автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Моделирование децентрализованных систем газоснабжения на базе сжиженных углеводородных газов

На правах рукописи ИВАНОВА ЕКАТЕРИНА ВАДИМОВНА

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ НА БАЗЕ СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

Специальность 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Курицын Борис Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Панов Михаил Яковлевич

кандидат технических наук Котельников Николай Стефанович

Ведущая организация - Государственное образовательное учре-

ждение высшего профессионального образования Саратовский государственный аграрный университет

Защита состоится «8» июня 2006 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.033.02 в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20 лет Октября, 84, корпус 3, ауд. 20. тел./факс (8-0732) 71-53-21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно - строительный университет» (ГОУ ВПО ВГАСУ)

Автореферат разослан «¿У» апреля 2006 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Колодяжный С.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы.

Сжиженные углеводородные газы (СУГ), используемые в качестве топлива, выпускаются отечественными предприятиями в виде трех марок продукта. Поставка продукта различного компонентного содержания осложняет работу нефтегазоперерабатывающих предприятий, обусловливает повсеместный дефицит пропана при излишках бутана, затрудняет операции по производству и сбыту продукта.

В этой связи обоснование единого компонентного состава СУГ с минимальным содержанием дефицитного пропана, обеспечивающего надежную, безопасную и экономичную работу всех элементов систем газоснабжения независимо от сезонности и климатических условий эксплуатации представляет собой актуальную научно-техническую задачу.

В существующей практике снабжения сжиженным газом сельских поселков, а также жилых массивов городов с преимущественно одноэтажной (усадебной) застройкой, осуществляется, как правило, от индивидуальных газобаллонных установок. При этом сжиженный газ используется только в газовых плитах (на цели пшцеприготовления и, отчасти, для нагрева воды на хозяйственные нужды и приготовление кормов для домашних животных). В то же время такие жизненно важные нужды как отопление и горячее водоснабжение удовлетворяются за счет использования твердого топлива (уголь, дрова). Сложившаяся структура бытового энергобаланса жилых усадебных зданий не отвечает требованиям к современному уровню инженерного сервиса и негативно сказывается на благосостоянии и жизнедеятельности населения.

Бурное развитие строительства загородных домов и коттеджей с повышенным уровнем инженерного благоустройства предъявляет дополнительные требования к качеству энергообеспечения квартир, прежде всего, на газовом топливе.

Большая рассредоточенность потребителей при относительно небольших объемах газопотребления в сочетании с высокой стоимостью сжиженного газа обусловливают приоритетность развития газификации на базе децентрализованных систем газоснабжения, что, в свою очередь, требует разработки научно обоснованных методов их расчета и проектирования в зависимости от характера газоиспользующего оборудования и обеспеченности газопотребления.

Диссертационная работа выполнялась на кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция» Саратовского государственного технического университета в рамках тематических планов следующих научно-исследовательских работ:

- научно-техническая программа СГТУ-22 «Разработка и обоснование энергосберегающего инженерного оборудования зданий». Номер госрегистрации 01200314112,2004 г.

- госбюджетная НИР по внутривузовскому заказ-наряду «Разработка проблем энергосбережения и эффективного использование-топлива».^Номедэ ^оецеги-сграции 01200003714,2004 г.

Цель работы заключается в моделировании децентрализованных систем газоснабжения на базе сжиженных углеводородных газов.

Задачи исследования. Поставленная цель реализуется путем решения ряда взаимосвязанных задач:

- обоснование компонентного состава СУГ, поставляемого на нужды коммунально-бытового газоснабжения;

- моделирование децентрализованных систем снабжения сжиженным газом на базе индивидуальных баллонных установок;

- моделирование децентрализованных систем снабжения сжиженным газом на базе индивидуальных резервуарных установок;

- выбор рациональной области применения баллонных и резервуарных установок в системах децентрализованного снабжения сжиженным газом.

Научную новизну диссертационного исследования составляют: алгоритм оптимизации компонентного состава СУГ, поставляемого на нужды коммунально-бытового газоснабжения, реализация которого обеспечивает комплексный подход к решению задачи с учетом специфических особенностей производства и сбыта продукта, а также требований к надежности, безопасности и экономичности систем газоснабжения;

математическая модель функционирования децентрализованной системы снабжения СУГ по комплексу: расходная емкость-регулятор давления -газовая горелка, отличительной особенностью которой является системная постановка задачи, численная реализация которой позволяет выявить зависимость эксплуатационных параметров газогорелочных устройств от комплексного воздействия физических процессов, имеющих место в других элементах газоснабжающей системы;

математическая модель и алгоритм расчета паропроизводительности индивидуальных баллонных (резервуарных) установок с естественной рега-зификацией СУГ. По сравнению с известными аналогами предложенная модель учитывает суточную динамику газопотребления в сочетании с тепловой аккумуляцией системы жидкость-металл, что вскрывает дополнительные резервы паропроизводительности установок;

математическая модель теплообмена подземного резервуара сжиженного газа в системе грунт-атмосферный воздух. В отличие от известных аналогов предложенная модель более адекватно отражает реальные тепловые режимы эксплуатации резервуарных установок в холодный период времени года и обеспечивает научно обоснованные предпосылки к обоснованию оптимального уровня их тепловой защиты;

экономико-математическая модель выбора рациональной области применения баллонных и резервуарных установок в системах децентрализованного снабжения сжиженным газом. Отличительной особенностью модели является обобщенная постановка задачи в рамках технологического комплекса: газонаполнительная станция-газовый прибор и системный подход к ее реализации.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается использованием фундаментальных положений теории тепло-массообмена и химической термодинамики, современных методов математического и экономико-математического моделирования, а также результатов экспериментальных работ. Основные положения и выводы диссертационной работы коррели-руются с данными других исследователей.

Практическое значение и реализация результатов.

Разработанные в диссертации теоретические и практические положения обеспечивают повышение эффективности и надежности поселковых систем газоснабжения на базе децентрализованных установок сжиженного газа путем реализации и внедрения:

- рекомендаций по рациональному составу СУГ, поставляемого на нужды коммунально-бытового потребления;

- математических моделей и разработанных на их основе инженерных мето-' дов расчета паропроизводительности баллонных и резервуарных установок

сжиженного газа;

- рекомендаций по выбору оптимальных конструктивных и эксплуатационных параметров децентрализованных систем снабжения сжиженным газом и рациональной области их применения.

Результаты научных исследований внедрены в головном научно-исследовательском институте ОАО «Гипрониигаз» и рекомендованы научно-техническим Советом для использования в проектной практике института (Протокол № 2 от 08.12.05).

Материалы исследований используются в лекционном курсе «Системы снабжения сжиженным газом», читаемом на кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция» Саратовского государственного технического университета, а также в курсовом и дипломном проектировании студентов.

На защиту выносятся:

алгоритм оптимизации компонентного состава СУГ, поставляемого на нужды коммунального газоснабжения;

математическая модель функционирования децентрализованной системы снабжения сжиженным газом по комплексу расходная емкость-газовая горелка;

математическая модель и алгоритм расчета паропроизводительности индивидуальных баллонных (резервуарных) установок с естественной рега-зификацией СУГ;

математическая модель теплообмена подземного резервуара сжиженного газа в системе грунт-атмосферный воздух и разработанная на ее основе экономико-математическая модель оптимизации теплозащиты подземных резервуарных установок;

экономико-математическая модель выбора рациональной области применения баллонных и резервуарных установок в системах децентрализованного снабжения сжиженным газом.

Апробация. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: научных семинарах и конференциях в СГГУ, СГАУ (Саратов, 20022006); международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» БГТУ (Белгород, 2003); Российской научно-технической конференции «Перспективы использования сжиженных углеводородных газов» Гипрониигаз (Саратов, 2003); первой Всероссийской конференции молодых специалистов «Актуальные научно-технические проблемы совершенствования систем газораспределения и газопотребления» Гипрониигаз (Саратов, 2005); международной научной конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции» МГСУ (Москва, 2005).

По материалам исследований опубликовано 9 научных статей общим объемом 52 стр. Из них лично автору принадлежит 34 стр. Одна статья [7] опубликована в журнале, рекомендованном ВАК для докторских диссертаций. В работах, опубликованных в соавторстве, выходные данные которых приведены в конце автореферата, автору принадлежат: [1,2]- алгоритм оптимизации компонентного состава СУГ; [3] - разработка математической модели регазификации СУГ многокомпонентного содержания; [4, 5]-моделирование паропроизводительности баллонных (резервуарных) установок СУГ; [6, 7, 9] - обоснование поселковых систем газоснабжения на базе СУГ; [8] - экономико-математическая модель выбора децентрализованного источника снабжения СУГ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы из 108 источников и 3 приложений, общий объем 170 страниц, в том числе 158 страниц основного машинописного текста, 13 таблиц, 30 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность диссертационной тематики, сформулированы цель и задачи работы, научная новизна, достоверность полученных научных результатов, практическая значимость и положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится общая концепция и алгоритм обоснования компонентного состава СУГ, поставляемого на нужды коммунально-бытового газоснабжения. В качестве целевой установки задачи были приняты следующие исходные предпосылки:

минимальное содержание в поставляемом газе дефицитной пропановой фракции;

максимальное содержание в поставляемом газе этановых и бутановых фракций;

безопасные режимы эксплуатации систем и установок для транспорта, хранения и регазификации СУГ;

экономичная, надежная и безопасная эксплуатация газоиспользующих установок.

Реализуя исходные предпосылки методом последовательных приближений, варьировалось компонентное содержание поставляемого газа в расчете на углеводороды С2, С3, С4. Правильность выбора состава газа проверялась на соответствие нормативно-техническим требованиям (ГОСТ 20448-90).

Как показывают исследования, указанным требованиям соответствует СУ Г следующего компонентного состава (% мол.): С2=10%; Сз=50%; С4=40%. Сжиженный газ указанного состава обеспечивает регламентируемые давления паров при положительных температурах воздуха и грунта (+45 и +25 °С соответственно), а также необходимое избыточное давление при эксплуатации стационарных и транспортных емкостей в климатических районах страны с температурой воздуха для наиболее холодных суток до -45 С.

Приведенные выше соображения учитывают только безопасные условия эксплуатации емкостей СУГ и не затрагивают вопросов эксплуатации газовых приборов.

Подавляющее большинство существующих систем снабжения сжиженным газом работают по принципу отбора паровой фазы из расходных емкостей. Наличие фракционного характера испарения СУГ обусловливает подачу потребителю паровой фазы переменного состава.

Используя уравнения химической термодинамики, была разработана математическая модель регазификации СУГ многокомпонентного содержания в замкнутом объеме. Предложенная модель успешно реализуется конечно-разностным методом средствами вычислительной техники.

По сравнению с существующим аналогом предлагаемая модель более адекватно отражает физико-химическую картину процесса и повышает точность инженерных расчетов в среднем на 2(Н-25%.

Реализация модели численным методом показывает, в частности, что по мере отбора газа из расходной емкости состав паровой фазы варьируется в очень широких пределах: от этан-пропан-бутановой смеси (С2=42,6%; Сз=46,7%; С4=8,7%) до чистого бутана (С4=100%).

Подача потребителю паровой фазы СУГ с повышенным содержанием этана вызывает изменение эксплуатационных режимов газогорелочных устройств, рассчитанных на сжигание пропан-бутана. Возникает опасность погасания факела вследствие отрыва или проскока пламени. Согласно нормативным требованиям устойчивая работа горелок бытовых газовых приборов должна обеспечиваться от Pmin до максимального Ртах. Наибольший диапазон изменения рабочего давления имеет место в горелках бытовых газовых плит и составляет 180 и 3600 Па соответственно.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований эксплуатационных режимов газовой инжекционной горелки атмосферного типа при работе на СУГ рекомендуемого состава приводятся на рис. 1.

й*

и 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 Коэффициент первичного воздуха а'

А - желтые языки пламени; "О - проскок пламени; X . отрыв пламени;

Ф- пары бутана, Рпип; Я . смесь паров Сг, Сз, С4, Ртш;

© - пары бутана, Ртах; ¡-^-1- смесь паров С2, Сз, С4 Ртах;

1-отрыв пламени; 2-устойчивое горение; 3-проскок пламени;

4-желтые языки (химический недожог); 5-область рабочих режимов горелки.

Рис. 1. Эксплуатационные режимы газовой инжекционной горелки атмосферного типа

Как видно из графика рис.1, в заданных диапазонах изменения давления газа и его компонентного состава горелка газовой плиты обеспечивает необходимую полноту сжигания газа при устойчивом горении без отрыва и проскока пламени.

Изменение компонентного состава СУГ в расходной емкости вызывает соответствующие изменения физических параметров газа, поступающего в горелку: теплоты сгорания паровой фазы СУГ, ее плотности, давления и др. Указанное обстоятельство обусловливает сложный характер взаимосвязи физико-химических процессов в системе расходная емкость - газовая горелка и оказывает определенное влияние на эффективность сжигания газа и КПД га-зогорелочного устройства.

В результате аналитических исследований разработана обобщенная математическая модель децентрализованной системы газоснабжения по комплексу: баллонная (резервуарная) установка - газовая горелка. Численная реализация модели показывает, что применение СУГ рекомендуемого состава обеспечивает надежную и безопасную эксплуатацию газовых приборов (без переналадки газогорелочных устройств), необходимую полноту сгорания газа и обусловливает высокий КПД газоиспользующих установок во всем диапазоне отбора паров (при отклонении числа Воббе от номинального значения не более ±10%).

Предложенные рекомендации по компонентному составу СУГ существенно (на 20 и более процентов) расширяют объемы реализации бутана при одновременном сокращении потребления дефицитной пропановой фракции. Указанное обстоятельство способствует оптимизации структуры производства и сбыта продукта, улучшает топливный баланс газовых хозяйств и в целом газораспределительной отрасли.

Во второй главе освещаются результаты теоретических и экспериментальных исследований децентрализованных систем газоснабжения на базе индивидуальных баллонных установок.

Естественная испарительная способность баллонной (резервуарной) установки обусловливается целым рядом технических факторов, главными из которых являются: геометрический объем емкости, компонентный состав СУГ, температура окружающей среды, остаточный уровень газа в емкости и ДР-

Большое влияние на величину естественной паропроизводительности установок оказывают также режимы газопотребления.

В реальных условиях эксплуатации баллонных (резервуарных) установок потребление газа, как правило, носит динамичный характер. Особенно это относится к жилым зданиям, суточный график газопотребления которых отличается крайней неравномерностью. Наличие часовой динамики газопотребления в сочетании с теплоаккумулирующей способностью емкости вскрывает дополнительные резервы ее паропроизводительности.

Применительно к конкретным режимам потребления газа жилыми зданиями разработана конечно-разностная математическая модель паропроизводительности баллонных (резервуарных) установок и алгоритм ее численной реализации.

Разобьем общую продолжительность эксплуатации баллонной (резервуарной) установки на ряд расчетных интервалов продолжительностью Ах. Тогда для ] - го интервала времени уравнение теплового баланса примет следующий вид:

[к, - Рем, - 1ж,,) - г ]-Лт = ±(сж • Мж, ,+см -Мм, ,)• А» ж,,, (1)

где /=7, 2,3.....п.

Величина приращения температуры СУГ в течение у'-го расчетного интервала времени:

(2)

сж - Мж, | + см - Мм, ]

Температура СУГ в конце _/ - го расчетного интервала определяется по формуле:

^ж^ = (3)

Расчетные параметры баллонной (резервуарной) установки в / - м интервале времени кр Рсм^ Мж^ Ммопределяются по соответствующим зависимостям с учетом динамики уровня заполнения емкости сжиженным газом ф.

По известной динамике уровня заполнения емкости ф-} динамика компонентного состава СУГ и его давления Рсм^ находятся путем численной реализации математической модели регазификации СУГ многокомпонентного содержания в замкнутом объеме.

Результаты соответствующих расчетов для баллонной установки, работающей в комплекте с газовой плитой для суток максимального газопотребления (31 декабря), приводятся на рис. 2.

£

0,197 18,0 0,17

0,194 17,5 0,16 <Р

0,188 й 16,5 0,14 «

Я

0,182 | 15,5 0,12

5 в*

ю ¡г

0,176 2 14,5 0(0,10

§ а

0,170 Э 13,5 §0,08

р о

0,164 §■ 12,5 8 0,06

0,158 Ь 11,5 0,04

0,152 10,5 0,02

0,146 9,5 0,00

/ / ч /-Ц \

/ N

/ у

и \

/ 1 N //

\ N >1 7С

Ч и/

—1 -

1 3 5 7 9 И 13 15 17 19 21 23 24 Время газопотребления Т ,час 1 - расход газа & кг/ч; 2 - температура газа в баллоне (ж, °С;

3 - давление паров газа в баллоне Р, МПа (абс).

Рис. 2. Характеристика работы баллона при остаточном уровне заполнения 24 % (потребитель газа - газовая 4-конфорочная плита)

Как видно из графика, при остаточном уровне газа в баллоне фост=24% минимальное давление паров составляет 0,155 МПа (абс), что вполне достаточно для надежной работы регулятора давления газобаллонной установки. Минимальная температура СУГ ¿ж=+13,5 °С имеет место в вечернее время (19-20 часов). Ночью вследствие резкого снижения газопотребления температура жидкой фазы СУГ повышается и в утренние часы практически восстанавливается до температуры окружающего воздуха.

Аналогичная картина наблюдается при работе газовой плиты и проточного водонагревателя при остаточном уровне газа в баллоне фост=Ъ2%.

Наличие остаточного уровня газа вносит существенные коррективы в периодичность замены баллонов у потребителя. При использовании в качестве источника газоснабжения баллона емкостью 50 литров запас газа обусловливает работу газовой плиты с максимальной обеспеченностью газопотребле-

ния в течение 22 суток, а плиты и проточного водонагревателя в течение 12 суток.

В третьей главе освещаются результаты теоретических и экспериментальных исследований децентрализованных систем газоснабжения на базе индивидуальных резервуарных установок.

В развитие методов теплового расчета подземных резервуарных установок разработана математическая модель теплопередачи подземного цилиндрического резервуара, работающего в режиме естественной регазификации СУГ. Предложенная модель комплексно учитывает: геометрические размеры и конфигурацию резервуара, уровень его заполнения сжиженным газом, теп-лофизические характеристики грунтового массива и другие определяющие факторы. Адекватность модели подтверждается результатами натурного эксперимента. Среднее расхождение теоретических и экспериментальных значений составляет 13,8% (с доверительной вероятностью 0,95).

Обычно паропроизводительность резервуарных установок СУГ определяют из условия теплового баланса: тепловой поток, поступающий из грунта к жидкой фазе СУГ, полностью затрачивается на ее регазификацию.

В зимнее время подземные резервуары часто эксплуатируются при таком температурном режиме, когда температура сжиженного газа ¡ж ниже температуры окружающего грунта (гр, но выше температуры атмосферного воздуха 1в. Наличие у резервуара горловины и фланца распределительной головки и их теплообмена с окружающим воздухом существенно влияют на тепловые режимы хранения и регазификацию продукта и в холодный период времени года существенно сокращают паропроизводительность установок.

Указанное обстоятельство обусловливает необходимость тепловой изоляции наземных элементов резервуарной установки (горловины и фланца), а также подземного участка горловины, работающего в области низких температур грунта.

С увеличением толщины тепловой изоляции возрастают капитальные

вложения в теплозащиту резервуара К7^. Вместе с тем уменьшаются тепло-потери резервуара в окружающий воздух. Как следствие, уменьшается доля капитальных вложений в резервуарную установку, связанная с возмещением

теплопотерь к!™'ру. Приведенная постановка задачи реализована в экономико-математической модели оптимизации теплозащиты резервуара.

Как показывают технико-экономические исследования, оптимальная толщина тепловой изоляции (пенополиуретан) горловины и фланца распределительной головки в размере 122 мм гарантирует надежную эксплуатацию резервуарных установок при работе на газе рекомендуемого состава во всех климатических зонах страны и обеспечивает расчетную паропроизводительность в объеме 85-^-90% от ее теоретического максимума.

Численная реализация модели (1)-(3) применительно к подземным ре-зервуарным установкам позволила разработать рекомендации по выбору тех-

нических характеристик индивидуальных резервуарных установок для систем децентрализованного снабжения потребителей сжиженным газом (табл.).

К выбору оптимального типоразмера подземного резервуара сжиженного _газа, остаточного уровня газа и периодичности заправок_

Характеристика объекта газоснабжения Годовой расход газа, , кг/год Рекомендуемый объем резервуара, Ур, м3 Остаточный уровень газа в резервуаре, фоет, % Годовое количество заправок резервуара, п Минимальная продолжительность эксплуатации резервуара между соседними заправками, ттш, сут

Усадебные (коттеджные) здания; газовые плиты 216,66 1,3 24 0,5 490

То же, плиты и водонагреватели 339,69 1,3 55 2 154

Усадебные здания; газовые плиты и печи (котлы) непрерывного действия 1203.70 672,03 22 1,3 55 28 3 2 55 78

Усадебные здания; газовые плиты, газовые печи периодического действия 1204.14 672,10 3 2,3 54 46 2 1 74 95

Коттеджные здания, газовые плиты, водонагреватели и газовые отопительные котлы 2104.65 1133,98 3 2,3 57 32 5 2 34 76

Примечание. В числителе - холодная климатическая зона,

в знаменателе - умеренно-теплая климатическая зона.

В четвертой главе приводится технико-экономическое обоснование выбора источника децентрализованного снабжения сжиженным газом населенных пунктов малоэтажной застройки усадебного (коттеджного) типа.

Анализ технических характеристик баллонных и резервуарных систем снабжения сжиженным газом показывает, что при выборе источника децентрализованного газоснабжения населенных пунктов определяющую роль играет характер потребителей газа. При использовании СУГ на все хозяйственные и бытовые нужды (включая отопление квартир) рекомендуется использовать индивидуальные резервуарные установки. При использовании газа только на цели пищеприготовления (пищеприготовления и горячего водоснабжения) при оборудовании квартир газовыми плитами (плитами и водонагревателями) взаимно конкурентоспособны децентрализованные системы газоснабжения на базе индивидуальных резервуарных и баллонных установок.

В качестве целевой функции задачи приняты удельные (на 1 т реализуемого продукта) дисконтированные затраты йо технологическому комплексу газонаполнительная станция (ГНС) - потребитель. Поскольку затраты в газовые

приборы потребителя по сравниваемым вариантам одинаковы, анализ проводится только по переменной части целевой функции.

Удельные затраты в резервуарные системы газоснабжения Зр, дол/т включают затраты по ГНС З'нс, автомобильному транспорту СУГ резервуар-ным установкам 3РУ, распределительным и внутридомовым газопроводам 3РВГ. Аналогичные затраты в баллонные системы газоснабжения 3Б, дол/т включают затраты по ГНС 3БГИС, автомобильному транспорту СУГ Зп£т и внут-риквартирным газобаллонным установкам 3БУ.

По результатам технико-экономического анализа получены следующие

выражения для целевых функций сравниваемых вариантов:

д

3Р +ЬР / + 3Р.У +3,.в.г; (4)

3В =^-+аБ+ЬБ-' + 3Б.у ; (5)

где N— мощность станции, т/год;

I - удаленность населенного пункта от ГНС по автомобильным дорогам, км;

Ар, Аб, ар, аь Ър, Ъц — стоимостные показатели систем газоснабжения.

Для численной интерпретации предложенной модели были разработаны удельные экономические показатели элементов систем газоснабжения по комплексу: ГНС - потребитель. Указанные показатели базируются на основных научных результатах данной работы, коррелируются с данными других исследователей и максимально адаптированы в условиях современной ценовой динамики.

Предложенная модель(4), (5) реализуется методом критических точек.

При равенстве затрат 3 Б(/)= Зр (Г) применение баллонных и резервуарных систем газоснабжения равноэкономично. При этом критическое значение удаленности населенного пункта от ГНС определяется по формуле:

,кр = ь^ь7Г ^+Яр + Зру + Зрв-Г" ^'я* ~5ыг;' (6)

При удаленности потребителей на расстояние /</кр целесообразно применение баллонных установок. При удаленности потребителей на расстояние 1>1кр целесообразно применение резервуарных установок.

Как показывают расчеты, экономически обоснованная область применения баллонных систем снабжения сжиженным газом ограничивается удаленностью населенных пунктов от ГНС на расстоянии до 125 км (при установке в квартирах газовых плит), т.е. практически на всей территории, обслуживаемой ГНС и на расстоянии до 50 км (при установки в квартирах газовых плит и водонагревателей). При большей удаленности потребителей целесообразно использовать резервуарные системы газоснабжения.

В разделе «Экономическая эффективность и внедрение результатов исследований» приводится экономическая оценка внедрения результатов диссертационных исследований в практику проектирования и эксплуатации систем газоснабжения. Рекомендуемая в работе оптимальная структура децентрализованного снабжения потребителей сжиженным газом способствует повышению общей эффективности региональных и поселковых систем газоснабжения и обеспечивает экономический эффект в размере 69,6 доллара на тонну реализуемого продукта.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Предложен алгоритм оптимизации компонентного состава СУГ, поставляемого на нужды коммунально-бытового газоснабжения, отличительной особенностью которого является комплексный подход к решению задачи с учетом ограниченности ресурсов пропана при одновременных излишках этан-бутановых фракций, а также требований к надежности, безопасности и экономичности систем газоснабжения. Для использования в газовой практике рекомендуется СУГ единого фракционного состава: 10 мол% этана, 50 мол% пропана, 40 мол% бутана. Применение СУГ рекомендуемого состава на 20 и более процентов расширяет объемы реализации этан-бутановых фракций при одновременном сокращении потребления пропана. При этом улучшается структура производства и сбыта продукта и обеспечиваются безопасные режимы эксплуатации установок хранения, транспорта и регази-фикации СУГ.

2. Разработана математическая модель функционирования децентрализованной системы снабжения СУГ по комплексу: расходная емкость-газовая горелка. По сравнению с известными аналогами предложенная модель отражает системную взаимосвязь физических процессов регазификации СУГ многокомпонентного состава в замкнутом объеме, дросселирования паровой фазы СУГ в регуляторах давления, сжигания многокомпонентной газовой смеси в горелках атмосферного типа. Численная реализация модели позволила выявить зависимость эксплуатационных параметров газогорелочных устройств бытовых газовых приборов от комплексного воздействия физических процессов, имеющих место в других элементах газоснабжающей системы. Как показывают результаты исследований, применение СУГ рекомендуемого состава обеспечивает надежную и безопасную работу бытовых газовых приборов (без переналадки газогорелочных устройств), необходимую полноту сгорания газа и высокий КПД во всем диапазоне отбора паров из расходной емкости.

3. Предложены математическая модель и алгоритм расчета естественной паропроизводительности индивидуальных баллонных (резервуарных) установок СУГ. В отличие от известных решений предложенная модель учитывает суточную динамику газопотребления в сочетании с тепловой аккумуляцией системы: жидкая фаза СУГ - металл, что вскрывает дополнительные резервы паропроизводительности баллонных (резервуарных) установок. Численная реализация модели применительно к системам газоснабжения жилых

усадебных (коттеджных) зданий позволила обосновать необходимые типоразмеры расходных емкостей, величину остаточного уровня заполнения, требуемую частоту заправок сжиженным газом и другие эксплуатационные параметры в зависимости от технических характеристик зданий, климатических условий эксплуатации, газового оборудования квартир и режимов газопотребления.

4. Разработана математическая модель теплообмена в системе: грунт-подземный резервуар сжиженного газа. В отличие от известных аналогов предложенная модель учитывает тепловое взаимодействие горловины резервуара и фланца распределительной головки с атмосферным воздухом. Адекватность модели подтверждается результатами натурных наблюдений. Численная реализация модели позволила выявить влияние теплопотерь в холодный период времени года на паропроизводительностъ резервуарных установок и обосновать необходимую толщину тепловой изоляции.

'5. В целях обоснования рациональной области применения баллонных и резервуарных установок в системах децентрализованного снабжения сжиженным газом разработана соответствующая экономико-математическая модель, отличительной особенностью которой является системный подход к решению задачи в рамках технологического комплекса газонаполнительная станция-газовый прибор, что обеспечивает получение более достоверных научных результатов. Как показывают исследования, при использовании СУГ на все бытовые нужды, включая отопление, целесообразно применение резервуарных систем газоснабжения на всей территории обслуживаемой ГНС, а при использовании СУГ только на цели пищеприготовления - баллонные системы газоснабжения. При использовании СУГ на нужды пищеприготовления и горячего водоснабжения баллонные установки следует применять при удаленности потребителей от ГНС на расстояние до 50 км, при большей удаленности - резервуарные установки. Основные результаты диссертации отражены в работах:

1. Особенности использования сжиженных углеводородных газов с повышенным содержанием этана / А. Л. Шурайц, Б.Н. Курицын, Е.В. Иванова, М.В. Павлутин И Материалы Российской науч.-технич. конференции. Перспективы использования сжиженных углеводородных газов. Саратов: СН У, 2003. - С. 62-69. Лично автора 4 с.

2. Курицын Б.Н. Обоснование компонентного состава сжиженного газа для коммунально-бытового потребления / Б.Н. Курицын, Е.В. Иванова, М.В. Павлутин // Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии: Материалы Международного конгресса, ч. Ш: Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2003 N 6. - С.54-57. Лично автора 2 с.

3.Курицын Б.Н. Моделирование процесса регазификации жидких углеводородных смесей в замкнутом объеме / Б.Н. Курицын, Е.В. Иванова // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения: Сб. науч. тр. Саратов: СГТУ, 2004. - С. 87-90. Лично автора 2 с.

4. Курицын Б.Н. Моделирование теплообмена подземного резервуара сжижен-

Р- 85 94

Б.Н. Курицын, Е.В.

ного газа в системе: грунт - атмосферный воздух / Б.Н. Курицын, Е.В. Иванова // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения: Сб.науч. тр.-Саратов: СГТУ, 2005. - С. 124-131. Лично автора 4 с.

5. Курицын Б.Н. Повышение надежности газоснабжения от баллонных установок сжиженного газа / Б.Н. Курицын, М.С. Недлин, Е.В. Иванова // Газ России. Отраслевой информационно-аналитический журнал.-М.,2005. - С. 30-31. Лично автора 1 с.

6.Курицын Б.Н. Выбор рациональной области применения баллонных и резер-вуарных установок для систем децентрализованного снабжения сжиженным газом / Б.Н.Курицын, Е.В. Иванова // Теоретические основы теплогазоснабже-ния и вентиляции: Сб.материалов конф.- М.: МГСУ, 2005. - С.264-267. Лично автора 3 с.

7.Иванова Е.В. Децентрализованные системы снабжения газом на базе индивидуальных газобаллонных установок / Е.В. Иванова // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения: Сб.науч. тр.-Саратов: СГТУ, 2005. - С. 167-174.

8.Иванова Е.В. Поселковые системы газоснабжения на базе сжиженного углеводородного газа / Е.В. Иванова, М.В. Павлутин // Вестник СГТУ. - 2005. №4(9). С. 117-124. Лично автора 4 с.

9.Иванова Е.В. Развитие сельских систем газоснабжения сжиженным газом / Е.В. Иванова // Актуальные научно-технические проблемы совершенствования систем газораспределения газопотребления: Сб.материалов конф. - Саратов: Гипрониигаз, 2005. - С. 148-153.

Обозначения

М- масса; г - температура, Р - давление; к - коэффициент теплопередачи, К - капитальные вложения, константа равновесия; е,ф- весовое (мольное) содержание компонентов; р - плотность; g - расход; т- время; Q - тепловой поток; с - теплоемкость; г - теплота парообразования; Р-поверхность; ф- уровень заполнения; 5 - толщина; И-мощность; / - расстояние; 3 - затраты.

ИВАНОВА ЕКАТЕРИНА ВАДИМОВНА

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ НА БАЗЕ СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ АВТОРЕФЕРАТ Корректор Л. А. Скворцова Лицензия ИД №06268 от 14.11.01 Подписано в печать 13.04.06 Формат 60x84 1/16

Бум.тип. Усл.печ.л. 0,93(1,0) Уч.-изд.л. 0,9

Тираж 100 экз. Заказ 132 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет 410054, г. Саратов, Политехническая ул., 77

Отпечатано в РИЦ СГТУ. 410054, г. Саратов, Политехническая ул., 77

ПРИНЯТЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ОБОСНОВАНИЯ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА СЖИЖЕННОГО ГАЗА ДЛЯ КОММУНАЛЬНО-БЫТОВОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ.

1.1 Разработка общей концепции и алгоритма обоснования компонентного состава СУГ для коммунально-бытового потребления.

1.2 Исследование устойчивости работы горелок бытовых газовых приборов при эксплуатации на газе рекомендуемого состава.

1.3 Разработка математической модели процесса регазификации многокомпонентных жидких углеводородных смесей в замкнутом объеме

1.4 Экспериментальные исследования расходных характеристик регуляторов давления сжиженного газа.

1.4.1 Методика проведения исследований.

1.4.2 Теоретическая аппроксимация экспериментальных результатов.

1.5 Эксплуатационные характеристики децентрализованной системы газоснабжения при работе на газе рекомендуемого состава.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.

ГЛАВА 2 МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ

ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМ СНАБЖЕНИЯ СЖИЖЕННЫМ ГАЗОМ НА БАЗЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ БАЛЛОННЫХ УСТАНОВОК.

2.1 Общая характеристика баллонных систем снабжения сжиженным газом

2.2 Надежность газоснабжения от баллонных установок сжиженного газа.

2.3 Разработка математической модели паропроизводительности баллонных (резервуарных) установок сжиженного газа.

2.4 Коэффициент теплопередачи баллонных установок сжиженного газа.

2.5 Обоснование остаточного уровня заполнения баллонов сжиженным газом.

2.6 Обоснование периодичности замены баллонов в системах децентрализованного снабжения сжиженным газом.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ

ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМ СНАБЖЕНИЯ СЖИЖЕННЫМ ГАЗОМ ОТ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРНЫХ УСТАНОВОК.

3.1 Общая характеристика резервуарных систем снабжения сжиженным газом.

3.2 Обоснование резервуарных установок сжиженного газа с подземными цилиндрическими резервуарами.

3.3 Сравнительная эффективность установок сжиженного газа с подземными резервуарами.

3.4 Коэффициент теплопередачи вертикальных подземных резервуаров сжиженного газа.

3.5 Паропроизводительность вертикальных подземных резервуаров сжиженного газа при отсутствии теплозащиты.

3.6 Паропроизводительность вертикальных подземных резервуаров сжиженного газа при наличии теплозащиты.

3.7 Выбор оптимальной толщины тепловой изоляции резервуара.

3.8 Расчетная паропроизводительность подземных резервуарных установок с естественной регазификацией.

3.9 Изменение компонентного состава СУГ в условиях многократных заправок резервуара сжиженным газом.

3.10 Выбор геометрического объема резервуара для систем децентрализованного снабжения сжиженным газом.

3.11 Обоснование остаточного уровня газа в резервуарной установке.

3.12 Обоснование периодичности заправок резервуарных установок сжиженного газа.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

ГЛАВА 4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ БАЛЛОННЫХ И РЕЗЕРВУАРНЫХ УСТАНОВОК В СИСТЕМАХ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО СНАБЖЕНИЯ СЖИЖЕННЫМ ГАЗОМ.

4.1 Общие предпосылки к постановке задачи.

4.2 Разработка экономике - математической модели обоснования рациональной области применения баллонных и резервуарных систем снабжения сжиженным газом.

4.3 Технико-экономические показатели резервуарных и баллонных систем снабжения сжиженным газом.

4.4 Область применения баллонных и резервуарных установок в системах децентрализованного снабжения сжиженным газом.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

Сжиженные углеводородные газы (СУГ) получили широкое распространение как источники газоснабжения городов и сельских населенных пунктов Российской Федерации, удаленных от магистральных газопроводов природного газа.

В настоящее время на базе СУГ газифицировано 13 млн. квартир, в т.ч. 5,8 млн. квартир в городах и поселках городского типа (45 %) и 7,2 млн. квартир в сельских населенных пунктах (55%). Ежегодно на цели коммунально-бытового газоснабжения реализуется свыше 3,0 млн. тонн СУГ, в т.ч. 1,2 млн. тонн в сельской местности.

Сжиженные углеводородные газы являются основным источником газоснабжения в сельской местности. Более 60% газифицированных квартир в сельских поселках используют СУГ на бытовые и хозяйственные нужды.

В существующей практике снабжения сжиженным газом сельских поселков, а также жилых массивов городов с преимущественно одноэтажной (усадебной) застройкой, осуществляется, как правило, от индивидуальных газобаллонных установок. При этом сжиженный газ используется только в газовых плитах (на цели пищеприготовления и, отчасти, для нагрева воды на хозяйственные нужды и приготовление кормов для домашних животных). В то же время такие жизненно важные нужды как отопление и горячее водоснабжение удовлетворяются за счет использования твердого топлива (уголь, дрова). Сложившаяся структура бытового энергобаланса жилых усадебных зданий не отвечает требованиям к современному уровню инженерного сервиса и негативно сказывается на благосостоянии и жизнедеятельности населения.

Бурное развитие строительства загородных домов и коттеджей с повышенным уровнем инженерного благоустройства предъявляет дополнительные требования к качеству энергообеспечения квартир, прежде всего, на газовом топливе.

В этой связи, существующие и проектируемые системы энергообеспечения поселков, удаленных от магистралей природного газа, требуют эффективного развития в плане более полного удовлетворения потребности населения в сжиженном газе, повышения экономичности и надежности систем газоснабжения.

Характерной особенностью поселков с усадебной (коттеджной) застройкой является большая рассредоточенность потребителей при относительно небольших объемах газопотребления.

Указанное обстоятельство в сочетании с высокой стоимостью сжиженного газа обусловливает приоритетность развития газификации на базе децентрализованных систем газоснабжения и необходимость их дифференциации в зависимости от объема газопотребления и характера газоиспользующего оборудования, т.е. в зависимости от объема и качества энергообеспечения квартир.

Сжиженные углеводородные газы, используемые в качестве топлива, выпускаются отечественными предприятиями в виде трех марок продукта: пропан технический ПТ, бутан технический БТ и смесь пропан-бутана техническая СПБТ. Применение той или иной марки регламентируется ГОСТ 20448-90 в зависимости от климатической зоны и сезонности эксплуатации потребителя, характера источника газоснабжения (баллонные или резервуарные установки) и других технических особенностей систем газоснабжения.

Поставка продукта различного компонентного содержания осложняет работу нефтегазоперерабатывающих предприятий, обусловливает повсеместный дефицит пропана (марки ПТ) при излишках бутана (марки БТ), затрудняет операции по производству и сбыту продукта.

В этой связи обоснование единого компонентного состава СУГ с минимальным содержанием дефицитного пропана, обеспечивающего надежную, безопасную и экономичную работу всех элементов систем газоснабжения независимо от сезонности и климатических условий эксплуатации представляет собой актуальную научно-техническую задачу.

Диссертационная работа выполнялась на кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция» Саратовского государственного технического университета в рамках тематических планов следующих научно-исследовательских работ:

- Научно-техническая программа СГТУ-22 «Разработка и обоснование энергосберегающего инженерного оборудования зданий». Номер госрегистрации 01200314112, 2004 г.

- Госбюджетная НИР по внутривузовскому заказ-наряду «Разработка проблем энергосбережения и эффективного использования топлива». Номер госрегистрации 01200003714, 2004 г.

Цель работы заключается в моделировании децентрализованных систем газоснабжения на базе сжиженных углеводородных газов.

Задачи исследования. Поставленная цель реализуется путем решения ряда взаимосвязанных задач:

- обоснование компонентного состава СУГ, поставляемого на нужды коммунально-бытового газоснабжения;

- моделирование децентрализованных систем снабжения сжиженным газом на базе индивидуальных баллонных установок;

- моделирование децентрализованных систем снабжения сжиженным газом на базе индивидуальных резервуарных установок;

- выбор рациональной области применения баллонных и резервуарных установок в системах децентрализованного снабжения сжиженным газом.

Научную новизну диссертационного исследования составляют: алгоритм оптимизации компонентного состава СУГ, поставляемого на нужды коммунально-бытового газоснабжения, реализация которого обеспечивает комплексный подход к решению задачи с учетом специфических особенностей производства и сбыта продукта, а также требований к надежности, безопасности и экономичности систем газоснабжения; математическая модель функционирования децентрализованной системы снабжения СУГ по комплексу: расходная емкость-регулятор давления -газовая горелка, отличительной особенностью которой является системная постановка задачи, численная реализация которой позволяет выявить зависимость эксплуатационных параметров газогорелочных устройств от комплексного воздействия физических процессов, имеющих место в других элементах газоснабжающей системы; математическая модель и алгоритм расчета паропроизводительности индивидуальных баллонных (резервуарных) установок с естественной регазифи-кацией СУГ. По сравнению с известными аналогами предложенная модель учитывает суточную динамику газопотребления в сочетании с тепловой аккумуляцией системы жидкость-металл, что вскрывает дополнительные резервы паропроизводительности установок; математическая модель теплообмена подземного резервуара сжиженного газа в системе грунт-атмосферный воздух. В отличие от известных аналогов предложенная модель более адекватно отражает реальные тепловые режимы эксплуатации резервуарных установок в холодный период времени года и обеспечивает научно обоснованные предпосылки к обоснованию оптимального уровня их тепловой защиты; экономико-математическая модель выбора рациональной области применения баллонных и резервуарных установок в системах децентрализованного снабжения сжиженным газом. Отличительной особенностью модели является обобщенная постановка задачи в рамках технологического комплекса: газонаполнительная станция-газовый прибор и системный подход к ее реализации.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается использованием фундаментальных положений теории тепло-массообмена и химической термодинамики, современных методов математического и экономико-математического моделирования, а также результатов экспериментальных работ. Основные положения и выводы диссертационной работы коррелируются с данными других исследователей.

Практическое значение и реализация результатов.

Разработанные в диссертации теоретические и практические положения обеспечивают повышение эффективности и надежности поселковых систем газоснабжения на базе децентрализованных установок сжиженного газа путем реализации и внедрения:

- рекомендаций по рациональному составу СУГ, поставляемого на нужды коммунально-бытового потребления:

- математических моделей и разработанных на их основе инженерных методов расчета паропроизводительности баллонных и резервуарных установок сжиженного газа;

- рекомендаций по выбору оптимальных конструктивных и эксплуатационных параметров децентрализованных систем снабжения сжиженным газом и рациональной области их применения.

Результаты научных исследований переданы для внедрения в головной научно-исследовательский институт ОАО «Гипрониигаз» и рекомендованы научно-техническим Советом для использования в проектной практике института ( см. Приложение А и Приложение Г).

Материалы исследований используются в лекционном курсе «Системы снабжения сжиженным газом», читаемом на кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция» Саратовского государственного технического университета, а также в курсовом и дипломном проектировании студентов. На защиту выносятся:

- алгоритм оптимизации компонентного состава СУГ, поставляемого на нужды коммунального газоснабжения;

- математическая модель функционирования децентрализованной системы снабжения сжиженным газом по комплексу расходная емкость-газовая горелка;

- математическая модель и алгоритм расчета паропроизводительности индивидуальных баллонных (резервуарных) установок с естественной регазифи-кацией СУГ;

- математическая модель теплообмена подземного резервуара сжиженного газа в системе грунт-атмосферный воздух и разработанная на ее основе экономико-математическая модель оптимизации теплозащиты подземных резервуарных установок;

- экономико-математическая модель выбора рациональной области применения баллонных и резервуарных установок в системах децентрализованного снабжения сжиженным газом.

Апробация. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: научных семинарах и конференциях в СГТУ, СГАУ (Саратов, 2002-2006); международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» БГТУ (Белгород, 2003); Российской научно-технической конференции «Перспективы использования сжиженных углеводородных газов» Гипрониигаз (Саратов, 2003); первой Всероссийской конференции молодых специалистов «Актуальные научно-технические проблемы совершенствования систем газораспределения и газопотребления» Гипрониигаз (Саратов, 2005); международной научной конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции» МГСУ (Москва, 2005). Публикации. По теме диссертации опубликовано работ 9 общим объемом 52 страниц. В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателю принадлежит 34 страницы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Предложен алгоритм оптимизации компонентного состава СУГ, поставляемого на нужды коммунально-бытового газоснабжения, отличительной особенностью которого является комплексный подход к решению задачи с учетом ограниченности ресурсов пропана при одновременных излишках этан-бутановых фракций, а также требований к надежности, безопасности и экономичности систем газоснабжения. Для использования в газовой практике рекомендуется СУГ единого фракционного состава: 10 мол% этана, 50 мол% пропана, 40 мол% бутана. Применение СУГ рекомендуемого состава на 20 и более процентов расширяет объемы реализации этан-бутановых фракций при одновременном сокращении потребления пропана. При этом улучшается структура производства и сбыта продукта и обеспечиваются безопасные режимы эксплуатации установок хранения, транспорта и регазификации СУГ.

2. Разработана математическая модель функционирования децентрализованной системы снабжения СУГ по комплексу: расходная емкость-газовая горелка. По сравнению с известными аналогами предложенная модель отражает системную взаимосвязь физических процессов регазификации СУГ многокомпонентного состава в замкнутом объеме, дросселирования паровой фазы СУГ в регуляторах давления, сжигания многокомпонентной газовой смеси в горелках атмосферного типа. Численная реализация модели позволила выявить зависимость эксплуатационных параметров газого-релочных устройств бытовых газовых приборов от комплексного воздействия физических процессов, имеющих место в других элементах газоснабжающей системы. Как показывают результаты исследований, применение СУГ рекомендуемого состава обеспечивает надежную и безопасную работу бытовых газовых приборов (без переналадки газогорелочных устройств), необходимую полноту сгорания газа и высокий КПД во всем диапазоне отбора паров из расходной емкости.

3. Предложены математическая модель и алгоритм расчета естественной паропроизводительности индивидуальных баллонных (резервуарных) установок СУГ. В отличие от известных решений предложенная модель учитывает суточную динамику газопотребления в сочетании с тепловой аккумуляцией системы: жидкая фаза СУГ - металл, что вскрывает дополнительные резервы паропроизводительности баллонных (резервуарных) установок. Численная реализация модели применительно к системам газоснабжения жилых усадебных (коттеджных) зданий позволила обосновать необходимые типоразмеры расходных емкостей, величину остаточного уровня заполнения, требуемую частоту заправок сжиженным газом и другие эксплуатационные параметры в зависимости от технических характеристик зданий, климатических условий эксплуатации, газового оборудования квартир и режимов газопотребления.

4. Разработана математическая модель теплообмена в системе: грунт-подземный резервуар сжиженного газа. В отличие от известных аналогов предложенная модель учитывает тепловое взаимодействие горловины резервуара и фланца распределительной головки с атмосферным воздухом. Адекватность модели подтверждается результатами натурных наблюдений. Численная реализация модели позволила выявить влияние теплопотерь в холодный период времени года на паропроизводительность резервуарных установок и обосновать необходимую толщину тепловой изоляции.

5. В целях обоснования рациональной области применения баллонных и резервуарных установок в системах децентрализованного снабжения сжиженным газом разработана соответствующая экономико-математическая модель, отличительной особенностью которой является системный подход к решению задачи в рамках технологического комплекса газонаполнительная станция-газовый прибор, что обеспечивает получение более достоверных научных результатов. Как показывают исследования, при использовании СУГ на все бытовые нужды, включая пользовании СУГ на все бытовые нужды, включая отопление, целесообразно применение резервуарных систем газоснабжения на всей территории обслуживаемой ГНС, а при использовании СУГ только на цели пище-приготовления - баллонные системы газоснабжения. При использовании СУГ на нужды пищеприготовления и горячего водоснабжения баллонные установки следует применять при удаленности потребителей от ГНС на расстояние до 50 км, при большей удаленности - резервуарные установки.

1. Богданов В.П. Для надежности систем газоснабжения / В.П. Богданов, Н.В. Егоров, Б.Н. Курицын // Жилищное и коммунальное хозяйство, 1987,№5.-С. 33-34.

2. Богуславский Л.Д. Экономия теплоты в жилых зданиях. -М.:Стройиздат, 1990. 119 с.

3. Вильяме А.Ф., Ломм В.Л. Сжиженные нефтяные газы: Пер. с англ. -М.: Недра, 1985. 399 с.

4. Газовое оборудование. Номенклатурный каталог. Саратов: Гипрониигаз, 1984. - 111 с.

5. Голик В.Г. Современное состояние, проблемы и перспективы развития газификации России / В.Г. Голик // Актуальные проблемы развития систем теплогазоснабжения и вентиляции: Межвуз.научн.сб. / Саратов: Изд-во Сарат.гос.техн.ун-та, 1998. С. 4-10.

6. Голик В.Г., Курицын Б.Н. Технико-экономическое обоснование систем газоснабжения. Саратов: Изд-во Сарат.гос.техн.ун-та, 1997. 82 с.

7. Государственный стандарт союза ССР (ГОСТ 20448-90). Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления. Технические условия. М.: Изв-во стандартов, 1990. 9 с.

8. Деточенко А.В. , Михеев А.Л., Волков М.М. Спутник газовика. М., Недра, 1978.-311 с.

9. Иванова Е.В. Децентрализованные системы снабжения газом на базе индивидуальных газобаллонных установок / Е.В. Иванова // Научнотехнические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения: Сб.науч. тр.-Саратов: СГТУ, 2005. С. 167-174.

10. Иванова Е.В. Развитие сельских систем газоснабжения сжиженным газом / Е.В. Иванова // Актуальные научно-технические проблемы совершенствования систем газораспределения газопотребления: Сб.материалов конф. Саратов: Гипрониигаз, 2005. - С. 148-153.

11. Иванова Е.В. Поселковые системы газоснабжения на базе сжиженного углеводородного газа / Е.В. Иванова, М.В. Павлутин // Вестник СГТУ.- 2005. С. 117-124.

12. Ионин А.А. Газоснабжение. М.: Стройиздат, 1989. - 438 с.

13. Ионин А.А. Основы расчета ижекционных газовых горелок. М.: Гос-топтехиздат, 1963. - 153 с.

14. Исследование испарительной способности резервуаров сжиженного газа. Тема № 58. Отчет по научно-исследовательской работе. Саратов: Гипрониигаз, 1964. - 198 с.

15. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В., Обработка результатов наблюдений. М.: «Наука», Главная редакция физико-математической литературы., 1970.- 104 с.

16. Клименко А.П. Сжиженные углеводородные газы. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Гостоптехиздат, 1962. - 429 с.

17. Курицын Б.Н. Групповые баллонные установки в отапливаемом помещении / Б.Н. Курицын // Жилищное и коммунальное хозяйство, 1982. № 4. - С.24-25.

18. Курицын Б.Н. Исследование испарительной способности грунтовых теплообменников сжиженных углеводородных газов: Диссертация канд. технич. Наук. Саратов., 1969. - 190 с.

19. Курицын Б.Н. Оптимизация развития систем снабжения сжиженным газом населенных пунктов Российской Федерации. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук- Саратов. СПИ. 1989.415 с.

20. Курицын Б.Н. Оптимизация систем теплоснабжения в вентиляции. -Саратов, изд-во Саратовского университета, 1992. -160 с.

21. Курицын Б.Н. Основы энергосбережения в отопительно-вентиляционной технике. Саратов: Изд-во "Надежда", 1996. - 101 с.

22. Курицын Б.Н. Системы снабжения сжиженным газом. Саратов: изд-во Саратовского университета, 1988. - с. 196.

23. Курицын Б.Н. Резервуарные установки на базе подземных вертикальных резервуаров с естественной регазификацией / Б.Н. Курицын, О.Н. Медведева, Н.Н. Осипова // Строительство- 2000. Ростов-на-Дону, 2000. - С. 37-38.

24. Курицын Б.Н. Повышение надежности газоснабжения от баллонных установок сжиженного газа / Б.Н. Курицын, М.С. Недлин, Е.В. Иванова // Газ России. Отраслевой информационно-аналитический журнал.-М. 2005.-С. 30-31.

25. Курицын Б.Н. Сравнительная эффективность резервуарных систем снабжения сжиженным газом / Б.Н. Курицын, Н.Н. Осипова // СГТУ. -Саратов,-1999.-10с.-Деп.в ВИНИТИ 18.11.99.№3416-В99.

26. Курицын Б.Н. Оптимизация геометрических параметров резервуарных установок сжиженного газа / Б.Н. Курицын, А.П. Усачев, О.Б. Шамин // Совершенствование систем теплогазоснабжения и вентиляции:

27. Межвуз. науч. Сб. Саратов: Сарат СГТУ. 1994. С.64-71

28. Курицын Б.Н. Экономические предпосылки к выбору источника децентрализованного энергоснабжения зданий / Б.Н. Курицын, А.П. Усачев, О.Б. Шамин // Материалы 5 съезда АВОК.- М.:ГП «Информ-рекламиздат, 1996.-С. 105-11

29. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.:Атомиздат, 1979. -415 с.

30. Логинов B.C. Сооружения и объекты снабжения сжиженным газом. -М.: Стройиздат, 1979. 157 с.

31. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1982. - 224 с.

32. Малая Э.М. Расчетная паропроизводительность баллонов сжиженного газа / Э.М. Малая // Материалы XXX науч.-техн.конф.: Сб./Сарат.политехн.ин-т. Саратов, 1967. - С. 129-131

33. Медведева О.Н. Надежность резервуарных систем снабжения сжиженным газом / О.Н. Медведева, Н.Н. Осипова // Вопросы совершенствования систем теплогазоснабжения и вентиляции.: Межвузовский научный сборник/СГТУ. Саратов, 2002. - С. 118-121.

34. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. Утв. Госстроем России Минфином РФ N 7-12/47 от 31.03.1994 г. М.: Информэлектро, 1994.-81 с.

35. Никитин Н.И. Тепловой поток к резервуару сжиженного газа объемом 2,5 мЗ, заглубленному в грунт / Н.И.Никитин, Б.Н. Курицын // Использование газа в народном хозяйстве. Труды ин-та «Гипрониигаз». -Саратов: Изв-во «Коммунист», 1967.-С.343-352.

36. Никитин Н.И. Снабжение сжиженным газом объектов жилищно-коммунального и сельского хозяйства. М.: Стройиздат, 1976.-105 с.

37. Никитин Н.И. Режимы потребления сжиженного газа жилыми домами / Н.И. Никитин, В.А. Иванов, Е.И. Даньшев, С.В. Рубинштейн // Использование газа в народном хозяйстве: Труды ин-та "Гипрониигаз", Выпуск 5. Саратов: Изд-во "Коммунист". - 1966. С.277-283.

38. Никитин Н.И. Тепловые потоки от грунта к работающему резервуару сжиженного газа / Н.И. Никитин, В.А. Иванов, Б.Н. Курицын // Использование газа в народном хозяйстве: Сб. науч. тр. Гипрониигаз. -Саратов: Изд-во "Коммунист". 1966. - Вып.5.- С. 194-199.

39. Никитин Н.И. Производительность резервуаров сжиженного газа / Н.И. Никитин, В.А. Иванов, Б.Н. Курицын // Газовая промышленность. Саратов: Гипрониигаз. - 1966. - № 10.

40. Никитин Н.И. Производительность наземных резервуаров для сжиженного газа при его постоянном отборе / Н.И. Никитин, Е.В. Крылов // Газовая промышленность. Саратов: Гипрониигаз.- 1970.-№11.-С. 31-34.

41. Никитин Н.И. Испарительная способность трубчатого резервуара / Н.И. Никитин, Б.Н. Курицын // Использование газа в народном хозяйстве. Труды института «Гипрониигаз». Саратов: изд-во «Коммунист», 1968.-с. 233-241.

42. Осипова Н.Н. Исследование теплообмена между грунтом и паровой фазой сжиженного газа в подземном резервуаре / Н.Н. Осипова // Энергосбережение и эффективность систем теплогазоснабжения и вентиляции: Межвуз. Науч. сб. Саратов: СГТУ. - 2000. - 180 с.

43. Павлович Н.В. Справочник по теплофизическим свойствам природных газов и их компонентов. Л.-М.: Госэнергоиздат, 1962. 118 с.

44. Правила безопасности в газовом хозяйстве

45. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. Утв. Госгортехнадзором РФ 25.09.94. М.: Строийиз-дат, 1994.- 120 с.

46. Предложения по районированию территории РСФСР на климатические зоны по поставкам сжиженного газа различного компонентного состава / Мин-во ЖКХ РСФСР, ин-т Гипрониигаз.-Саратов :Полиграфист, 1976.-16 с.

47. Преображенский Н.И. Расчет естественной регазификации сжиженных газов // Газовая промышленность. Саратов: Гипрониигаз. - 1967. - №9.

48. Преображенский Н.И. Сжиженные газы. Л.: Недра, 1975 - 277 с.61 РД-51-1 -78 Газовые плиты

49. Рекомендации по определению оптимальных размеров централизациисистем снабжения сжиженным газом от резервуарных установок.-Саратов :Гипрониигаз. 1984.-60 с.

50. Рекомендации по проектированию и строительству систем газоснабжения малых и средних городов и населенных пунктов сельской местности. Саратов: Гипрониигаз, 1985. - 144 с.

51. Ромен А., Краппе Д. Справочник по бутан пропану (в русском переводе). JI.-M.: Госэнергоиздат, 1949.-203 с.

52. Рубинштейн С.В., Щуркин Е.П. Газовые сети и оборудование для сжиженных газов. JL: Недра, 1991. - 255 с.

53. Рябцев Н.И. Сжиженные углеводородные газы. М.: Недра, 1979, 315 с.

54. Сапунов Н.Е. Устройство и эксплуатация складов сжиженных газов. -М.: Недра. 1979. 228 с.

55. Стаскевич H.JI. Справочник по газоснабжению. JL: Гостоптехиздат, 1960.-875 с.

56. Стаскевич Н.Л., Вигдорчик Д.Е. Справочник по сжиженным углеводородным газам. Л.: Недра, 1986. - 543 с.

57. Стаскевич Н.Л., Северинец Г.Н., Вигдорчик Д.Я. Справочник по газоснабжению и использованию газа. Л.: Недра, 1990. - 762 с.

58. Строительные нормы и правила (СНиП 2.04.08-87). Газоснабжение. -М.: Стройиздат, 1987. -69 с.

59. Строительные нормы и правила Р.Ф. (СНиП 23-01-99). Строительная климатология. М.: Стройиздат, 1999. - 61 с.

60. Строительные нормы и правила Р.Ф. (СНиП II-3-79). Строительная теплотехника. Нормы проектирования. -М: Стройиздат, 1979.-32 с.

61. Тиличеев М.Д. Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов, Вып.2. М.-Л. Гостоптехиздат, 1947

62. Указания и технические решения по газоснабжению потребителей от баллонных установок. Саратов: Гипрониигаз. 1977. 27 с.

63. Шамин О.Б. Автономное энергоснабжение малых объектов АПК и поселков. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Саратов: СГТУ, 1997.-С.64-71.

64. Энглер М.Р. Использование сжиженного природного газа / М.Р. Энг-лер // Международная конференция по сжиженному природному газу. 1969. С. 5-16.

65. А.с. 380561. Устройство для естественного испарения сжиженного газа / Ф.И. Давыдов, А.С. Бурлак (СССР). М., 1973. 9 с.

66. AMIGO GPL. CHIETI Scalo: Walter tosto Serbatoi SPA, 1994. 6p.

67. Churchile S.M. Heat leakade and Wall Temperature Profiles Aboverground Lowtemperature Storage Tanks / S.M. Churchile // Chemical Engenering Progress, 1962. N11 -P.14-18

68. Dele G. E. A new look at ING Vaporization methods / G. E. Dele // Pipe line industry, 1981. Vol. 35. - No. 1. - P. 25-28.

69. Dietrichson W. Warmeutvinning up mark, vatten och luft / W. Dietrichson // Miljovanling om den gors ratt, 1994. №4. S. 13-20.

70. Edvards R. M. Efficient new heat exchanger suited to LPG vaporization / R. M. Edvards // Oil and Gas Journal, 1967. Vol. 65. - No. 40. - P. 96-99.

71. Efficiency of ground coupled heat pump // Energy Rept.,1994.-№2.P 1018.

72. Erdwarme fur St. Moritz aus 1600 mTife // Schweiz. Ing. Und Archit, 1991. № 45. S 1092-1099.

73. Franck D. Ground coupled heft pumps with low - temperature heat storage / D. Franck, T. Berntson // ASHRAE Trans., Techn. Refrig. and Air -Cond. Eng., 1985. P. 1285-1295.

74. Geotermal installation training scheduled // Air Cond., Heat and Refrig. News, 1991.- №4. P. 128-133

75. Geotermal pump teleconference // Air cond., Heat and Refrig. News, 1992. № 6. P. 26-32.

76. Gilmore V.E. Neo-geo Real pump // Pop. Sei., 1988. №6. P. 88-112.

77. Goricke P. Umweltwarme nutzen mit Warmepumpen / P. Goricke // Flektrowarme Int. A., 1992. № 2. S. 47-53.

78. Ground heat energy is growing market // Plant Manag and Eng, 1984. № 8. P. 39-43.

79. Gryglewiez W. Analyse das thermischen Verhaltens erdreicheingebetter Warmespeicher fur zuftungsanlagen / W. Gryglewiez // Stadtund Gebaudetechink, 1988. -№4.S. 106-107.

80. Heat pumps // Energy Dig., 1984. Vol. 13. - No. 5. - P. 47.

81. Kajtar Z. Atalaj hofikaja / Z. Kajtar // Epuletgepeszet, 1986. № 5. S. 93197.

82. Kavanaugh S. Design considerations for ground and water souree heat pumps in southern climates / S. Kavanaugh // ASHRAE Trans., Techn. Refrig. and Air-Cond. End., 1989. P. 1139-1149.

83. Mei V. С. Theoretical heat pump ground coil analysis with varable ground farfield boundary conditions // AIChE Symp. Ser., 1985.- № 245. P. 7-12.

84. Muller G. Aktuelle Richtlinien fur die warmebumpen analagen / G. Muller // OZE, 1992. № 4. S. 119-123.

85. Murray J.G. Using the good earth / J.G. Murray // 6th Miami Int. Conf., 1983. P. 649-650.

86. Okologishe Auswirkungen beim Betrieb von Warmepumpen // OZE, 1992. № 5. S. 145-150.

87. Patent 1202604 Method and apparatus for vaporizing liquefied petroleum gas and mixing it with air prior to its supply to the internal combustion engine of a motor vehicle / Komiros., Kubo F (England). London. 1970. 6 P

88. Patent 1344749. Improvements in or relating to voporisation of liquefied petroleum gas / Taylor A. (England). London, 1974. 8 p.

89. Patent 3 124 940. Defrosting device for a liguefied gas evaporator / Guelton Y. (USA), 1964. 4 p.

90. Roussel L. Les pompes a chaleur a travers Sexploitation de l'intallation E. L. de Challon / L. Roussel // La Revue Generale du Froid, 1962. № 9. S. 32-37.

91. Thomson G.W. The Antoine equations for vapor pressure date / G.W. Thomson // Chemical Reviews. - 1946 - Vol. 38. No 1.

92. Van der Star C. A. Heat exchange between a tube and water saturated soil // Trans. ASHME, Energy Eng., 1986. - №4. P. 298-302.