Определение оптимального диаметра теплопровода путем решения оптимизационной задачи

На стадии проектирования инженерных сетей важным вопросом остается выбор диаметров трубопроводной системы с минимальными капитальными вложениями на транспортировку рабочей среды от источника до потребителей. Цель исследований – определить диаметр трубопровода, при котором достигается максимальная экономия денежных средств на транспортировку теплоносителя для заданных условий. На основе классических законов гидравлики и теплообмена с помощью программных вычислений получено расчетное уравнение, которое позволяет определять диаметр теплопровода при оптимальном соотношении денежных затрат на электрическую и тепловую энергию. Конечная формула учитывает такие важные эксплуатационные параметры, как расход теплоносителя, шероховатость трубопровода и местные гидравлические сопротивления, тарифы на тепловую и электрическую энергию и др. На примере магистрального участка трубопроводов системы централизованного теплоснабжения, расположенной в г. Вологде (Российская Федерация), получено программное решение предложенного в статье уравнения. Установлено, что при массовом расходе теплоносителя 32,9 т/ч оптимальный диаметр стального электросварного трубопровода составляет 76 × 3 мм. С учетом текущих тарифов на тепловую и электрическую энергию денежные затраты на транспортировку теплоносителя за отопительный период года составили 4912 руб. на 1 пог. м трубопровода. Для сравнения при диаметре трубопровода 57 × 3 мм удельные денежные затраты оказались равными 7887 руб., а при 89 × 3,5 мм – 5524 руб. Для рассматриваемого в статье случая получена зависимость между оптимальным диаметром трубопровода и массовым расходом теплоносителя.

1. Богословский В.Н. Отопление. Учебник / В.Н. Богословский, А.Н. Сканави. М.: Стройиздат, 1991. 735 с.

2. Козин В.Е. Теплоснабжение: учебник / В.Е. Козин, Т.А. Левина, А.П. Марков, И.Б. Пронина, В.А. Слемзин. М.: Высшая школа, 1980. 408 с.

3. Ионин А.А.Теплоснабжение. Учебник / А.А. Ионин, Б.M. Хлыбов, В.Н. Братенков, Е.Н. Терлецкая. М.: Стройиздат, 1982. 336 с.

4. Голованчиков А.Б. Сравнительный расчет оптимального диаметра трубопровода для природного газа, нефти и полимерного раствора / А.Б. Голованчиков, Н.А. Прохоренко, Т.А. Дулькин // Энерго- и ресурсосбережение: промышленность и транспорт. 2020. № 1 (30). С. 47-51.

5. Кузьмин В.В. К определению экономически оптимального диаметра трубопровода в современных условиях // Энергосбережение и водоподготовка. 2010. № 1 (63). С. 38-40.

6. Наумов В.А.Особенности определения оптимального диаметра при проектировании систем водоснабжения с полиэтиленовыми трубами / В.А. Наумов, А.В. Шторк // Региональная архитектура и строительство. 2023. № 4 (57). С. 176-183. DOI: 10.54734/20722958_2023_4_176.

7. Kotlyarov V.S., Nussupbekov B.R., Ospanova D.A., Stoev M., Khan M.A., Karagaeva M.B. Determination of the diameter of the main steam pipelines of the supply pipelines of the Heat electric generation with a capacity of 325 MW // Bulletin of the Karaganda University. 2017.№ 3 (87). Pр. 54-59. DOI: 10.31489/2017Phys3/54-59.

8. Теребилов С.В. Выбор диаметра трубопровода тепловой сети для водяных систем теплоснабжения /С.В. Теребилов, Цуканова Н.С., Петренко А.В., Седышева М.Н. // Актуальные вопросы энергетики: Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Омск: ОмГТУ, 2018. С. 136-139.

9. Андреев С.Ю. Выбор оптимальных диаметров трубопроводов в задаче управления системой теплоснабжения с учетом транспортного запаздывания теплоносителя // Вестник Национального технического университета. Харьковский политехнический институт. 2005. № 46. С. 9-12.

10. Соломин И.Н. Метод определения оптимальных диаметров участков тепловой сети / И.Н. Соломин, А.З. Даминов, С.А. Еремин, Р.А. Садыков И.А., Сафин А.И. Фаизов // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2012.№ 4 (22). С. 234-239.