天然气管网系统优化设计
燃气输配管网系统优化设计
燃气输配管网系统优化设计【摘要】近年来燃气行业取得了突飞猛进的发展，为了进一步节省燃气输配管网系统的规划设计成本费用，提高规划设计的经济效益，以及实现对燃气输配管网的设计优化，专门开发了一款集计算、分析和绘图功能的专业计算机辅助设计系统软件GCAD，用于对燃气输配管网规划设计中存在的问题进行数学模型的建立和求解。
在GCAD软件的开发过程中，将开发重点放在了燃气输配管网新建、改建和目前现有管网的校准，以促进燃气管网的优化设计和行业的健康发展。
【关键词】燃气输配管网系统；优化设计随着经济发展速度的加快，燃气输配已经成为保障居民生活水平的一大关键因素。
为了满足社会发展的需要，目前燃气管网也在朝着大型化、复杂化的网络系统方向发展。
因此，对燃气管网进行系统化的优化设计具有十分重要的意义。
只有不断的对燃气输配管网进行优化设计，才能提高燃气的输配效益，保障燃气的充分利用，促进国家经济建设的不断健康快速发展。
1 燃气输配管网的现状概述目前，随着城市化步伐的加快，天然气作为保障居民生活水平最为基础的能源物资，越来越受到广泛的关注。
燃气管网建设是一项前期投资数额大，投资回报周期长的建设项目，为此，国家也在大力推进燃气输配管网的优化设计，以实现利用最少的投入，实现最大的经济效益。
因为燃气管网系统具有很大的可塑性，所以通过燃气输配管网的优化设计，对储配站、调压站的数量和分布进行合理的调配，在满足各节点压力要求，保证燃气流量的基础上，通过软件进行燃气输配管网管道的直径尺寸、管网金属消耗量和投资进行估算，以实现减少不必要的重复建设，减少投资额度，实现最大经济效益。
随着计算机技术的不断发展，利用计算机软件对燃气输配管网进行优化，可以解决以往人工很多无法求解的大型复杂计算问题，从而提高了燃气输配管网的设计质量和输配效率。
输配管网和调压结构是构成燃气输配管网的两大主要组成部分，输配管网又分为高中压管网和低压管网[1]。
在燃气管网铺设方案确定后，燃气管网始末端的压力和燃气流量是决定高中压管网直径尺寸的关键因素。
天然气集输管网的优化设计研究
天然气集输管网的优化设计研究摘要作为一种珍惜资源，天然气可以为城市及工业提供高品质的燃料及原料。
而长输管道天然气技术管网系统可以为用户输送所需能源。
通常情况下，长输天然气集输管网系统的距离跨度较大，其周围环境相对比较复杂，且因为建设及管理等因素的影响，导致集输管网系统在运行过程中存在诸多的安全隐患，这些隐患对于人们的生命财产安全都会产生一定的威胁。
因此，降低集输管网系统运行中的风险，是长输集输管网优化设计所要考虑的主要问题。
本篇文章从集输管网系统布局优化、设计优化及运行优化三大方面分析了长输天然气集输管网优化的具体内容，以供参考。
关键词长输管道；天然气；集输管网；优化设计1 我国天然气管道发展现状“新疆克拉玛依—独山子”原油管道，是中国首条油气长输管道。
经过管道技术与建设工艺的迅猛发展，境内油气长输管道总里程逐年增大，包括原油、成品油、天然气等长输管道。
天然气“十三五”规划提出，2020年中国干线管道总里程将达到10.4万公里，在2018年底，我国天然气长输管道总里程近7.6万千米。
海气登陆与北气南下等全国油气管线网络逐渐完善，油气供应格局覆盖全国且纵贯南北。
我国长输天然气管道建设，正处于摸索性前进阶段，“陕京一线”是我国首条真正意义上的长输天然气管道。
随后西气东输管道工程投产建成，我国正以平均每年新增4000公里管道里程的速度，以天然气产量年均增长12%的步伐，向新时代天然气工业格局迈进。
尤其是近十年，天然气长输管道总里程快速发展，天然气管道主干线初步形成，包括中贵线、中缅线、西气东输、川气东送等。
2 天然气管道发展趋势2.1 设施改造力度加大在北方地区清洁取暖、冬季天然气保供等工程与会议精神的影响下，中石化与中石油等主要油气企业，加大了基础设施改造力度，各企业所属管道的独立问题逐渐得到解决，使得干线管道互联互通成为了可能，应急保供能力随之提高，如西二线广州末站、管网鳌头分输站的互联。
2018年，鄂—安—沧天然气管道、蒙西煤制气管道等设施互联互通项目建设步伐加速，国内天然气串换与应急调峰等能力随之加强。
气田气举管网系统优化设计
高压 气 源井 分离 后再 进行 气举 ，避 免 管线 积液 ；④ 复线 气举 管 网 与高压 旁通 互 连 ，既可 以单独 复 线气 举 ，又 可 以将 高压 气 引 至 作 业 井 ，进 行 诱 喷 气举 。
通过 以上 改造 ，３ 集气 站实 现 了 以下 目的 ： 座
线 ，即一 站 气井 、其 它站 配合 气举 ；④ 在集 气站 内 敷设 高 压气举 流 程 ，与原 高压旁 通 气举 互连 。
举复 线流 程显 得尤 为必 要 。
以前站 内气 举 时采用 高 压旁通 ，闸 阀控制 气量 和压 力 ，操作 困难 ，并且 高压 气源 井 含液较 多 ，经 常发 生冬 季气 举 干 线 结 冰 堵 塞不 通 的 情 况 。为 此 ，
１ 气举 管 网改造 思路
（ ）改 造思 路 。针对 气井 分布 零散 和集 气站 分 １ 布 相对 集 中特 点 ，制 定 了如 下 管 网 优 化 和 改 造 思 路 ：① 离集 气站较 近 、与其 它积 液气 井距 离较 远 的 低产积 液气 井单 独 敷设 １ 气举 复线 ；②位 置 相对 条
集 中、２口以上 的积 液气井 采 用 放射 状 和 线状 敷 设 方式 ，达 到 １ 复线 、多 口井 气举 的 目的 ；③集 气 条 站 之 间流 程 调 整 的气 井 ，利 用 原 管 线 作 为气 举 复
做 了如下 改进 ：① 专 门敷设 １ 复线 气举 管 网 ，对 套
应 ３ ～５条 气举 支 线 ；② 气 举 流 程 采 用 针 阀 调 控 压 力 和气 量 ；③ 三号集 气 站新 增 高压分 离器 １ ，对 座
气 举 管 网优化 和改复线流程改造和气举干线完善三大部分 。 ２ １ 集气 站 外 复线敷 设 ．
城镇燃气管网优化设计
城镇燃气管网优化设计随着城镇化进程的加快，城市人口规模不断扩大，燃气需求量也在逐年增加。
为了满足城市居民生活、工业生产等领域的燃气需求，城镇燃气管网的设计和建设变得愈发重要。
合理的燃气管网设计可以提高管网运行效率，降低运行成本，保障城市燃气供应的安全和稳定。
本文将以城镇燃气管网优化设计为主题，分析现有城镇燃气管网存在的问题，并提出优化设计方案。
一、问题分析1. 管网布局不合理现有城镇燃气管网在布局上存在一些不合理的地方，比如部分区域的管网过密，造成资源浪费，而另一些区域的管网过于疏松，导致燃气供应不足。
由于城市规划的不断更新和扩张，原有的管网布局已经无法满足城市发展的需要，因此需要对管网进行重新规划和布局。
2. 管网老化部分城镇燃气管网存在老化现象，管道老化会导致漏气和安全隐患，给城市居民生活和生产带来不必要的风险。
对于老化的管网，需要及时更换和维护，确保管网运行安全。
3. 管网运行效率低由于管网布局不合理，部分区域的管网过密，而另一些区域的管网过于疏松，导致了管网的运行效率低下。
这不仅增加了管网的运行成本，也影响了燃气供应的可靠性和稳定性。
二、优化设计方案针对现有管网布局不合理的问题，需要对城镇燃气管网进行规划和布局优化。
需要对城市的用气需求进行全面的调研和分析，通过对城市用气的需求进行科学的预测，确定不同地区的燃气需求量并进行管网规划。
结合城市的规划发展情况，调整现有管网的布局，合理利用现有的管道资源，确保管网的合理布局。
2. 管网更新和维护针对管网老化的问题，需要对老化的管道进行更新和维护。
对管道进行定期的检测和评估，发现问题及时处理；对老化的管道进行更换和更新，确保管网的正常运行和安全。
优化管网布局和更新管道是提升管网运行效率的一部分，还可以采用先进的技术手段，提升管网的运行效率。
利用信息化技术对管网进行监控和管理，实时掌握管网运行状态，及时发现问题并进行处理，提高管网运行的可靠性和稳定性。
城镇燃气管网优化设计
城镇燃气管网优化设计城镇燃气管网优化设计是指在城市燃气管道建设过程中，通过对现有燃气管网进行调研、分析和设计，以提高其能够满足城市居民生活和工业生产对于燃气的需求，同时加强其安全性，减少环境污染，提高城市燃气管理的效率。
燃气管网优化设计的过程可以分为以下几个部分：1. 燃气管网调研和分析首先需要对现有燃气管网进行调查和分析。
调查和分析的内容包括管道建设年代、管道材料、管道布局、管道长度、管道直径、连接方式等等。
通过对现有管网的调查和分析，可以了解管道的历史和现状，为后续的优化提供基础数据。
在对现有管网进行调查后，还需要对城市燃气需求进行分析。
包括居民的燃气需求、工业用气需求，以及未来发展的趋势等等。
通过需求分析能够确定燃气管网的发展方向和迭代周期，进一步降低成本，提高管网的使用效率。
在了解现状和需求的基础上，我们需要针对燃气管网进行设计和优化。
具体的优化方案包括管道布局、管道直径、管道长度等。
需要根据实际情况选择更适合管道的材料，为后续的管道建设和安装创造一个更加适宜的环境。
4. 燃气管网建设和安装燃气管网建设和安装是燃气管网优化设计的关键步骤。
实际建设中需要保证建设质量和施工安全。
在施工过程中需要合理安排工程进度，以确保工期的合理。
5. 燃气管网管理管网建设后，需要进行管网的管理，包括管道维护、检修和更换等。
在日常管理过程中要建立管网维护、保养和管理的机制，以确保燃气管网的正常和安全运行。
总之，城镇燃气管网优化设计是一个复杂而又具有挑战性的过程。
需要涉及多个方面的知识，包括工程、地质、环境等多个专业领域。
优化设计的成功需要合理选用优质、高强度的管材，整合先进的管道技术、设备和工程技术，配备专业管理队伍，以及科学的管网维护管理体系的支持。
只有这样，才能做好城镇燃气管网的优化设计工作。
管网施工方案的优化设计
管网施工方案的优化设计一、引言管网施工是城市建设中至关重要且复杂的环节之一。
为了保证施工过程的高效、安全和环保，优化设计是不可或缺的一部分。
本文将就管网施工方案的优化设计进行讨论，并提出相应的解决方案。
二、施工前期准备在进行管网施工之前，充分的准备工作是至关重要的。
包括但不限于以下几个方面：1.详细勘察：对施工区域进行全面的地质、地下管线等勘察工作，确保对施工环境的充分了解。
2.合理规划：根据勘察结果，制定合理的管网施工规划，包括管道布局、设备摆放、施工顺序等。
3.制定施工方案：在规划的基础上，结合实际情况，制定详细的施工方案，明确施工步骤、时间节点和安全要求等。
三、施工过程的优化设计1.材料选择：根据施工环境和管道的用途，选择合适的材料，包括管道材质和附件。
考虑到耐腐蚀性、耐压性、使用寿命等因素，选择优质材料，既可提高施工质量，又能延长管道的使用寿命。
2.施工工艺：采用科学的施工工艺是优化设计的关键。
包括但不限于以下几个方面：a.开挖工艺：采用适当的开挖方法，确保对地下管线和周围环境的影响最小化。
合理布置施工区域，减少对交通和人员的阻碍。
b.焊接工艺：采用高品质的焊接工艺，确保焊缝的牢固性和密封性。
同时，注意保护焊接区域，防止因外界环境而引起的损坏。
c.安装工艺：按照施工方案进行管道的安装，确保每个节点的连接紧密、稳固。
合理安排安装顺序，提高施工效率。
3.安全管理：在施工过程中，安全是首要考虑的因素。
要建立健全的安全管理制度，培训工人的安全意识，配备必要的安全设备。
此外，及时排除施工现场的安全隐患，确保施工过程的安全。
四、施工后期的监控与维护管网施工结束并不意味着工作的结束，恰恰相反，施工后期的监控与维护同样重要。
采用科学的监控手段，对管道进行定期巡检和维护，确保其正常运行，避免事故的发生。
同时，建立完善的记录体系，及时记录施工细节和问题，为今后的维护提供参考。
五、结语通过对管网施工方案的优化设计，我们能够提高施工质量、提升工作效率，并最大程度地减少对环境的影响。
城镇燃气管网优化设计中的几个问题
［ 关键 词］城镇燃气管 网；优化设计 ；发展趋势
加 强 城 镇 燃 气 管 网 建 设 对 于 优 化 城 镇 能 源 结 构 ，减 少 环 境 污 染 ，提 高 城 市 功 能 和 居 民生 活 质 量 具 有 十 分 重 要 的意 义 ，是 一 项 十 分 重 要 的 民 生 工 程 。 以往 城 镇 居 民使 用 瓶 装 液 化 石 油 气 为 燃 料 ，使 用 安 全 系 数 低 ，需 要 公 路 运 输 ，且 瓶 装 液 化 气 毒 气 重 ，价 格 较 高 ； 以 甲烷 为 主 要 成 分 的 天
一
装置。调压的特点如下 ： （ １ ）通过压力调节箱 ， 可 以找 到 压 力 调 节 装 置 的 准 确 安 全 地 点 ， 这 样 即 便 出现 了较为紧急的安全事故，也能够在最 短时 间 内调 节压 力 。 （ ２ ）压 力 调 节装 置 要满 足 大 型 企 业 用 户 和 工业 锅 炉用 气 量 的需 要 ，燃 气 流 量 的压 力 标 准 应 当在 调 压 器 和 压 力 调 节 装 置 的承 受 范 围
之 内，供 气标 准 为 ：一 台 压力 调节 箱 应 能满 足４ ０ ０ 户 居 民 的 日常 燃气 使 用 量 ，如 果 是住 户 较 多 的大 型居 民社 区 ，可 以组合 使 用 多 台调压 柜 。 （ ３ ）使 用 主 副 调 压 器 的最 大 好 处在 于 ，如 果 主 调 压 器 出 现 故 障 ，副 调压 器 就 可 以 自动 投 入 到 供 气 的 运 行 中 ，不 会 影 响用 户 的使用 。 （ ４ ）压 力 调 节箱 的合 理 使 用 可 以大 大 节 约 工 程 建 设 费 用 和 调 压 站 的 占 地 面 积 ，不 需要 像 原来 那 样 以楼 栋 为 单位 进 行压
管网的优化设计应该考虑到四个方面即保证供水所需的
H0 — —水泵静扬程，m； hij — —从管网起点到控制点的任一条管线的水头损失总和，m。
目标函数和约束条件
压力供水时的目标函数
W p 1 100 t
a bDij
L ij
0.01
8.76E
gQ
H0
h ij
将上式简化，只取其变量部分，得年费用折算值或目标函数如下：
约束条件：
（1）J -1个连续性方程：
Aq j Qi 0，管段j 1，2，.......，. P；节点i 1,2,........，. J -1；
式中A — —衔接矩阵，J -1 P
（2）L个能量方程：
Lhk 0，环k 1，2，........， .. L 式中L — —回路矩阵，L P
• 因此年折旧费用W0值可看作是qij和Dij 或qij 和hij的函数，但以应用流量qij和水头损失 hij的关系来分析比较简便。
1 n 1 1
2
Dimj kqinjhij1lij Dij k mqimj himj limj 若n 2, 则Dij k mqijm hijm limj
100W p 100 t
aL ij
p
100 t
bDij Lij
8.76E
gQH0
8.76E
gQ
h ij
上式中 p 100 t
aL ij，8.76E
gQH0
为常量，则：
W0
p 100 t
p
100 t
bD
ij
1L
ij
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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
领域工作的同仁有所启迪。
参考文献：
[1] 苗承武，陈祖泽.强化天然气管道输送工艺[j]，石油工业出版社.
[2] 王志昌.输气管道工程.北京：石油工业出版社.
[3] 赵永涛.油气长输管道工程风险评价发展及现状[j].2007，7（2）：37-39.
[4] 姚安林.管道风险评价技术的发展战略[j].天然气工业，1999，19（1）。