适应我国天然气发展形势,加速天然气输气管网优化技术研究

气管 网有 着长期研 究 ， 进行 了静 、 动态 仿真 ，采用遗 传算法进 行管 网管径 优化设 计 。 并编制 软件实 现 以上功能 。现 正在进 行天 然气长输 管线和 城市 配气管 网的优 化设计 及 可靠性评价 研究 。 中设 计方 案优选 采用模糊 综合 评判方 法 ， 过模糊 关 系运算 ， 其 通 确定 评判各设 计方 案的评 判指标 ，得 到优 选设计 方案 。可 靠性 评价采 用失效 故障树 分析 ，确 定影响 天然 气管线 失效的 主要 因素。通过 天然气 管线 失效故 降树的模 糊分
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中 ．土木工怪学会城市娜气分会第八扭口书会扩大会议
论文集
哈尔滨工 业大学对 长输管道输气 稳定流动 和不稳定 流动进行 了系统的理 论研究 、 应用 四阶 龙格 一库 塔法 、隐式有 限差分 法数值 求解稳 定流动 ，应用 隐式 中心 有 限差
分法数值求解不稳定流动，并对长输管线末端静、 动态储气 量进行计算。对城市配
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论文集
及 位置、压力 比等 同时进行 最优 化。 规 划应 该能够定 量评价 可靠性 ， 而无需事 前假设 哪些环 境情 况会导 致系统 失灵 。 ６ 年 代 ， 苏联 开始研 究干线 输气管压 缩机 组的运 行 可靠 性 问题 ， 就干 线输气 的 ０ 前 并 线路部分 可靠 性问题 作 了研 究 ，提 出评价 线路部分 可靠 性的定 量指标 。 由于历 史的原 因 ，目前我 国在 长输 及城 市管 网方案优 化设计 中基本 上还 是采用 前苏联 的方法 ，已不 能满足 目前大 规模 、极 其复杂 的管 网规划设 计的 要求 ＿
中．土木工．攀白 桩市月气分会第八月粗今会扩大会议
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适 我国 然 发 形 ， 天 气 展 势 应 加 天 气 气 网 化 术 究 速 然 翰 管 优 技 研
哈尔滨工业大学
段帝 贵 及延 考
一 、序 言
２ 世 纪是世 界天然 气能源 高速增 长时 期 ， １ 也是我 国天 然气作 为能源 走 向成 熟时 期。 目前世 界上普 遍采 用管道方 式运 输天 然气 ，做 好管 网系统 的优化 技术研究 ，是 建 设和管理 管道 网络 的重要 工作 。 国外 尤其是 西方 发达国 家天然 气工业 发展 比较早 ，美 国大规 模管 线建设开 始于 ２ 世纪 ２ 年代 ，西欧天 然气工业 开始 于 ２ 世纪 ５ 年代 ，到 ２ 世 纪 ７ ， 年 代长 ０ ０ ０ ０ ０ ０ ８ ０ 输 管道工 程设计 技术 已趋 于成 熟。 前苏 联从 ０ ６ 年代 开始对 供气 系统最 优化 问题 进行 了大量 研究 。 包括 确定干 线输 气管最 优参数数 学关 系式的一 般形 式 ，目标 函数 采用最 少金属 耗量 、最 少投 资 、最 日 少经营费 用或最 少折合 费用 ，计算方法 采用 分析法 和方案 挑选法 。解决 方法 主要 采 ．孚 名 ５的 ． 切 管道最佳 运行参 数优 化、工 艺流程优 选等方 面 ，取得 了显 著的 经济效益 。 沙 李 牡 名 宜 毅 挂 美国对 管道 系统 的最优设 计研究 也始于 ６ 年 代 。 ０ 采用的 优化方法 有库 恩 一塔 克 定理 、单 纯形法 、鲍威 尔共ｔ 方 向直 接搜索 法 、动 态规划法 、广 义简约 梯度法 、序 ｒ ｖ 列二次规 划逼近 法 、广 义几何 规划法 等 。从 对管道 系统 的布局 、几何参 数 、管 网各 点 压力 、压 气站数 及位 置、压 缩机功 率等分 别优化 ，发展 到能够 将管径 、压气 站数 孚 用解析法 如拉格 朗 日乘数法 。 传统 最优 化技术用 于最 优线路选 择 、 优支 线布 局、 将 最 。。
希望我们学会建立和国家科技部的沟通渠道， 推荐重大科研课 ， 题 争取列人国家重 点科研项目 计划， 得到国家科研经费的支持，以便吸纳更多科技人员从事燃气重点
科研项 目的研 究 ，促进 我国 燃气事业 的发展 。
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ห้องสมุดไป่ตู้ 沦文集
由于输 配气管 网系 统的特 性 ，管 网可靠性 评价 日益 重要 。国外多 家天然 气输气 公 司合作 开发 ＰＰ Ｓ Ｅ （ ＩＥ ＡＦ 管道 安全 ）软件 包 ，以逻 辑 的方 式相 联结 ，计算 个别及 社 会性的 风险 。 国Ａ ｖ ｎｉ 技术有 限公 司对管 道系统 进行 风险评 估 ， 英 ｄａｔａ ｃ 分析 事故发 生原 因 ，计算 事故 发生概 率以 及造成 的后果 程度 ，判 断是否 可 以接 受 以及确定 改进 措施 。西 欧天 然气输送 公 司风险分 析的总 体 目标 是对 引发不 良后果 的故 障采用 定量 分析 和定性 分析进 行确认 、分类 和排序 。荷兰 采用蒙特 卡 罗模 拟方 法定量 评价 输气 系统 规划可 靠性 ，对 管 网多次重 复计算 失效状 态的数 量 ，可估 算整 个系统 失效 的概 率 。另外为解 决不确 定信 息量 化的局 限性 ，采 用模糊 分析法 ，将模 糊性 引人到结 构 安 全中 ，目前 油气管 线模糊 神经 网络可靠 性评 价 已得 到应用 。 随着管 网规模 的扩大 ，规划设 计与运 行管 理需 要处理大 量数 据 ，地理 信息 系统 不仅 保 留传 统形式 的信息 （ 文字 ，数字 ） ，还 有 图形和地 区说 明，可进 行网络 设计 、 设施 管理 、风 险分析 、事故 处理等 。意大利 Ｓ Ｍ（ ＮＡ 国家燃 气输送 公司） １８ 从 ９９年开 始建 立Ｓ ＩＧ． Ｓ Ｓ Ｍ 图形化 和字母 数字信 息系统 ， 助管理 天然 气输配 网络 。 ．． Ａ．－ ＮＡ 帮 美 国运输部 管道安 全局正 在开 发全数字 全球 信息系 统 ＧＩ数 据库 ，称为全 美管道 绘 Ｓ 图系 统 ＮＰ 数据 库 ，包括全 美所有 天然气 管道 、有 害液体管 道 干线和液 化天 然气 ＭＳ
设施 。
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三、国内天然气输气管网优化技术研究
我国天 然气事业 正在 蓬勃 发展 ，规划 了一 系列纵横 东 西南北 的输气 大干 线，输 配气 管网规 模 日益 扩大 。管 网优化 技术 不可能 全依靠 进 口国外软件 ，我们 有必要 紧 跟 并赶上 国际燃气 输送 技术水平 ，开发 国内 自己的输 配气管 网优化 软件 。 国内一些大 专院校 、 科研 院所、 生产企 业对 天然气管 道输送技 术进行 了许多研究 。 已 。。 ； ０‘ 的 的闭 胭 ．沙 李 李 举 用 寿命的预 测 、管道 事故概 率 的统计 、管 线系 统风 险评估等 。 叹 鹅 牲 国 内一 些城市 及天 然气公 司正开 发利用 ＧＳ地理 信息 系统 ，建 立输配 气管 网地 Ｉ 理信 息系统 ，使管 网设 计、运行控 制 、事 故预 测等均 可在管 网地理 信息 系统基 础上 进 行 ，得 到提高效 率 、改 善性能 的 良好效果 。 浮 对干线 输气管 线 、树枝 状输 气管线 、城市 配气管 网 ，在确 定管 线规划 布局 以及 工 艺参 数 设 计 方 面分 别 作 了研 究 ，编制 相 关软 件 。针对 管 网系 统 运行 管 理 建 立 Ｓ ＡＤＡ 监测控 制及 数据采集 系统 。现 阶段 开始重视 对可靠 性 的研究 ，进 行管道 使 Ｃ
二 、国 外 现 阶 段 天 然 气 输 气 管 网 优 化 技 术 研 究
优化 设计 、优 化运行 和优化 可靠性 都属 于优化 技术 。此 外管 网地理信 息系 统可 以作为管 网数据 管理 的平台 。 国外 发达 国家对天 然气管道 输送 系统 的传统优 化技术 已较 为成熟 ，随着天 然气 工业的 发展 ，以及 计算机 技术和 应用数 学的 迅速发展 ，正在 应用新 的现代 优化 技术 方 法对更 复杂输气 管道 网络系统 进行 深人研 究。各种 优化算 法如 遗传算法 、模拟 退 火 算法 、禁 忌搜索 算法 、神 经网络 算法 、模 糊决 策等正 逐渐应 用于 管线布 局 、工 艺 流程 设计 、可靠性设 计等 。如加拿 大马尼 托 巴大学 针对 决策者 经常 遇到几 个决策 目 标 发生冲 突或在其 领域是 模糊 的问题 ，开 发 了神 经 网络基本结 构 ，决策 目标 采用最 小 费用和几 何特性 ， 用神 经网络模 拟 目标 函数 和参数 的关 系， 计天 然气管 线。 利 设 基 于从 模糊 元理论 中提 取 的逻辑构 造 ，采用 多层结构 确定 决策过程 的局 部和 不同种 类 的特 性。神经 网络模 拟决策 可以确 定天然 气管 线一系列 可供 选择规 划的过 程 。国 外 线路 选择不 仅考虑 经济 因素 ，而且 对环境 因素 也格 外 重视 ，考 虑建设 管线整 个过程 中对 环境造 成的影 响 ，以及 工程完 成后尽量 不 改变 周 围环境生 态 ，尤其 当线 路经过 日 。。 沙 。‘ 的目 呷 雾 沙 尝 名 吹 级 性 设计 技术 ，能够通过 管道模 拟实现 管道规 划设计 和运行 控制 。英 国 阿伯 丁大 学应用 人 工智能进行 油气 输送设 备运行 的模拟 与控制 ，将模 糊逻 辑应用 于管道 系统 泵站 的 控 制，人工 神经网络 用于确 定重要 管道特 性 。通过 人工智 能在 关于油 气输送 设备运 行 的特定 问题 上的 应用 ，来改 善管道 系统控 制过程 的运 行和重要 的 系统参数 。 特殊 保护 区和特殊地 形 时，更是慎 重选择 。 输气管道 系统建 成后 需要对 整个系统 的运 行进行控 制 ，为了获得 经济 效益 ，优 化运 行技术 是必不可 少的 。国外管道 模拟 公司组织 集和 了管道模 拟软件 技术 和管道
重大科研项目进行联合攻关。这不仅可以多出成果， 快出成果，而且也有利于科研
成果 迅速转化 成生产 力。我 们学校和 西安 天然气 公司合作 ，仅 用很少 的经费 ，完成 的储 气优化研 究使 一次投资 节省 了８ ０ 万 元人 民币就是 一个很 好的例 证 。 外 ， ０（ ） 另 也 日 。。 ‘ 渗 名 ５蕊 ，沙 孚 沐 华 蕊 硬 拐 硬
析， 采用模糊逻辑门算子对基本事件概率的模糊值进行计算，得出天然气管线失效
事件 发生的概 率 。 对天 然气管线 故障树 进行 模糊分析 ， 是传统故 障树 分析 的推广 ， 可
解决传统故障树分析中基本事件概率难以 精确赋值的问 题。
四 、结 束 语
我 们国 内在 天然 气输气管 网优化 技术研 究方面 做了一 些工作 ， 尚不够 完善 ， 但 涉 及长输 管线较 多 ，涉及 城市管 网相对 较少 ，远 远不 能适应 我国 西气东输 、夭然 气大 发展 的形势 。目前存 在的 问题 是大 专院校 、科研 院所相对 人力 资源 比较丰富 ，但缺 乏财 力的支持 ， 而企 业 由于繁 重的 管理工 作 ， 工程 技术 人员无力 专 门进 行科研 工作 。 希望学 会能够组 织大 专院校 、科研 院所和生 产企 业的联合 ，达 到资源优 化配置 ，对