西部天然气管网稳态运行优化研究

基于现场报表数据反算校验的西部天然气管网SPS仿真模型,通过不同流量与运行压力级制分类搭建了管网运行方案库。结合深度学习模型对方案库数据进行训练与特征提取,建立了一种新的管网水力计算与压气站配置方法,在保证计算精度的基础上提高了大型天然气管网运行优化计算效率。利用动态规划算法对压气站最优出站压力变量进行选择,管网流量分配原则为系统总能耗最小。所建立的管网稳态运行优化模型同时具备计算的高效性与准确性,基于该优化模型编制了西部天然气管网稳态运行优化软件V1.0,经过现场实测数据验证,模型优化结果可以显著降低管网运行能耗,可为西部天然气管网的运行与调度提供有效参考。     

基于动态规划和黄金分割法的环状天然气管网运行优化

目前中国天然气管道主干线已经相互联接,形成了环套环的大型复杂天然气管网,随着各压气站燃驱压缩机组的增加,如何实现管网的稳态优化运行已成为一个技术难题。为此,在同时考虑管网中环状结构和枝状结构对于管道流量分配的影响,以及燃驱机组耗气量对管道内流量影响的基础上,结合管网模型分割思路,将黄金分割算法与动态规划算法进行融合,形成了改进后的动态规划和黄金分割混合算法。以华北地区某环状管网为案例的计算结果表明:①管网运行优化数学模型比单线管道模型增加了管道内过流量、燃驱耗气量等变量,进一步加大了管网模型的求解难度;②混合算法能够有效地对运行燃驱和电驱压缩机机组的包含环状和枝状小型管网的稳态运行优化数学模型进行求解;③混合算法的优化方案能提高管网压气站的出口压力、提高机组的运行效率,降低系统的功率消耗、减少系统能耗,同时增加管网的管存量,提供了管网额外的应急资源。结论认为,混合算法有效地破解了复杂管网优化技术难题,可以为当前中国大型天然气管网稳态运行优化提供参考。     

运用关联矩阵建立压缩机站优化运行模型

天然气管网的驱动能量主要来自于沿途布置的压气站,天然气管网运行成本在很大程度上取决于压缩机站运行所耗费的燃料成本。章针对压缩机站优化运行模型的复杂性,提出引入关联矩阵,从而使得压气站优化运行模型得到一定程度的简化,有利于运用图论知识进行求解。     

���漼���о�������������������е�Ӧ��

天然气管道系统在运行过程中，由于供气量和用气量的变化、阀门的开关、压缩机的启停等，往往会使管网系统处于不稳定的运行状态，加上目前管网运行中存在着区域供用气不平衡、管网服役时间长、运行环境恶劣、管线破漏频繁、事故隐患严重等问题。因此对管道系统进行动态分析是很有必要的。文章通过建立管道数学微分模型以及管网中非管元件数学微分模型，并用隐式差分法将偏微分模型转换为有限的差分方程，然后用牛顿迭代法求解有限差分方程组，最后通过自制软件对某气田管网进行了仿真。仿真结果表明：各管道中的压力没有超过管道允许压力，管网内压降较小。因此，可以适当增加输气量；而部分管段流量很小，利用率很低，则需要调整输气方案。仿真结果与实际情况对比表明，该方法具有仿真精度高、求解速度快的优点。     

靖边气田开发后期增压方案研究

靖边气田全面进入自然稳产期末,地面集输系统已不能适应中、低压气的开发。依据靖边气田现有管网系统结构,对管网增压方式进行比选,建立大型气田区域性增压全局优化模型,结合天然气管网仿真,运用优化技术,决策出最优的气田增压方案,合理布置压缩机站的站位、优化压缩机及管网系统的运行参数,从而协调天然气的采、集、输、配各个环节的关系,在实施天然气集输管网区域性增压输送的同时,既降低管网改造投资,又实现经营部门效益的最大化。     

天然气长输管网稳态计算方法研究

采用高精度的天然气稳态流动方程作为管道稳态模型，能够确保较高的计算精度。文章利用管道摩阻损失最小原理计算长输管网压力初始值，建立了一种天然气长输管网稳态计算模型，解决了初始值计算不当所导致的牛顿迭代法求解速度慢的问题。通过对陕西省天然气管网的稳态计算表明，该稳态计算模型具有较高的计算精度和速度。     

天然气管网中一类新的压缩机功率拟合函数

对于大型天然气管网系统,完成一次运行优化问题的求解需要数十小时,其中压缩机功率的计算时间占绝大部分.针对应用广泛但功率计算极其复杂的离心式压缩机,为提高计算效率、加快天然气管网运行优化问题的求解速度,提出了3个新的压缩机功率拟合函数.以中国某天然气管网系统中配置的3种型号压缩机为实验对象,测试3个新的压缩机功率拟合函数...     

油田流体管网系统稳态通用仿真模型

油田流体管网系统包括原油集输系统、注水系统、供水系统和天然气集输系统,建立仿真模型是对系统进行仿真模拟的关键.在油田生产许可范围内,应用流体力学和热力学的理论,对油田流体管网系统中的各种管线建立单元模型;根据节点流量平衡原理,应用有限元的思想,将单元矩阵方程拼装成管网系统总体方程组,从而建立油田流体管网系统稳态通用仿真模型,实现仿真模型的统一解算.     

城市天然气管网遗传算法优化设计

文章以使管网建设和运行费用最少为目标函数，以管道的稳态分析、各节点的流量、压力及管道的压力限制等为约束条件，建立了城市天然气管网优化模型。根据天然气管网结构特点，采用遗传算法求解，构建了遗传算法中重要的适应度函数，给出了管道编码的方法。通过编程实例计算，表明遗传算法是在天然气管网优化领域中可取的一种算法。     

大型并联天然气管网系统运行优化技术研究

某大型长距离并行管道系统结构复杂,其压气机站合建在一起,且进站口和出站口设置有联通管线和截断阀门,由于两条管线内流量能够自由分配,使得沿线不同站场可能出现双线联合运行、双线独立运行、单线压力越站、双线压力越站等多种复杂工况。为了减少大型并联管道系统能耗,构建了并联管道的优化运行模型,该模型以能耗最低为目标函数,考虑了压缩机自耗气、站场流量分配以及压力分配等多种约束,能够确定不同站场的运行方式,计算不同管线间的最佳流量分配。由于模型决策变量较多,采用一种改进的粒子群算法（PPSO）对模型进行优化计算,通过实践该算法获取的优化方案最好。研究结果表明：优化后,管道系统可降低能耗25.31%,对现场操作具有一定指导意义。     

��Ȼ����������̬����

根据天然气管网的系统特征，阐述了天然气管网中的基本关系式和在天然气管网仿真中的应用方法；讨论了天然气管网静态仿真节点压力法和动态仿真特征线法的原理和仿真系统模型的建立方法。根据这些方法和长期的科研实践，研制了天然气管网静动态仿真软件ＧＡＳ－ＦＬＯＷ。该对管网结构不作，达用于由管道，调压阀，压缩机，气田及众多气源和用户组成的任意环状和枝状管网，实现天然气集，输，配管网的静动态仿真。还介绍了ＧＡＳＦＬ     

中东地区某国天然气管网去瓶颈分析

中东国家天然气管网具有气源多、运行压力低、管径大、输量高,以及覆盖面广的特点,水力系统分析面临多用户、多边界条件,气体流向复杂,难以准确查找管网瓶颈点的难题。对管网进行基本工况分析,认为提高气源压力、改变管网气流流向有助于减少瓶颈;对管网进行瓶颈工况分析,发现分输用户采用流量和最低需求压力设定模式能准确地查找管网瓶颈。与压缩机采用出口压力控制相比,压缩机采用控制流量模式有助于控制管网中天然气输量和流向,快速平衡管网气量和压力。去瓶颈工况分析表明,采用新建管道、修建原有管道副管以及增设压气站方法对提高管网输量效果明显,推荐首站增大输压作为管网去瓶颈首选方案。     

离心式压缩机组多变效率的计算模型

离心式压缩机组广泛应用于石油天然气工业领域，而多变效率是衡量该系统运行经济性的重要指标之一。因此，研究离心式压缩机组多变效率的计算模型，对于保障现有压缩系统安全、高效运行，以及有效地指导设备的维护和更换都具有重大的意义。为此，以欧洲燃气研究集团（GERG）提出的SGERG-88方程为基础，利用压缩因子、比热比和压缩性函数，建立了计算天然气实际压缩过程多变效率的数学模型，并以Power Station 4.0为软件平台，开发了相应的计算程序。利用该程序计算了某2个压气站压缩系统的多变效率。与实验数据对比表明，建立的天然气压缩系统多变效率模型是合理可行的，具有较高的计算精度。此模型既可用于前期的压缩系统验收，又可用于监测压缩系统的运行状况，具有较高的工程实用价值。     

高压天然气管网水力计算精度的研究

随着我国城市能源天然气化的发展，出现了高压、超高压管网。对此类管网进行水力计算，必须考虑管路中燃气的可压缩性，而现有燃气管道水力计算公式不适合超高压的情况。为此，筛选出精度较高的BWR状态方程用于高压天然气管网水力计算中的物性计算，以解决原有城市高压天然气管网水力计算公式不能满足高压低温时精度要求的问题；提出了两种解决原有水力计算公式不能满足高压管网精度要求问题的计算方法，并用实例验证了采用该方法的燃气管网水力计算结果。结果表明，采用该方法可提高高压和超高压管网的水力计算准确性。〖JP〗     

复杂天然气管网周转量计算模型及其应用——以川渝天然气管网为例

管网周转量测算是控制管道运行现金成本、管道能源消耗,实现降本增效的措施之一。川渝天然气管网作为目前国内最复杂的区域性管网（由枝状管网和环形管网交错结合在一起）,具有进出气点多、管线压力等级复杂、管网输配调度灵活、调峰方式多样等特点,同时存在天然气气体流向复杂、原始数据采集不实时、计算周期难确定等问题。为此,根据该复杂天然气管网特点,建立了枝状管网和环状管网管线图模型,采用“微元法”原理和方法,建立了较为适合复杂天然气管网特点的周转量计算模型,将整个管网系统按照管理层级层层分解,将周转量的测算细分到每一管段,以作业区作为一个计算区间进行测算,再进行层层累加求和,即得到整个系统的周转量。通过对比实例计算,得出了用“微元法”计算复杂天然气管网周转量的方法较为符合川渝管网的实际的结论。该成果可为全国联网天然气管道周转量的测算提供借鉴,有助于联网管道的销售管理、结算管理和运行管理。鉴于复杂天然气管网的特殊性,可采用年度或季度平均法,在统计分析的基础上计算周转量。     

管网系统动态仿真数学模型的建立及求解

为了便于天然气合理的生产和输送，在保证安全的前提下实现有效的调度和管理，对管网系统进行动态分析是非常必要的。根据天然气管网流动基本方程，建立了管网系统的动态仿真数学模型。并对常用的特征线数值求解方法进行改进，采用Newton-Rapshan迭代法求解非线性方程组，最终实现模型的数值求解。建立的管网动态模拟分析数学模型和所采用的数学求解方法可以应用和分析天然气管网系统的动态运行。     

普光高含硫气田集输管网优化

针对普光气田自身特点,以集输管网投资最小为目标,以管网各节点的流量、压力及管道的压力限制等为约束条件,建立了树状集输管网布局、管径和阀门数目全局优化数学模型,采用双重编码遗传算法对模型进行求解,获得了总投资费用最省的管网布局、管径和阀门数目。优化过程中,针对普光湿气集输采用气液混输的特点,确定了湿天然气的物性计算和热力计算模型。通过计算值与实测值的比较,确定了适用于湿气混输管线且精度较高的水力计算模型,保证了优化过程中物性、压力和温度计算以及优化模型约束条件校核的准确性。实例计算表明,所建立模型准确,优化算法有效,对降低高含硫气田管网建设成本和提高管网安全性有重要指导意义。     

基于粒子群算法原油集输管网优化

随着油田开发进入中后期不断进行井网加密,如何在最大化合理利用已建联合站年处理能力的基础上,尽可能减少投资管网建设,实现新建的计量间和联合站之间原油集输管网的合理分配,寻求以管网造价最小为目标函数,以联合站的最大年处理能力、集输半径和连接方式为约束条件,建立单目标优化模型。根据粒子群算法寻优特点,结合十进制编码,通过适应度函数评价,实现该模型的优化求解。采用遗传算法和粒子群算法分别对某一星状原油集输管网优化问题进行计算对比,结果表明,粒子群算法计算更为简洁,收敛速度也较优,有利于提高集输站利用效率．     

SPS与TGNET在天然气管网仿真中应用与认识

介绍了天然气管网水力仿真常用的sPs和TGNET软件,分别应用两种软件对某多气源天然气管网进行了动静态仿真,仿真结果表明TGNFT和SPS的计算结果相近;TGNET在静态模拟时模型的建立和结果的查看上较方便;SPS的优点在于其动态模拟速度较快,且如果管网越复杂该优势越明显;另一个优点是SPS能实现更多的逻辑控制.建议对于天然气管网一般静态仿真计算采用TGNET,而复杂管网的动态计算推荐采用SPS.     

һ���µ���Ȼ����������Ԥ�ⷽ��

针对天然气管网负荷变化的特点，提出了用模糊逻辑和RBF神经网络模型(FL—RBF NNM)来预测天然气管网的负荷。即首先利用模糊逻辑系统预测出负荷误差及误差变化率，从而实现了天然气负荷的在线修正：再利用改进的RBF神经网络进行天然气管网负荷的预测。在数据的处理上，应用了数据分类处理以及“近大远小”原则，并且在RBF网络模型中采用了最新邻聚类算法，实现了网络结构和参数的双重调节，大大提高了训练的速度和预测的精度。最后将此模型应用于实际中，并和单纯的RBF神经网络模型进行了比较，结果证明该模型可以快速准确预测出天然气管网的负荷值。