燃气管网动态仿真的研究及应用

研究和了解燃气在管道中的流动，是进行燃气管网系统优化和提高管网输运系统安全性的前提和基础。以流体力学三大守恒方程为基础，建立了等温和非等温条件下的燃气管网稳态和动态仿真理论模型。以有限差分法为基础，得到了上述模型的求解方法，并加入了耗散项，提高了求解方法的稳定性。通过增加初始点和延长出口点的方法，简化了模型的求解。通过在北京六环天然气管网中的初步应用，分别得到了与实际值综合相对误差为1.21％和2.62％的压力和流量仿真值，从而验证了模型及求解方法的可靠性。     

进口/出口计费模式下天然气管网输入/输出能力验证的两阶段鲁棒模型

对于覆盖区域较小且拓扑结构较复杂的天然气管网,可以采用进口/出口计费模式提供输气服务,即根据托运商在管网进口/出口预定的输入/输出能力收取管输费,而不考虑其托运天然气的管输路径。在该模式下,某节点的输入/输出能力被定义为该节点可被预定的最大输入/输出流量。管网公司根据经验初定管网各进口/出口的输入/输出能力,若经验证,该管网中任何不超过节点输入/输出能力的输入/输出流量组合均存在可行的输送方案,则初定的节点输入/输出能力可以对托运商公布并供其预定。该验证问题为不确定性验证问题,需要在实际输入/输出流量为不确定性参数的前提下,求解管网运行方案。本文建立了两阶段鲁棒模型,将带有不确定性参数的验证问题转化为针对“最差工况”的验证问题。第一阶段将管网输入/输出流量作为决策变量,输入/输出流量对应的不确定集合转化为约束条件,分别以各个中间压气站进站压力或分输站的分输压力最低为目标,得到多个“最差工况”。在第二阶段,验证“最差工况”下各个最低进站/分输压力是否满足对应的压力下限约束。相比于以往基于单个工况的输入/输出能力验证方法,该方法消除了人工选择有限个工况的局限性,验证结果更为可靠。分析计算结...     

基于有限体积法的城市燃气管网运行分析

在大力发展燃气用户的同时,要确保燃气输配管网运行的可靠性,就需要对燃气输配管网进行工程计算。目前对燃气管网工程计算的研究多集中在天然气长输管线,而与之相比,城市燃气管网结构更复杂、计算数据量更庞大。为此,建立了采用有限体积法对管网模拟方程组进行求解的燃气管网分析系统,并据此对某次高压管线进行了动态工程计算,各站点压力的计算结果与实际监控信息平均相对误差为0.02%～4.13%（与采用美国SPS软件验证计算结果基本一致）;采用燃气管网分析系统还对某城市中压管网进行了稳态工程计算,得到管网压力最低点及“瓶颈”管段,这将有助于管网改造与运行方案的制订;同时结合运营经验、监控信息对计算结果进行了综合分析。结论认为：①如果对城市燃气输配管网进行动态模拟,必须研究各燃气用户的用气规律,找出不同工况下燃气用户的小时流量估算方法;②监控点信息值选取城市全年最大小时流量发生日对应的时段值,并结合日常运营工作的经验判断计算结果的合理性。     

天然气管网稳态运行优化研究

分别以天然气管网系统的最大收益为目标函数和天然气管网系统的最大流量为目标函数,考虑管 道强度、节点流量平衡等约束条件,建立了天然气管网运行优化的两种数学模型。结合实例,采用混合 遗传算法求解了天然气管网运行优化的数学模型。结果表明,所建立的管网稳态优化模型是可行的。所 采用的混合遗传算法的能够有效地求解管网稳态运行优化的数学模型。     

带有减压阀的液体管网稳态输送仿真方法研究

随着管网系统的建设,对其安全运行以及压力监控有了进一步的要求。减压阀操作简便,能够自动调节并稳定管段压力,广泛运用于油田集输系统、以及城市供水等管网系统中。本文讨论了建模过程中减压阀的运行工况对模型计算的影响并针对其自适应调节特征对管网模型计算提出修正方案。通过建立雅各比矩阵并运用牛顿法求解相应管道的流量以及压力,既能保证计算的收敛速度,又着眼于管网系统的整体性研究。根据初步计算,当管网中带有减压阀的管道可能出现液体逆流时,阀门将自动截流稳压,因此,需要修正模型并重新建立新的雅各比矩阵,对液体管网稳态输送下的管段流量以及节点水头进行计算。     

基于遗传算法的燃气管网布局优化效果明显

作者以低压燃气管网为研究对象，以管网总投资费用最小为优化目标建立优化模型，并采用单亲遗传算法来求解燃气管网系统最优布局形式。本文与以往研究的不同之处在于考虑了管网参数对布局的影响，并对这一思路采用计算实例进行了验证，证实在考虑了管网参数对布局的影响之后，管网总投资将大为减少，优化效果明显。     

一种基于油田注水管网的水力计算模型

为了快速、准确地计算出大型注水系统中备相应管段中的流量及压力，提出了简化大型注水系统，选取最具代表性的子系统，根据管段的能量平衡方程建立普遍适用的管网水力计算模型，采用数值分析法、牛顿迭代法，以及节点矩阵法在计算机上求解，从而为解决大型注水管网系统的水力计算问题提供了一种实用可靠的方法。以实例进行计算，获得了较满意的结果。     

燃气管网中新材料和先进技术的应用探讨

燃气管网作为城镇管网体系的关键组成部分，关系到用户的燃气使用质量。在燃气管网设计与施工中，积极应用新型材料，并借助先进技术处理燃气管网运营中的疑难问题，保证燃气管网的使用质量和寿命。首先分析了燃气管网中常见的新材料，随后探讨了燃气管网中的先进技术，并总结了燃气管网信息化路径。     

输气管网的水力可靠性分析方法

输气管网的水力可靠性决定了供气的可靠性和供气质量。现有的输气管网的水力可靠性分析方法对于流量和压力的关系，多采用0-1模式，即把供气可靠性简单分为“供气正常”和“供气中断”两种模式，这与实际情况有较大差异。为此，在供气可靠性研究中增加了“部分供气”模式，并采用3种可靠性特征量即：节点可靠度、体积可靠度和网络可靠度来表征管网的水力可靠性，并介绍了水力可靠性特征量的计算方法，还对实例管网正常工况和事故工况下的供气可靠性进行了分析计算。结果表明：在实际的事故工况中，各节点的供气可靠性均受到影响；离气源点越近，管网节点可靠性越高；离事故点越近，节点可靠性就越低，但输气管网的部分节点依然能够部分满足供气要求。这说明本方法的分析结果更符合输气管网的实际。     

基于最大熵原理的油气层流体性质识别

针对目前各种地层流体性质识别方法的模糊性和不确定性,基于信息论中Jaynes最大信息熵原理提出了一种地层流体性质定量评价模型.利用现场试油资料,将油气层、水层以及干层的各种测井曲线特征值作为地层流体性质判别核心.同时,为避免人为因素干扰,拟选用Shannon熵的方法并利用数据自身信息客观地确定熵权,将待判的各种测井评价参数代入熵最大原理的定量评价模型,计算最小的熵值进而识别流体.该方法既能识别地层流体性质,还可以识别岩性,具有较高的识别精度.     

天然气管网输配气量优化研究

天然气管网系统管理部门为了明确天然气管网的输气能力和提高天然气管网的利用率，需要对天然气管网系统的输配气量进行优化。为此，以天然气管网系统的最大流量为目标函数，同时考虑了管道强度、节点压力和流量限制等约束条件，建立了天然气管网输配气量优化的数学模型。在研究遗传算法和模拟退火算法的基础上，提出了一种由二者结合构成的具有全域搜索、快速收敛和鲁棒性强等特点的混合遗传算法。结合实例，采用这一新算法求解了天然气管网输配气量优化的数学模型。实例优化结果表明，所建立的数学模型和采用的混合遗传算法是可行和有效的，能够对天然气管网系统输配气量的调度运行起到指导作用。     

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中国四川省的天然气管网已运行30年,管线老化、腐蚀严重,近几年爆管事故频繁,严重影响管道安全和正常输气。迫切需要了解和提高管道系统的运行可靠性,减少事故,延长管道系统的使用寿命。文章论述了天然气管道运行可靠性评价技术理论内容和计算方法,给出了天然气管道系统中线路部分、压气站和整个系统可靠性指标的计算公式,分析了天然气管道的失效模式和寿命分布模型, 提出了保证管道系统可靠性的措施。     

基于不确定性用气量的输气管网供气可靠度计算方法

由于未来用气量是一个随机变量,过去采用点预测的方式无法客观体现出其随机性的特征,由此得到的供气可靠性评价结果也难以客观反映实际情况。为了准确预测用气量,在调研输气管网供气量预测模型研究进展的基础上,提出了一种采用基于小波分解的神经网络模型来预测随机性用气量的供气可靠度计算方法,通过对比分析模型预测结果与实际用气量的误差,确定用气量所服从的分布类型及参数,结合管道的最大允许输气量,以供气可靠度最高作为目标函数,建立了优化流量分配及计算管网供气可靠度的数学模型,进而利用该模型对某一虚拟管网进行了供气可靠性评价。结果表明:(1)所建模型求解的流量分配方案优先保障权重较大/较为重要的用户,但会牺牲其他用户的供气可靠度,管网总体供气可靠度亦会下降;(2)取消权重后,管网总体供气可靠度提高,优先保障距离气源地较近的用户,若不要求完全满足用户的用气量,则在降低一定的标准后,所有用户的供气可靠度都能达标。结论认为:所提出的计算方法结合了用气量随机的特性,能够更加客观地评价管网的供气可靠度,同时由于引入了用户的权重,在计算管网供气能力的时候能优先满足重要的用户,更加符合实际情况,其评价结果可以指导输气管网的高效运行。     

基于改进的遗传算法的天然气管网系统运行优化

在天然气管网系统安全稳定运行的基础上,为了实现节能减排,充分合理地利用管道的输配能力,将目标函数定义为天然气的最大流量,同时考虑管道内天然气稳定流动、各节点流量平衡、节点及管段压力等约束条件,建立了天然气管网系统优化数学模型。采用整数编码来进行管径编码,用模拟退火罚函数转化约束条件,并合理地将遗传算法的全局寻优能力和模拟退火的局部搜索能力互补融合起来,实现算法的改进和优化。将改进的遗传算法应用到某大型天然气管网优化设计的实例中,计算结果表明,改进的遗传算法在解的质量上和收敛的速度上都优于基本遗传算法,验证了所建立的优化模型是高效可行的。     

基于简化拓扑结构的陕京天然气管网供气可靠性分析

为了定量分析结合了拓扑结构与水力计算的天然气管网的供气可靠性,以陕京天然气管网为分析对象,提出了一种通用的天然气长输管网系统供气可靠性评估方法。首先从上述天然气管网的拓扑结构入手,将站场与天然气管段视为网络结构的结点与链路单元,对系统进行了简化,建立了天然气管网系统的拓扑结构模型;然后通过设备失效数据库确定了系统各单元的事故率分布,耦合基于故障率分布的蒙特卡洛模拟生成了天然气管网的拓扑结构;最后再结合水力计算得到一定拓扑结构下陕京天然气管网的供气能力。结果表明:①无论是用气高月还是用气低月,该管网都保持了很高的供气可靠性;②陕京一、二、三线3条天然气管道构成了具有一定拓扑结构的供气网络,增加了系统的鲁棒性,从拓扑结构层面也提高了供气的可靠性。结论认为,该项研究成果给出了天然气管网供气可靠性的定量计算方法,为天然气管网供气可靠性分析提供了技术支持。     

基于熵权系数的天然气长输管线设计方案优选

传统的天然气管线设计方案优选方法通常容易忽略方案中固有的客观信息。为了使这部分信息在决策时不致丢失，拟将熵概念引入天然气长输管线设计方案的优选中，为此提出了一种结合备选方案固有信息和决策者主观判断力的实用权值系数方法：用层次分析法确定方案中各因素的主观权系数，用信息熵确定客观权系数，最后将主客观系数相结合对备选方案进行优选。对备选的13个天然气长输管线设计方案应用此模型，对备选各方案中的9个因素按照工艺指标（5个）和经济指标（4个）进行划分。最终得到的优选结果与实际所选方案一致，说明了该模型的实用性和有效性。     

海底输气管道系统定量环境风险分析探讨

对海底输气管道系统天然气泄漏的环境风险进行了初步的定量分析,计算了不同破损情况下天然气的泄漏速率、发生泄漏后天然气在海面的浓度分布、天然气燃烧热辐射危害阈值12.5kW/m2对应的危害半径和天然气爆炸冲击波危害阈值0.010MPa对应的危害半径,可为制定天然气泄漏应急预案提供参考。     

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借鉴系统可靠性分类法的理论和方法研究了西气东输工程,进而提出了以下三种解决方案,如能实现,不但可以将西气东输工程中、下游目前的低可靠性系统建成为高可靠性环网管段及高可靠性环网供、用气系统,而且可以节省巨额投资。第一,把主管系统建成为高可靠性环网管段,即西北天然气与四川天然气在上海并联为一个子系统后,该系统就具备了m=2可靠系统的主要条件,这样,一条管线就可以当作两条不同方向传输的管线使用。第二,“三个为零”的节资措施：①用主管沿线的废弃或正在开采的油气田作储调资源,其投资为零;②采取用户零储备;③为提高系统可靠性所必须采用的2项发明专利,目前使用费为零。第三,建成城市用户的高可靠性环网供、用气系统。     

某省大型天然气管网可靠性分析

介绍了天然气管网可靠性的相关概念，引出了计算管网可靠性的模型，结合某省大型天然气管网的方案选择，详细阐述了计算管网可靠性模型在天然气管网中的具体应用方法和步骤，特别指出了模型在多气源环状管网应用中应注意和理清的几个问题，分析了影响管网可靠性的主要因素。通过可靠性计算表明环状管网的可靠性明显高于枝状管网。指出在确定管网方案时需要综合考虑工艺可行、经济节约和方案可靠等因素。