчете газоснабжения нового дома в случае Q9.1 = 0 приведенная ранее зависимость имеет вид 2 21 10.1 10.1 2 9.2 2 2 10.2 10.21 9.2 2 9.2 . 1 l Q Q l Q Q Ql Q l Q (12) В случае l1 = 200 м и l2 = 100 м получим 2 2 9.2 2 2 76,8 2 76,8 28,6 26,8 1 2 30,8 30,8 Q 49 м3/ч, что при данных l1 и l2 указывает на их малое влияние. При перераспределении потребляемых газовых потоков, даже в случае изменения направления движения газа в газопроводах вблизи нулевой точ- 46 ки (рис. 1а, точка 5 без отбора газа), расчетная величина давления газа в домовом отводе должна составлять рn + Δрd, (13) где рn – нормативное давление газа при входе в газоиспользующий прибор; Δрd – потери давления газа во внутридомовой сети. Поэтому желательно предусматривать перевод здания на централизо- ванное горячее водоснабжение поближе к нулевой точке распределитель- ной сети от ГРП. Известны способы [6] расчета газопроводов с параллельными нитками, лупингами*, вставками для различных условий их применения. Однако условия и особенности их использования для различных случаев не рас- сматриваются из-за отсутствия постановки задачи перераспределения рас- четных расходов газа и точек их отбора потребителями при сохранении старого гидравлического режима. В описанном выше способе реконструкции системы газоснабжения ча- стично рассмотрено проведение перераспределения расчетных величин потребления газа между потребителями одного ГРП, причем освобождае- мый расчетный расход газа направляется на обеспечение потребления до- полнительных газовых приборов, расположенных либо в строящихся, либо в реконструируемых зданиях, а присоединение отвода газопровода к ре- конструируемому или строящемуся зданию от ветви распределительной системы газоснабжения производят преимущественно перед отводами по ходу движения газа в данной ветви к зданию. В связи с чем в этом случае предусматривается использование изменения расчетных расходов газа по- требителей в непосредственной близости к нулевым точкам распредели- тельной газовой сети. Задачи такого способа реконструкции распредели- тельной системы газоснабжения являются: обеспечение расчетного потреб- ления газа реконструируемых (с увеличением этажности и общей жилой площади) и новых зданий и сооружений в зоне питания одного ГРП при со- хранении существующего режима работы распределительной системы газо- снабжения низкого давления зоны обслуживания данного ГРП; перераспре- деление расчетных расходов газа между отдельными потребителями. Решение указанных задач обеспечивается посредством реконструкции распределительной системы газоснабжения реконструированных или но- вых зданий (сооружений), при котором производят перераспределение расчетных величин потребления газа между потребителями одного ГРП в существующей наружной распределительной сети газоснабжения. При этом освобождаемый расчетный расход газа направляют на обеспечение потребления дополнительных потребителей, находящихся в реконструиро- ванных или новых зданиях (сооружениях), а к наружной распределитель- ной сети газоснабжения через отвод газа подключают новый газопровод от потребителя с уменьшенным расчетным расходом газа и прокладывают его до потребителя с повышенным или новым расчетным расходом газа, при- чем диаметр нового газопровода определяют исходя из перепада давления между точкой отвода от наружной распределительной сети и точкой при- соединения к потребителю при расчетном расходе газа, равном сэконом- ленному в точке отвода. При использовании экономии расчетных расходов газа от двух или бо- лее отводов к потребителям новый газопровод прокладывают через необ- ходимые точки отводов с диаметрами, определяемыми по перепадам дав- лений между точками отводов, и расходами, равными суммам экономии расчетных расходов газа во всех последовательных точках отводов, к кото- рым присоединяют новый газопровод. 47 ___________ * Лупинг – параллельная ветвь всего участка газопровода. При уменьшении расчетного потребления газа для сохранения постоян- ства давлений в действующей ветви наружного газопровода с увеличен- ным расходом газа вместо отдельного нового газопровода на каждом участке старого газопровода до точки нового отвода или отвода с увели- ченным расчетным расходом газа прокладывают лупинг, параметры кото- рого обеспечивают постоянство прежнего гидравлического режима наруж- ной распределительной сети. На каждом участке наружного газопровода с повышенным расчетным расходом газа до точки его отбора устраивают вставки, обеспечивающие постоянство прежнего гидравлического режима наружной распределительной сети. Предлагается реконструкция наружной распределительной системы газо- снабжения реконструируемых и новых зданий и сооружений, обеспечиваю- щая сохранение режима работы существующей наружной распределительной сети газоснабжения. Сущность этого заключается в том, что к отводу газа к потребителю с уменьшенным расчетным расходом газа дополнительно под- ключают новый газопровод, который прокладывают до потребителя с повы- шенным или новым расчетным расходом газа, при этом во всей сети обеспе- чивается прежний (исходный) режим движения газа путем сохранения во всех узловых точках неизменных величин давления. Последнее необходимо для сохранения неизменным потокораспределения, особенно в сложноколь- цевых распределительных сетях низкого давления, характерных для микро- районов и жилых массивов старой застройки. Это достигается посредством учета перепадов давлений в конечных точках подключения (между точкой отвода от наружной распределительной сети и точкой присоединения к упо- мянутому потребителю – строящемуся новому или реконструируемому зда- нию) нового газопровода при выборе его диаметра. Схема примерной распределительной системы газоснабжения рекон- струируемых старых или строящихся новых зданий в пределах района пи- тания одного ГРП представлена на рис. 3. На схеме позициями I и II обо- значены потребители с уменьшенным расчетным расходом газа, опреде- ляющие места отводов в наружной распределительной сети газоснабжения для подключения нового газопровода; позициями III и IV – соответственно реконструируемое здание посредством его надстройки и/или уширения и новое строящееся здание – потребители с повышенным или новым расчет- ным расходом газа; 11 – наружная распределительная сеть; 12 – ГРП сети; 13 – новый газопровод; 14 – места включения лупингов. Наиболее простым решением поставленной задачи является подсоеди- нение к отводу (рис. 3, точка 3) от наружного распределительного газопро- вода нового газопровода (рис. 3, пунктир) до общедомового коллектора реконструируемого (рис. 3, точка 10) или нового здания (рис. 3, точка 9), нуждающегося в дополнительном расчетном газопотреблении. При этом диаметр нового газопровода определяется по методике, предложенной в [2], и по перепаду давления между отводом (рис. 3, точка 3) от наружно- го распределительного газопровода и вводом реконструируемого (рис. 3, точка 10) или нового здания (рис. 3, точка 9). В случае необходимости экономии величин расчетных расходов газа от двух (рис. 3, І + II) или более зданий параметры нового газопровода опре- деляются последовательно для каждого участка присоединения (рис. 3, точки 3–5, 5–9 или 5–10) в соответствии с возрастающим расчетным рас- ходом газа. При использовании рассчитанного таким образом дополни- тельного нового газопровода режим работы старой распределительной се- 48 ти газоснабжения останется неизменным благодаря обеспечению прежнего распределения давлений во всех узловых точках. Рис. 3 Однако прокладки дополнительного нового газопровода для перераспре- деления расчетного газопотребления и сохранения постоянства режима рабо- ты старой газораспределительной сети можно избежать путем использования лупингов (параллельных участков газопроводов) [7], которые необходимо прокладывать на всех участках старого газопровода с измененным расчетным расходом газа. Так, в приведенном примере (рис. 3) для газоснабжения ново- го дома IV лупинги надо прокладывать на участках 3–4 и 4–5. Для увеличения использования расчетного расхода газа реконструиро- ванным зданием III лупинги следует устраивать на участках 3–4, 4–5, 5–6, 6–7 и 7–8. Расчет параметров лупингов (длину и диаметр) следует про- изводить по формулам, рекомендуемым С. А. Бобровским [7]. Так как лупинги могут быть значительно короче участков газопроводов, для кото- рых они предназначены, площадки их устройства можно выбирать в удоб- ных местах старых территорий, не загроможденных различными подзем- ными коммуникациями и строениями. Кроме того, присоединение новых газопроводов и лупингов для низкого давления газа можно производить без выключения и продувки реконструируемого участка старого распреде- лительного газопровода, что значительно упрощает все процедуры. Прокладку новых газопроводов и лупингов можно заменить устрой- ством специальных вставок увеличенного диаметра в действующий старый распределительный газопровод. Устраивать вставки необходимо на всех участках от узловых точек экономии расчетных расходов газа до их роста аналогично лупингам. Устройство вставок требует отключения этих участ- ков старого распределительного газопровода, что вызовет дополнительные трудозатраты и расходы. Выбор вариантов модернизации тупиково-разветвленной ветви распре- делительной системы газоснабжения для части жилого массива производят после завершения проекта реконструкции и дополнительной застройки данной части жилого массива посредством расчета гидравлического режи- ма, основанного на том, что используют следующие меры: новые вставки газопровода с внутренним диаметром в 1,6–2 раза больше диаметра модернизируемого участка и длиной 12 14 11 13 1 8 9 10 I II IV III 3 4 5 6 7 ГРП 2 49 l = (1,1–1,2) 1 0 1 ; р р (14) лупинги с внутренним диаметром в 1,6–2 раза больше диаметра мо- дернизируемого участка и длиной l = 1 0 1 , р р (15) где l – длина вставки или лупинга, м; р0, р1 – потери давления на модер- низируемом участке газопровода до и после реконструкции жилого масси- ва, Па; 1 – удельная потеря давления на участке после реконструкции жилого массива, Па м; при необходимости уменьшения потерь давления примерно на поря- док во всей ветви газопровода производят замену участка данной ветви или сооружают параллельные участки газопровода, диаметр которых в 1,6–2 раза больше диаметров модернизируемых участков. Модернизацию посредством обустройства вставок, лупингов или па- раллельных участков осуществляют на ветвях газопроводов с высокими потерями давления, обусловленными их относительно небольшими диа- метрами. Следует рассматривать несколько вариантов модернизации от- дельной части распределительной системы газоснабжения – тупиково- разветвленной ветви, приводящих к повышению пропускной способности участков газопроводов и уменьшению потерь давления: замена части участка газопровода на трубу большего диаметра, назы- ваемую «вставкой»; устройство лупинга; устройство параллельного ответвления для всего участка газопровода; замена всего участка газопровода на трубу большего диаметра; комбинация этих способов. Для каждого варианта модернизации каждого элемента распредели- тельной системы газоснабжения необходимо найти наиболее эффективные и дешевые способы повышения пропускной способности газопровода и параметры их применения в сложных условиях старых жилых массивов, где существуют многочисленные подземные системы жизнеобеспечения (водопровод, канализация, тепло- и электросети и др.), а также расположе- ние и конфигурация зданий создают большие трудности проведения зем- ляных работ. Основой для определения необходимых параметров модернизации яв- ляются уравнения [2, c. 74, 211]: падения давления на рассматриваемом участке 2 5 0 0 00,81 ,р Q d l (16) где р0 – перепад (потери) давления газа в участке распределительной сети до реконструкции старого жилого массива, Па; ρ0 – плотность газа при нормальных условиях, кг/м3; – коэффициент трения; Q0 – объемный рас- ход газа, приведенный к нормальным условиям, м3/ч; d – внутренний диа- метр трубы газопровода, см; l – длина участка распределительной сети, м; капитальных вложений в газопроводы K = bd, (17) где b – коэффициент стоимости, руб./см. Исходя из этих уравнений, можно получить: 50 1) зависимость необходимого внутреннего диаметра газопровода от удель- ного падения давления (Δр) на любом участке распределительного газопрово- да при развитом турбулентном (автомодельном) режиме движения газа d = 20 0[(0,81 )Q /Δр] 0,2; (18) 2) зависимость необходимых диаметров параллельно соединенных га- зопроводов от необходимых расходов газа d2/d1 = (Q0,2/Q0,1) 0,4, (19) где d1, d2 – внутренние диаметры газопроводов, см; Q0,1, Q0,2 – соответ- ствующие индексам расходы газа; 3) уменьшение потерь давления в газопроводе при увеличении его внутреннего диаметра в 1,6–2 раза составляет 10–32 раза; 4) отношение капитальных затрат на устройство лупингов в зависимо- сти от их длин и расходов газа K2/K1 = ((Q0 – Q0,2)/(Q0 – Q0,1)) 0,4(l2/l1) 0,2(l2/(l1 – Δl)), (20) где K2, K1 – капитальные затраты на устройство лупинга и параллельной ветки; Q0 – необходимый общий расход газа через расчетный участок рас- пределительной сети; l2, l1 – длины лупинга и параллельной (основной) ветви; Δl = (Δр1 – Δр0)/Δρ1, Δр1, Δр0 – расчетные перепады давления на рас- четном участке после и до модернизации; Δρ1 – необходимое удельное па- дение давления на участке после модернизации. Основываясь на приведенных основных принципах решения постав- ленных задач, следует отметить, что для нормальной работы всех газопо- требляющих приборов низкого давления избыточное давление газа на вхо- де в прибор должно составлять 1,2–3,0 кПа, а у каждого ответвления в зда- ние – 1,8–3,0 кПа [3, с. 80]. Если верхний предел величин допустимо- го избыточного давления газа обеспечивается функционированием ГРП, то нижние значения избыточного давления зависят от гидравлических харак- теристик распределительной сети и объемов потребления газа всеми потре- бителями. При росте потребления газа по пути его следования к концевым потребителям последним просто не хватит газа, что выразится падением его избыточного давления на входе в газовые приборы ниже нормативного и ухудшением их работы, отключением и повышением опасности эксплуата- ции. Поэтому увеличение количества газопотребляющих приборов, связан- ное с увеличением жилой площади и количества квартир при реконструкции старых жилых домов с достройкой верхних этажей и дополнительной за- стройкой свободных территорий, в каждом конкретном случае может приво- дить к необходимости модернизации какого-то участка газопровода. При этом произведенные отдельные модернизации участков газопроводов при окончательной реконструкции жилого массива могут взаимно перекрываться и даже мешать друг другу. Следовательно, выбор, оценку и реализацию вари- антов модернизации отдельных элементов распределительной системы газо- снабжения необходимо производить по комплексному проекту реконструк- ции и дополнительной застройки всего жилого массива. Увеличение длин вставок и лупингов приводит к росту капитальных за- трат на модернизацию участка распределительной системы газоснабжения. Поэтому вставки и лупинги должны быть минимальных размеров, которым существенно способствует резкое (в 1,6–2 раза) увеличение их диаметров. Поэтому устраивать целые параллельные ветви или замены участков газо- проводов экономически оправдано только в случае необходимости умень- шения потерь давления на этих участках в 10 и более раз. При этом следует 51 учитывать технические сложности, связанные с земляными работами и временным отключением газоснабжения в старых жилых районах особен- но крупных городов. Следовательно, наиболее предпочтительными мероприятиями при мо- дернизации отдельных участков газопроводов являются лупинги и вставки с диаметрами газопроводов в 1,6–2 раза больше старого участка. При этом длины вставок с учетом остаточных потерь давления должны составлять 1,1–1,2 расчетной длины, где коэффициент 1,2 используется с учетом мест- ных сопротивлений изменения диаметра при d1/d0 = 1,6 и l1 < 0,5l0, а коэффициент 1,1 – при l1 > 0,5l0, где l0 – длина участка газопровода. Для лупингов с учетом старой ветви газопровода при d1/d0 = 1,6 (где d2 – внутренний диаметр лупинга) нет необходимости учитывать местное со- противление врезок и поворотов, если не учитывать частичный проход газа через старый параллельный участок газопровода. Тогда необходимая длина лупинга составляет l2 = (Δр1 – Δр2)/ 1, Для уменьшения затрат на модернизацию отдельных участков газопро- водов при помощи вставок и лупингов, а также устройства параллельных ветвей для участков газопроводов следует выбирать участки небольших диаметров (≤ 200 мм) с высокими потерями давления. Одним из условий ресурсосбережения при проектировании сетей газо- снабжения является применение всего сортамента выпускаемых промыш- ленностью диаметров труб [8]. Использование ограниченного сортамента трубопроводов в последнее время может объясняться, во-первых, несо- вершенством методик проектирования, при использовании которых нали- чие дополнительных типоразмеров диаметров не приводит к сокраще- нию затрат на строительство, модернизацию и эксплуатацию газовых сетей. Во-вторых, усложнение процессов поставки, хранения и монтажа, что однако мало отражается в сметных нормах. В-третьих, заказчик не всегда проводит конкурс между проектными организациями, в то время как строители заинте- ресованы в увеличении стоимости проекта. Применение только выпускаемых в Республики Беларусь полиэтиленовых труб, сортамент которых весьма ограничен вследствие их более низкой стоимости по сравнению с импортны- ми благодаря программе импортозамещения, экономически целесообразно, хотя приводит к несколько завышенной материалоемкости. В Ы В О Д Использование приведенных рекомендаций позволяет существенно (на 10–30 %) ускорить и удешевить реконструкцию систем газоснабжения низкого давления, многие из которых уже отработали свой срок службы. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. П е ш е х о н о в, Н. И. Проектирование газоснабжения / Н. И. Пешехонов. – Киев: Будівельник, 1970. – 148 с. 2. И о н и н, А. А. Газоснабжение / А. А. Ионин. – М.: Стройиздат, 1989. – 440 с. 3. Г а з о с н а б ж е н и е: СНБ 4.03.01–98. – Минск: Минстройархитектуры, 1999. – 94 с. 4. С п о с о б регулирования расхода и давления при поставках газа потребителям: пат. РФ № 2176100, МПК7G05D16/00, G05D27/00, 2001 / И. В. Макаров, А. А. Клюкин, Н. М. Байко. 5. П у б л и к а ц и я № 96124582 РФ, МПК7 Е04В1/35, E04G23/0Q, E04G1, 1998 / С. Н. Се- ливанов. 6. Б о б р о в с к и й, С. А. Гидравлический расчет распределительных трубопроводов / С. А. Бобровский. – М.: Стройиздат, 1968. – 160 с. 7. Б е л о в, С. А. Реконструкция внутридомовых газопроводов и газопроводов вводов низкого давления типичного микрорайона и строительство газопроводов с применением запорной арматуры нового поколения / С. А. Белов // Трубопроводная арматура и оборудо- вание. – 2005. – № 3. – 189 с. 52 8. О с и п о в, С. Н. Роль использования полного сортамента труб в ресурсосбережении при проектировании систем газоснабжения / С. Н. Осипов, А. Я. Савастиенок // Строитель- ство и архитектура. – 2006. – № 1. – С. 96–98. Поступила 12.02.2013 УДК 621.438 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДУТЬЯ, ОБОГАЩЕННОГО КИСЛОРОДОМ, В ОТОПИТЕЛЬНЫХ КОТЛАХ МАЛОЙ МОЩНОСТИ Канд. техн. наук, доц. РАТНИКОВ П. Э., канд. техн. наук МЕНДЕЛЕВ Д. В., докт. техн. наук, проф. ТРУСОВА И. А., канд. техн. наук КАБИШОВ С. М. Белорусский национальный технический университет Замена воздушного дутья кислородом или существенное его обогаще- ние кислородом повышают температуру горения газообразных топлив на 500–900 С, увеличивают излучательную способность факела в 1,5–2 раза, уменьшают объем продуктов сгорания в 2–3,5 раза и соответственно коли- чество уносимой ими теплоты, что приводит к повышению КПД уста- новок. Указанные параметры создают предпосылки для широкого приме- нения кислорода в процессах сжигания топлив в нагревательных печах и устройствах [1]. В статье приведены результаты комплексных экспериментальных и тео- ретических исследований эффективности применения дутья, обогащенного кислородом, в отопительных котлах малой мощности на примере установ- ки HEIZA (тип HW-S-10/K). Она предназначена для разогрева масляного теплоносителя объемом до 180 м3/ч, оснащена дутьевой горелкой фирмы WEISHAUPT/G50/2-A, работающей на холодном воздухе c максимальным потреблением до 400 м3/ч природного газа с теплотворной способностью 8000–8300 ккал/м3 (максимальная тепловая мощность – 5400 кВт, давление в горелке – до 500 Мбар). Общий вид установки HEIZA приведен на рис. 1, горелочного устройства – на рис. 2. Рис. 1. Общий вид котла HEIZA Рис. 2. Горелка фирмы WEISHAUPT/G50/2-A