天然气管网系统优化设计

天然气管网系统优化设计

【摘要】：随着中国对能源需求的迅速增长，天然气在中国能源战略中的地位也在不断提升。西气东输、川气东送以及引进俄罗斯天然气等世纪工程显示了天然气这一具有优质、洁净和环保等特点的重要能源，正受到我国政府前所未有的高度重视。中国天然气在十几个省份先后成立了四十六家拥有天然气专营权的合资公司，投资超过50个天然气管网项目，而这一数字将随中国燃气市场的迅猛扩张而不断递增。

【关键词】：天然气管网优化方案

在输气管网的工业领域中，管道事故所产生的灾难性后果在经济、社会与政治上的影响程度依国家和地区而不同，但在经济和政治日益全球一体化的状态下，其影响程度日益增大，对气田天然气管道的输送产生了直接影响。目前，各国政府都将天然气管道的建设与运营于严格的安全管制之下，颁布了一系列法规来最大限度地降低其风险。为了保证输气管网在运行期间的安全，通过对其抗风险评价和优化，将管道事故可能造成灾害的风险降低到国际限定的可接受标准以下。因此，在常规设计基础上，对输气骨架管网进行抗风险评价，在评估基础上对管道优化，是一项重要工作。

1、国外天然气管网系统优化的现状

不断完善的安全生产管理法规、规范及强有力的第三方监管，依法实施管道完整性管理美国对油气管道建设和运行的全过程都有系

统的安全法规进行安全管理和监督。美国国家标准的asme b31 压

力管道及管件标准的系列中，b31.4“液态烃和其他液体管道输送系统”，b31.8“输气和配气管道系统”，对数优、输气管道从设计、管道和管件材料及制造、管道系统施工、设备安装、管道验收、腐蚀控制等过程中，为防止管道损伤、确保公众安全，均提出了明确的技术要求。每个标准都引用了100多个相关标准。它们是管道建设的技术指南，有时国家有关部门进行建设方案评审和建设过程中进行建设监理和安全监督的法律依据。

经过多年管道系统完整性管理的经验积累，实施以风险评价为核心的现代安全管理，开发了多种油气管道风险评价的模型和软件。国外不少石油公司都开发了管道系统的风险评价模型和软件，评价方法很多，复杂程度各不相同，简单的只有20多个变量，复杂的则变量多达200个以上。美国学者w. kent muhibauer 在20世纪90年代初提出的风险评分法（est），将管道数据统计资料与有经验的工程技术人员及专家的意见相结合，对各种危害安全的因素及可能的后果加行了逐项评分。这种方法在20世纪90年代中期得到了较多应用。其后，英国、美国、加拿大的挪威等国的公司力图将风险评价定量化，尤其是在涉及人员伤亡方面提供更为科学的结论，获得了各方面的高度重视。此项工作还在不断完善中。英国advantica 公司在多家管道公司的支持和协作下，通过统计分析大量资料及进行灾害模拟试验，对天然气管道的危害因素进行概率分析，对事故后果进行了量化描述。在这些工作的基础上建立了输气管道量化的风险评价技术。去专家系统分析软件pipesafe已经应用于英国及

世界多个国家的高压天然气管道，其量化粉丝技术可提供更为科学的结论。

2、国内天然气管网系统优化的现状

与国外相比，国内在管道系统优化设计方面研究起步较晚，但是发展较快。经过多年的工业试验和不断优化、创新，最后形成了以下几种技术工艺技术：

（1）井口和管线采用橇装移动注醇解堵技术

所处区域气温变化大，冬天最低温度达-29℃，而气田又采用湿气集输工艺，为防止冬季环境温度过低导致气井井口和地面管线发生冻堵影响正常生产，根据气井生产情况，在井口或管线发生冻堵时，采用移动注醇车进行注醇，保证正常生产。

（2）井间串接和中低压湿气采气工艺

采气厂和各合作区块井口天然气通过井间管网串接汇入集气干线，经进站区汇合后，分别由进站闸板阀控制进入集气汇管，输至分离器区。进站区来气，进入强吸分离器进行气液初次分离后，夏天直接计量外输，冬天输至压缩机区进行增压处理。然后外输至输气干线。

此外，优化了管网布置，缩短了采气管线长度，增加了集气站辖井数量，降低了管网投资，提高了采气管网对气田滚动开发的适应性。（3）集气站常温分离和增压集气工艺

湿天然气通过采气干管进入集气站的压力为1.3mpa，在集气站的进站总机关汇合后，经常温分离、增压、计量后去集中处理。夏季

地温较高时，也可将压力提高至4.0mpa运行，充分利用气井压力，停止压缩机组运行，降低能耗，节省运行费用。

集气站分散增压可降低井口最低生产压力，延长气井生产周期，提高单井采收率，同时降低了管网投资，满足气田增压开采和天然气增压输送的要求。根据系统压力，集气站采用一级增压，使天然气压力从1.0mpa增压到3.5mpa后输送到天然气处理厂。

3、天然气系统优化的优势

多目标决策技术在国内外众多领域得到广泛应用，但在天然气管网运行优化方案

决策方面的应用则鲜见报道。基于多目标决策技术的理论，探索确定了大型天然气管网运行优化方案多目标决策系统的架构，主要包括3个层次的内容：①对于不同的天然气管网系统，根据其工艺和模拟得出的多套运行方案的特点，针对性地建立综合指标评价体系；②设立综合评价系统，运用多种评价方法对模拟得出的多套运行方案进行评价，以避免单一评价方法对管网系统的不适应性；③对综合评价方法进行筛选，甄别出最合理的评价方法，依据该评价方法获取最优方案。

4、天然气管网系统优化的主要原因及措施

在天然气管网布局的基础上，以管网投资净现值为目标，建立管网结构参数优化模型，并充分考虑了输气量、管径、输气压力、管长、增压比、压缩机数目之间的关系，采用混合变量优化方法进行求解。在进行天然气管网系统优化设计的基础上，以系统工程的观点，综

合考虑天然气生产部门、经营部门和用户之间的关系，以天然气经营部门的最大经济效益为目标，通过对天然气管网系统采、输、配过程中各种影响因素的分析，建立了管网系统运行方案优化的数学模型，并采用可行方法和线性逼近法求解模型。综合利用gui技术、计算机图像技术、ole技术、dde技术、数据库技术、面向对象技术等计算机技术，编制“天然气集输配管网系统优化设计及运行”软件。城市燃气供应系统的风险性主要体现在气源中断、输配事故、应用不当等方面。鉴于目前天然气市场风险性的显露，确实保障各类燃气气源的稳定供应，加强高峰期间的燃气安全调峰措施，建设事故气源站。此外，燃气输配管网及燃气应用环节的事故预防和管理维护也是降低城市燃气供应系统风险性必不可少的内容。

结束语：

天然气的开发和利用离不开管道系统的输送。我国气田一般都采用滚动式开发，随着气田开发力度的不断加大，由于新气田的发现和老气田的衰竭，需要对集输管网系统进行调整和改造。因而研究天然气集输系统的优化设计具有重要意义。本文调研了大量国内外文献，紧跟国内外在天然气管网系统优化技术方面的最新研究成果，结合管网系统布局优化、结构参数优化方面进行了深入研究。采用分级优化方法，将气田集输系统管网优化设计问题分成井组最优划分、集气站站址优化、干支管网布局优化和管网参数优化几个子问题。根据气田开发阶段的不同，以管网投资为目标，提出了管网布局优化模型，采用拓扑级和几何级方法进行求解。希望对在该