Расчет экономически наивыгоднейшего диаметра

Трубопровода

Из анализа уравнения Дарси-Вейсбаха (2.6) можно легко убедиться, что потери удельной энергии на гидравлические сопротивления по длине потока в трубопроводе обратно пропорциональны его диаметру в степени, близкой к пятой. Поэтому, увеличивая диаметр трубы, существенно уменьшаются потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений, а следовательно, уменьшается мощность насосно-силовой установки для создания рабочего напора (давления), при котором обеспечивается подача расчетного расхода, и стоимость электроэнергии, предназначенной для создания этой мощности. И наоборот, с уменьшением диаметра трубопровода резко возрастает стоимость электроэнергии, затрачиваемой на преодоление гидравлических сопротивлений.

Очевидно, что строительная стоимость трубопровода и ежегодные эксплуатационные затраты на его содержание в первом случае, т.е. при большем диаметре, будут выше, чем во втором случае. Отсюда следует, что экономически наивыгоднейшим диаметром трубопровода следует считать такой, при котором так называемые приведенные годовые затраты на строительство и эксплуатацию его будут минимальными. Таким образом, экономически наивыгоднейший (оптимальный) диаметр трубопровода определяется на основе технико-экономических расчетов.

Как видно из постановки вопроса, решение данной задачи сводится к определению диаметра напорного трубопровода и рабочего напора, или давления, при которых будет обеспечен пропуск расчетного расхода. Методика решения этой задачи заключается в следующем. Для принятого материала трубопровода задаются рядом (минимум 5–7 значений) стандартных диаметров, соизмеряя их с величиной расхода. По описанной выше методике (см. п.3.1) для принятых диаметров определяются потери напора в трубопроводе и мощность насосной установки:

 

N=r×g Q×H/(1000×h_н.у), кВт,                                 (3.11)

 

где Q – расчетный расход (подача) трубопровода, м³/с;

Н – напор или потери напора в трубопроводе, м;

h_н.у – коэффициент полезного действия насосной установки.

Расчет потерь напора и соответственно мощность насосной установки производится на расчетную длину или единицу длины, как правило, 1 км трубопровода.

Годовая стоимость (тыс. руб.) электроэнергии, затрачиваемая на преодоление гидравлических сопротивлений в трубопроводе,

 

S_эн = N×t×s/1000,                                     (3.12)

 

где t – число часов работы насосной установки в году;

s – тариф на электроэнергию для данного района (нормативная величина), руб./(кВт×ч).

Выражение для определения приближенной строительной стоимости (тыс. руб.) 1 км длины трубопровода, ориентировочно найденное из анализа сметной стоимости строительства, имеет следующий вид [1, c.271]:

S_ст = b₀ + b×d^a,                                         (3.13)

 

где b₀ – постоянная (не зависящая от диаметра) часть строительной стоимости трубопровода, тыс. руб.);

b – нормативный коэффициент, зависящий от вида труб и условий строительства;

d – диаметр трубопровода, м;

a – показатель степени, зависящий от вида труб и не зависящий от условий строительства.

Значения коэффициентов (табл. 3.1) можно принять согласно справочной литературе [1, c.271].

 

Т а б л и ц а 3.1. Значения нормативных коэффициентов для расчета стоимости строительства трубопровода

Материал трубопровода	Коэффициенты
	b0,	b	a	Rот, %
Стальные	6,9	53	1,40	4,6
Чугунные	8,4	107	1,60	3,3
Асбестоцементные	11,0	78	1,95	7,3
Пластмассовые	9,0	150	1,95	4,6

 

Приведенные годовые затраты на 1 км длины трубопровода определяются по зависимости [1, c.271]:

 

S = S_эн + (1/Т_ок + R_от/100)×S_ст, тыс. руб.,           (3.14)

 

где Т_ок – нормативный срок окупаемости капиталовложений в строительство. Для трубопроводов в целях водоснабжения принимается 8 лет;

R_от – сумма нормативных отчислений на текущий и капитальный ремонты, % (см. табл. 3.1).

Экономически наивыгоднейший диаметр трубопровода соответствует минимуму приведенных годовых затрат, которые должны определяться для каждого принятого стандартного диаметра.

Приближенно экономически наивыгоднейший диаметр трубопровода можно также определить по зависимости

 

d_э= k_э× ,                                             (3.15)

 

где k_э – коэффициент, учитывающий материал трубопровода и экономические факторы, влияющие на строительство и эксплуатацию трубопровода;

Q_расч – расчетный расход, м³/с.

Для вышеизложенной зоны строительства k_э принимается: стальной трубопровод k_э = 0,72–0,88; асбестоцементный, чугунный трубопровод k_э = 0,84–0,85.

На основании экономических расчетов, проведенных Ф.А. Шевелевым, получены предельные расходы и средние скорости движения потока в водопроводных стальных, чугунных, асбестоцементных и полиэтиленовых трубах. Предельные расходы и средние скорости для стальных водопроводных труб, прокладываемых в центральных и западных районах Европейской части СНГ, приведены в табл. 3.2 [1, c.274].

 

Т а б л и ц а 3.2. Значения предельных расходов и средних скоростей