基于人工智能技术的输气管道系统可靠性量化方法

天然气管网运行可靠性评估对于保障区域乃至全国天然气供应安全、改善大气环境、促进沿线经济社会发展都具有重要的意义。为了保障“全国一张网”的天然气干线管网运营机制以及上游油气资源多主体多渠道供应、中间“一张网”高效集输、下游市场化良性竞争油气市场体系（“X+1+X”体系）的安全稳定运行,借助于大数据、人工智能等现代信息技术,建立了基于长短期记忆神经网络（LSTM）方法的短周期用气量预测模型;然后基于单条管道系统的可靠性模型和各子系统可靠性先验概率等信息,结合可靠性计算失效原则和贝叶斯估计理论,提出了天然气管道系统可靠性的量化计算方法 ;进而以某城市192天真实用气量数据为样本,验证了该用气量预测模型的估计误差为1%～4%,得出了基于实际天然气管道的可靠性数值分析结果。结论认为,首次将人工智能技术与天然气管道系统可靠性结合起来,采用LSTM方法并基于多源异构海量数据进行短周期用气量预测,实现了天然气管道动态运行工况下的系统可靠性量化计算,为天然气管网的用气量估计和系统可靠性定量计算奠定了基础;所提出的方法在实际天然气管道系统中已经得到了应用和验证,为后续天然气管网系统可靠性研究提供了一条可行...     

大型天然气管网系统可靠性

随着中国国民经济的快速发展,天然气需求量不断扩大。天然气管网作为连接资源与市场的纽带,已成为保障国民经济的生命线。中国拥有世界上最复杂、输送任务最艰巨的天然气管网系统。现有基于单一或少数管道的运行管理方法已不能满足大型管网系统安全生产需要,必须寻求更为科学合理的管理思路。本文首次提出大型天然气管网系统可靠性概念,分析了大型天然气管网系统可靠性面临的3个挑战：量化大系统可靠性、评价分系统（单元）可靠性、建立大系统与分系统之间的关联。同时,对大型天然气管网系统可靠性框架进行了初步设计,并针对中国天然气管道行业现状,提出大型天然气管网可靠性增强方案。     

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实际运行中天然气管道系统所处的可能状态不止一种，各种状态的概率计算是拟定供气系统发展规划、管道设计方法及其运行管理措施的必要部分。根据四川石油管理局输气公司管理的１３条输气管线运行资料，对管线事故进行了分类统计，给出了管线正常运行期的事故率、维修时间分布及其维修率。针对天然气管线运行实际情况，研究划分了天然气管道系统的可能状态；建立了教学模型；导出了天然气管道状态的概率计算公式，并进行了实例计算。计算表明：天然气管道穿孔泄漏，不采用打卡修理较为合理。     

浅谈天然气管道安全运行的控制机制

天然气管道作为天然气运输的主要载体,其安全运行关系到天然气供气的稳定和安全。本文简要分析了影响天然气管道安全运行的主要因素,并提出了保障天然气管道安全运行的控制机制,旨在降低事故发生的概率,从而保障天然气管道的安全运行,促进天然气行业健康发展。     

天然气集输管网稳动态仿真模拟基本原理及应用探索

在天然气的开发和利用过程中,离不开管道系统的输送。为了掌握天然气在管道系统内的运行规律,分析和处理管道系统的事故工况,论证和提出合理的运行方案,研究了“天然气集输管网稳动态仿真模拟软件”。将此软件用于川东气田南雅站至渠县站的集输管网进行仿真分析,模拟计算结果与实测数据正常误差最大为2.6%。     

天然气长输管道运行优化

天然气管道运输由于较长的运输距离,面临着复杂的环境因素,要想确保燃气安全运输,必须加强管道的运行管理。如果天然气长输管道运行管理不当,不仅可能导致管道失效、介质泄漏,造成环境污染和经济损失,影响用气单位和天然气用户的正常生产生活;其潜在可能发生的燃烧爆炸事故具有更大的危险性。因此,必须采取相应措施减小安全隐患发生的可能性,加强天然气长输管道运行优化,保证管道的安全平稳运行。本文分析了天然气管道运输运行中的隐患问题,提出了天然气长输管道运行优化措施,以供参考。     

故障树分析技术在城市天然气管道安全运行中的应用

故障树分析(FTA)是系统安全分析方法中广泛应用的一种方法。该方法把系统可能发生的某种事故与导致事故发生的各种原因之间的逻辑关系用一种称为故障树的树形图表示,通过对故障树的定性与定量分析,找出事故发生的主要原因,为确定安全对策提供可靠依据,以达到预测与预防事故发生的目的。结合青岛市天然气管道运行情况,建立天然气泄漏事件故障树,对故障树中68个基本原因事件进行定性、定量研究,分析出事故发生的可能途径,进而提出了保障天然气管道安全运行的建议。     

天然气管道事故：1970—1992——据EGIG报道

在西欧，由大型天然气集输系统的八个工作人员组成的小组收集整理了该系统１９７０年至１９９２年间天然气管道事故的数据。这些数据组成了一个涉及面广的数据库，并且这些为数据直接涉及到欧洲管道的设计，运行，维修与保养。     

天然气长输管道火灾爆炸危险性分析与应对措施

天然气的广泛应用,天然气的管道也进行了改造,采用高压力、大口径的运输管道,从而也增加了天然气管道发生火灾爆炸的风险及危险性。主要根据天然气管道输送管理的经验,对长途运输天然气管道发生火灾爆炸的危险性和危害进行了分析,在管道设计、施工及运行,管理过程中对火灾、爆炸事故的预防和处置,提出相应的应对措施和建议。     

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依据四川石油管理局输气公司经营的１２条输气管道近２５年的运行数据和陕甘宁盆地中部气田先导开发试验区地面集输管网近两年的运行数据，运用数理统计理论，对天然气管道的可靠性特征量进行了统计，并介绍了天然气管道事故分布统计及其参数估值的步骤，给出了天然气干线管道事故分布、维修时间分布类型及其估值以及采气管线、集气支线、站内管线的事故率。     

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。     

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。     

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。     

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。     

PIPELINE软件在气田集输实时监控中的应用

PIPELINE软件是一种离线或者在线的集输管网仿真模拟计算软件,不但可以用来测试和评价输气管道的设计或进行实际操作参数的设置,还能与气田集输实时监控系统进行有机结合,为集输管网运行提供辅助专家诊断分析。以大牛地气田集输生产实际为例,进行管网水力、热力计算,天然气调峰正常工况分析和用户中断用气工况模拟分析,结果表明,该仿真模拟软件和实时监控系统有机结合,改变了气田根据人工计算或凭经验来预测天然气集输管网的运行情况和调峰的现状,不但降低了劳动强度,而且使预测效果得到了根本性提升,排除了管网运行管理的安全隐患。PIPELINE软件不仅方便了管网的运营管理,还避免了生产调度上的盲目性,为科学地管理气田集输管网系统提供了专家式的理论指导。     

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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。     

天然气管道工程计算集成应用平台开发

针对天然气管道工程计算涉及专业广、内容庞杂、分析过程繁琐、应用层次多等难点,遵循现代天然气管道工程分析理论和方法,依据国内外现行规范和标准,结合各层次工程技术和管理人员的应用需求和特点,充分利用最新的计算机、网络、通信技术和智能移动设备,采用先进的系统集成和开发技术,实现了天然气管道工程分析方法的集成,形成了一套跨平台、跨专业、跨系统的天然气管道工程计算集成应用软件系统,搭建了针对不同系统的天然气管道工程计算集成应用平台,开发出了天然气管道专业Office工作系统,囊括了天然气管道工艺分析、工程计算、数据处理等多种应用工具。实例应用结果表明：该集成应用平台以工程师们习惯的方式进行工作并且提供相应的操作功能,为天然气管道系统的中心调度、日常管理和现场操作等各级、各层次专业技术人员提供了通用便捷的工具,且无须二次开发,提高了工作质量和效率;同时也为相关各级技术和管理人员提供了统一、全面的技术支持、工艺分析手段及交流平台,能有效促进团队协同以及各种资源、数据和结果的共享与协调。     

基于运行仿真的多气源环状管网能量计量方法研究

目的 天然气能量计量的对象是其完全燃烧后产生的总热量,通常采用体积计量值与体积发热量相乘的方法确定天然气的能量值,而体积发热量取决于天然气的组成,即天然气中各组分的摩尔分数。多气源管网中天然气的组成通常随空间位置和时间变化,故管网的每个计量站都需要确定不同时刻输入或输出本站的天然气的体积发热量。国内长输管道的A级计量站均配置了在线气相色谱仪,可以分析天然气发热量,B级和C级计量站可使用仿真方法为天然气发热量赋值,从而降低配置气相色谱仪的投资与运行维护费用。方法 依据面向能量计量的管网仿真理论基础,针对某多气源环状管网,分别使用TGNET和SPS仿真软件建立了具有天然气组分跟踪与发热量计算功能的运行仿真模型。为提高仿真结果准确性,基于历史运行数据校准了仿真模型的管段输气效率这一关键参数。结果 分别应用TGNET和SPS模型对该管网持续48 h的历史运行过程进行了动态仿真,TGNET模型的发热量仿真结果与历史记录值的偏差在0.3%以内。结论 基于运行仿真的多气源环状管网能量计量是一种可行的方法,研究成果为国内天然气能量计量的实施和推广提供了一种可操作的方法。     

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。