天然气智慧管网调度运行技术的探索与实践

随着天然气产业的快速发展,天然气管道长度的不断延伸及管网的不断扩大,传统的人工控制或简单的信息化、数字化管理已无法满足管网安全、经济、可靠运行的要求,迫切需要通过具有自动采集、自动判断、自动控制功能的智慧管网建设来实现对管网的智能控制。为此,浙江浙能天然气运行有限公司积极开展了智慧管网建设的探索与实践,将高速发展的数字化、自动化技术引入天然气运行管理中,以阴极保护管理、高后果区管理、风险评价、巡线管理等十余个业务模块为基础,建设了智慧管网平台。通过平台和各模块的深入使用,促进天然气管网调度运行的技术升级和管理创新,大大提升了管网调度的效率,也为科学、精准调度提供了可靠的数据支持。     

基于“全国一张网”的天然气调度应急系统设计与应用

随着天然气管网规模扩大、日趋复杂，相关运行数据量十分庞大，调控应急管理人员对应急事件信息的全面掌握难度越来越大。在数字化转型背景下，基于天然气“全国一张网”，在分析当前天然气管网调度应急管理现状的基础上，明确天然气管网调度应急系统需求。通过研究数据、模型、应用等要素，提出系统设计范围、技术框架，规划建设天然气管网调度应急数字化平台，在通用智能分析算法框架基础上研究管网应急专业算法并逐步建立算法模型知识库，进一步满足智慧管网、智能管道和智能调控。详细介绍了数据采集、数据整合及数据治理、建构模型、数据分析与应用、数据可视化。基于网络安全要求，给出系统接口设计，为管输企业数字化建设提供参考和借鉴。     

城市燃气管网GIS系统的开发

随着我国天然气工业的不断发展，对于城市天然气管网的智能化管理已经作为一个全新的课题出现在燃气企业里。过去所使用的MIS系统（Management Information System），无论从效率、准确度、智能程度上讲，都已经不能满足目前城市燃气管网的精确管理。因此地理信息系统（Geography Information System，简称GIS系统）作为一种新的计算机管理系统应运而生，其主要特点是：有精确的管理、有标准的地图提供直接判断、空间关系与实物对应明确、管理直观。文章以企业对管理系统的需求以及技术可行性为出发点，阐述了GIS系统应具有的基本性能；同时结合燃气工程技术的发展，对燃气GIS系统做了应用开发研究；此外还对现阶段部分燃气GIS信息系统的不足做出了分析。     

天然气开发数据管理系统业务建模及设计

天然气开发数据管理系统是为天然气开发领域日常管理和综合应用研究提供及时、准确数据支持的管理软件。该系统采用"自顶向下"设计方法,通过对天然气开发业务及数据的梳理分析,开展天然气生产计划、产能建设、前期评价、动态分析管理、开发方案编制等核心业务建模,基于业务模型成果,完成系统数据模型及应用功能设计,实现对天然气开发现有工作流程、数据流程、决策流程的全面信息化管理。应用结果表明,该系统显著提高了天然气开发数据的管理效率,应用前景广阔。     

天然气供应企业进入下游行业的决策方法——以某供气企业为例

天然气市场的快速发展和全国性管网的逐步构建,为城市燃气、天然气发电和天然气汽车等下游产业的快速发展提供了必要的基础条件和广阔空间、许多供气企业希望借机进入下游行业,以延伸产业链和获取更好的经营效益、以某供气企业为例,采用GE模型、德尔菲法（DelPhi Method）确定评价指标,分析评价指标权重,计算评价值,进行综合评价值的定位分析。认为该供气企业的城市燃气业务、天然气发电业务、天然气汽车业务应分别采取有选择发展策略、维持发展战略、积极发展战略。     

城市天然气高压输配管网风险评价

城市天然气管网由城市边缘超高压、高压天然气主干管线与市内次高压、中压天然气管网构成。由于天然气主干管和市内天然气输配管网的风险影响因素不完全相同，而且城市高压天然气管线的设计、新建成、运行阶段的风险特征也有所不同。因此，有必要建立基于不同阶段的风险评价体系。为此， 通过风险因素分析，分别建立了3个阶段的风险评价模型，运用指数评分法进行风险分析，并基于风险评价体系进行风险等级划分。针对风险等级较高的评价对象，根据实际情况和专家咨询意见，对各影响因素给出相应的风险缓解措施。风险评价结果有助于城市天然气高压管网的设计、新建成、运行阶段的修正、维护及管理。     

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。     

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。     

��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     

天然气管网稳态分析方法研究现状与展望

为了形成具有煤层气集输特点的管网模拟技术,系统总结了天然气管网稳态分析的基本方法,比较分析了节点法、环路法、管段方程法等三种方法的特点,调研了天然气管网稳态分析方法的研究现状,对城市配气管网稳态分析方法应用于煤层气集输管网的适用性进行了分析。煤层气集输管网模拟可借鉴城市配气管网稳态分析的基本方法,但必须考虑煤层气集输管网自身的特点。煤层气集输管网稳态分析的难点应是如何实现两相管流水力热力计算模型与管网方程的联立。     

基于频谱分析的地震带输气管道应力分析方法

地震是输气管道失效的重要原因之一,强烈的地壳运动带动土壤错动,载荷作用于输气管道上极易引起管道变形,而目前国内外对地震带输气管道的动态应力分析研究较少。为此,基于地震频谱分析方法,采用CAESAR II软件对XX地震带输气管道进行了动态应力分析,并校核了在强震作用下输气管道的位移、应力是否符合规范。结果表明:①轴向、横向、纵向及综合地震作用对输气管道的横向位移影响最大,且最大横向位移明显高于最大轴向及纵向位移;②地震作用下最大纵向位移和横向位移均产生在坡顶,设计时需重点对坡顶输气管道的位移量进行校核;③综合地震作用较任一单方向地震作用所产生的管道位移、应力更高,综合地震载荷对输气管道的破坏最大。据此提出建议:地震带输气管道设计过程中,可通过极限设计的方法提高输气管道的抗震能力且应重点对输气管道的横向位移进行监测,可通过改变管道敷设线路或减小土壤压实度的方法来控制输气管道的位移。     

输气干线单个分输站站址最优化研究

输气干线分输站站址规划设计合理与否，直接影响到分输站至各城市门站之间输气管线总投资和未来管网系统的发展。为此,着重讨论并建立了以分输站站址、各城市门站与分输站之间管道直径、壁厚、分输站压力为设计变量，以各城市门站与分输站之间管道投资最小为目标函数的分输站站址优化数学模型。根据模型特点，采用混合离散变量复合形法与数据库技术相结合来求解分输站站址。以此站址为参考点，结合现场勘察，在参考点附近沿输气干线预选多个分输站站址，并对影响分输站建设和管理的环境因素用多目标模糊评价方法进行综合评价，以评价效果好的站址为最优分输站站址。用算例说明了分输站站址优化结果不仅与工艺参数变化有关，且与分输站所处环境因素有关。提出还应深入研究输气干线中具有多个分输站的站址优化问题。     

川西天然气集输管网系统最优规划研究

川西天然气集输管网系统庞大而复杂，而管网最优规划是在气田开发地面工程建设中必须首先解决的问题，它不仅涉及到从井口到一级集气站，从一级集气站到二级集气站等的管网布置，还涉及到各级和各个集气站的布局。文章针对效益和费用两个目标，建立了川西集输管网系统最优规划的数学模型，并应用资源优化ReO软件进行了仿真计算，得出了川西管网的最优规划方案。该管网系统最优规划研究成果，不仅适用于新建天然气管网系统，还适用于已建管网系统的评价和改造。     

大型天然气管网调峰方案自动化评价系统

为了对大型天然气管网多个调峰方案进行快速﹑准确的分析﹑评价,并优化该系统的运行,提高经济效益,在大系统控制论和多目标决策思想的启发下,将天然气管道输送理论、综合评价理论和决策支持系统理论有机结合,开发出了"天然气管网调峰方案自动评价系统",包括评价数据库及其管理系统、评价方法库及其管理系统、评价模型库及其管理系统和人机界面系统,具有7项功能:1数据管理;2仿真软件SPS模拟管网工艺参数的调入;3储气调峰能力工艺计算;4储气调峰能力评价;5工况图像显示;6中间与评价成果输出;7评价系统帮助浏览。工程实例应用结果表明,该系统可有效改善输气调度管理决策的环境,提高调峰调度管理决策的及时性和科学性,有助于更新工程技术人员在天然气管网调峰调度管理中的观念和模式、优化调峰调度运行方案、节省经营管理费、缩短调度决策周期、提高天然气管网运行质量。     

地下管道的纵向地震响应分析与抗震设计研究

基于与盾构结构地下管道(简称盾构管道)纵向变形性能相似的梁单元建立管道的纵向等价连续化模型,该模型将管道简化为黏弹性地基上的连续梁,用非线性弹簧和阻尼器来模拟土与管道结构之间的相互作用。为了探讨盾构管道的纵向地震响应特性,采用地层-管道三维等价连续化有限元模型对某过江盾构管道的地震响应进行了分析。利用动态显式算法进行地震作用分析,主要研究了合理的管道力学模型、管道与地层之间的相互作用以及管道的振动特性。计算结果反映了地基土和盾构管道在地震工况下的相互作用和变形,得出了盾构管道水平位移和应力分布及其随时间变化的曲线,并将计算结果与基于拟实仿真有限元模型的结果进行了对比。     

页岩气水平井重复压裂层段优选与效果评估

对页岩气储层实施初次体积压裂后,生产测井监测显示1/3的射孔簇不产气或产气量较少,而且投产后产量递减也普遍较快。为此,应用微地震解释数据与裂缝网络扩展结果,建立压裂缝网预测模型与压裂井产能预测模型,在综合考虑岩石物性、微地震、生产动态等影响因素的条件下,提出了页岩重复压裂开发潜力评价指数(RDPEI),建立了重复压裂设计与评估方法,实现了针对性的层段优选与评价,并进行了现场应用。研究结果表明:(1)天然裂缝的非均质性导致压裂缝网存在着较大的差异,易形成明显的"死气区",具有较大的重复压裂挖掘潜力;(2)初次压裂裂缝网络受天然裂缝的影响大,裂缝网络主体沿最大水平主应力方向扩展,局部改造段裂缝扩展呈双翼扩展,液体波及裂缝网络长度为地震解释结果的52%~70%;(3)RDPEI模型避免了单因素分析的局限性,实现了对可采性、可压性与重复压裂3类指数的定量预测;(3)实例井重复压裂测试页岩气产量提高了38.9%,1年累计产气量提高了62.5%,增产效果明显。结论认为,重复压裂是提高页岩气单井最终可采储量的有效可行手段,该研究方法为页岩水平井重复压裂层段优选与效果评估提供了理论与技术支撑。     

FAST Piper集输软件在气田管网分析计算中的应用

天然气集输管网运行状况分析和预测可为气井生产、气量调配、管网调整等提供依据。文章介绍了加拿大Fekete 公司的FAST Piper集输系统分析优化软件的功能、特点以及在气田集输管网分析中的应用步骤及过程。以靖边气田为例，利用该软件对气田生产中的集输系统节点压力预测、多方案计算优化、异常情况下管网运行状况瞬时模拟、环形管网以及配气管网等进行了分析。该软件界面直观，计算准确，基本可以处理天然气集输管网分析中的各类问题，并可有效提高工作效率。     

地震波条件下海底管线抗震设计方法研究

目前工程设计中使用的海底管线抗震设计方法给出的地震应力值偏大,计算结果与管线结构参数和埋设深度等几乎没有关系。理论分析及海底管线的实际埋设环境证明,在一般海底管线工程的设计地震条件下,约束海底管线的土壤很容易进入塑性滑移状态,已超出现用抗震设计方法的前提条件,即管土之间的约束为弹性约束。对于约束土壤进入塑性滑移状态,给出了新的地震应力计算方法———极限地震应力计算法,并根据决定极限应力大小的单位长度管线极限约束力的计算方式,把极限地震应力计算法分为单位长度摩擦力法、修正法和加权平均法。两个实际工程算例的比较分析结果说明,极限地震应力法能准确地反映海底管线的实际地震应力状况,解决现用抗震设计方法中存在的问题。     

高烈度区管道的抗震设计需要重视的几个问题

按照中华人民共和国防震减灾法规定,重大工程在建设之前都必须进行地震安全性评价,设计单位按评价结果提供的参数进行抗震设计。由于我国对埋地管道地震破坏机理研究不足,特别是大口径长距离管道的抗震设计尚存在不确定性因素,这就给设计工作者带来了困难,文章从设防标准、液化反应和活动断裂3个方面对长输管道抗震设计提出建议,供设计人员参考。