第八章 技术经济计算

第八章燃气管网的技术经济计算第一节技术经济计算的任务第二节燃气调压站的最佳作用半径第三节枝状燃气管网的技术经济计算第一节技术经济计算的任务设计燃气输配系统时，可能碰到的方案可以分为两类：1、结构不同的方案。例如管道定线不同的方案、管网压力机制不同的方案、具有不同类型调压站及储配站的方案等。2、结构相同，但某些参数各不相同的方案。例如管道直径各不相同的方案、调压站作用半径不同的方案等。第一类方案与城市性质、气源种类等有关，其方案数量通常不太多，可将计算好的方案进行比较。第二类方案只是某些参数不同，可能有多个方案，可将方案的费用与参数间建立数学关系式，求得最佳方案。一、燃气输配系统的投资费用和运行费用1、输配系统的投资费用（工程造价）（1）燃气管道的投资取决于管道本身的造价和建设费用。影响因素分为与管径有关和无关两类，管道的工程造价主要取决于管径。近似用下式表示：K1=bd。b为造价系数。（2）调压站、储配站的投资费用2、燃气输配系统的运行费用包括：折旧费及大修费、小修及维护管理费、运行中的电费及燃料费等。其中折旧费和修理费常用投资的百分数表示。年运行费除以年用气量即为燃气输配成本。二、方案比较方法1、一个方案在经济上明显地优于其它方案，即这个方案投资费用和运行费用都小于其它方案、或投资小但运行费用相同、投资相同而运行费用较小。2、一个方案的投资费用比另一个方案大，但其运行费用较小。为了便于比较，必须建立起投资费用和运行费用之间的关系。假设两个方案K1K2，S1S2，建立下式tSKSSKK1221二、方案比较方法上式的含义是：如果采用方案1，则建造输配系统所需的附加投资费用为K1－K2，但该方案的运行费用小，产品具有较低的成本，输配系统的年运行费用将节省S2－S1。附加的部分投资由于每年运行费用的节省，经过t年后即可得到回收。t称为附加投资的偿还年限。当tT时，认为投资大的1方案是经济合理的，T为规定的标准偿还年限。对燃气系统，通常认为T为7年。该法称为附加投资偿还年限法。二、方案比较方法3、当方案较多时，用年计算费用法进行评价。年计算费用公式为确定最佳方案，须建立年计算费用的函数式并求出其最小值，见下图。此方法的缺点是没有考虑投资回收以后方案寿命期间内的经济效益情况及项目的赢利能力，也没有考虑资金的时间价值。KTSZ1第二节燃气调压站的最佳作用半径当建设多级管网时，存在调压站的经济作用半径问题。随着作用半径减小，调压站的数目增加，低压管网的造价降低，但提高了调压站本身的造价，并由于连接调压站的中压或高压管道长度增加，也提高了中压或高压管道的造价。因此，存在一个最经济的调压站作用半径，使管网系统的年计算费用最小。管网系统的年计算费用包括调压站的计算费用、低压管网的计算费用、中压（或高压）管网的计算费用。一、调压站的计算费用调压站的作用半径是指从调压站到零点的平均直线距离。如下图，调压站的作用半径为以B表示一个调压站的造价，则n个调压站的总造价及计算费用为2271.022RFnnFnFR211111111211)(2RAKTSZKffSBRFK二、低压管网的计算费用设低压管网从供气点到零点只有途泄流量，并以单位长度平均压力降来确定整个管网的平均管径。则计算费用如下：578.03221222578.0368.021.0221.0368.021.075.475.1)()()55.0(RAAZLKfSLRqPabdbKPRRqadldQaPmm三、中压（或高压）管网的计算费用由于中压管网的总负荷不变，认为中压干管的管径和长度不随调压站数量的改变而变化。只是中压支管的长度发生变化。因此，近似认为中压管网造价的变化与连接调压站的支管总长度成正比。RAZlKfSRkFklKRFRnl4323335.05.0四、调压站最佳作用半径管网系统的总年计算费用为最佳作用半径是使年计算费用最小。根据数学求极值的条件，求出最佳作用半径。RARARAZZZZ4578.0321321143.0245.01388.0081.0388.0388.0210388.00203881024422.0331)(3.4)1(0578.02NebPBffRRCCRRARARAdRdZ四、调压站最佳作用半径从以上公式可看出：1、调压站的最佳作用半径随B和的增加而增大。2、调压站的最佳作用半径随b、N的增加而减少。3、对R0影响较大的因素是调压站造价B、管道造价系数b、低压管网密度系数，影响最小的是计算压力降。调压站的最佳负荷根据一个调压站的供应面积2R2、居民人口密度N和每人每小时计算流量e来确定。P5000100002220NeRRNeQ四、调压站最佳作用半径例题：根据下列数据确定调压站的最佳作用半径和最佳负荷。一个调压站的造价B=20000元，管道造价系数b＝2元/(cm.m)，f1=0.25，f2=0.18，低压管网计算压降为1000Pa，人口密度N=400人/公顷，每人每小时的计算流量e=0.1Nm3/人.h，低压管网密度系数为0.015。第三节枝状燃气管网的技术经济计算环状管网多为输、配气干管，为了提高其可靠性，通常以等管径法进行计算，而不采用经济计算的方法确定管径，所以只对枝状管网的经济计算进行讨论。经济计算的任务是根据一定的起点压力和总计算压力降来选择经济管径。由于枝状管网的流量是确定的，主要是确定各管段之间压力降的合理分配。一、计算方法如图所示的枝状管网，各管段的流量及其长度是已知的，计算压力降是未知数。经济管径可根据管网投资为最小这一条件来决定，可以认为在方案比较中管网的运行费用是相同的。管段的投资费用：Ki=bdl，结合水力计算公式，整个管网的投资费用为：21.021.1368.021.0iiiPlQbaK一、计算方法管段的压力降须满足下列条件：此类方程的数量等于管网的终点数，如上图中的A、B、C点。为了使得管网投资最小，可用拉格朗日乘数法构造一个新函数并令其对管段压力降的偏导数等于零，所得方程组即可用来求解经济压力降。0PPi一、计算方法构造的函数及可利用的补充方程如下：)()()(0005313431221121.021.1368.021.053143121PPPPPPPPPPPPlQbaPPPPPPPPPPPiii一、计算方法取函数的偏导数并使其等于零：021.0021.0021.0021.0021.0321.1521.15368.0521.05221.1421.14368.0421.043221.1321.13368.0321.03121.1221.12368.0221.0232121.1121.11368.0121.01PlQbaPPlQbaPPlQbaPPlQbaPPlQbaP一、计算方法整理以上方程，得可见，最佳的管网压力降分配与管网的形状、管段的流量及其长度有关。为求解上述方程，可以采用类似于环网平差的逐次渐进法。021.1121.11368.0121.1321.13368.0321.1221.12368.02PlQPlQPlQ021.1321.13368.0321.1521.15368.0521.1421.14368.04PlQPlQPlQ二、计算例题