基于天然氣集輸管網優(yōu)化研究

楊慶亮（大港油田天然氣公司，天津 300280）

基于天然氣集輸管網優(yōu)化研究

楊慶亮（大港油田天然氣公司，天津 300280）

天然氣集輸管網系統(tǒng)逐漸向大型化、復雜化、高科技化方向發(fā)展。為了對我國未來天然氣開發(fā)提供一定借鑒，本文主要就灘海油氣集輸工程、天然氣集輸管網優(yōu)化原則、拓撲形式、優(yōu)化思路、優(yōu)化模型求解算法等內容進行論述。

天然氣；集輸管網優(yōu)化；拓撲形式；求解算法

石油、天然氣已經成為了我國重要戰(zhàn)略能源，在國家經濟建設和社會發(fā)展中起到了重要作用。由于我國天然氣資源分配不均、各個方面用戶需求也具有不一致特點，使得我國現(xiàn)有天然氣集輸管網無法滿足天然氣存儲需求。為此，應用全新理念和算法來優(yōu)化天然氣集輸管網，提高其應用質量和水平成為了關鍵。

1 灘海油氣集輸工程

灘海油氣集輸工程是近些年來我國在近海進行石油、天然氣資源開發(fā)所應用的一個重要工程項目。這種類型工程主要是采用人工島、人工井場油氣混輸或者是進行三相分離器進行處理后進行石油、天然氣資源分離的一種形式。人工島上中央控制器對網絡信息技術、計算機技術、人工智能技術、數(shù)字監(jiān)控技術等進行合理化應用，可以實現(xiàn)對天然氣資源環(huán)保、安全、高效化生產監(jiān)督。在此不斷實踐化探索中，攤海人工島、海底管線、電纜設計與施工等等，漸漸形成了一整套成熟石油天然氣工程技術[1]。

2 天然氣集輸管網優(yōu)化

2.1 優(yōu)化原則

為最大程度上降低天然氣集輸管網成本，需要有關人員對于建站費用、材料費用、運行管理費用等進行優(yōu)化管理，最終使得工程運行管理過程中系統(tǒng)溫度、壓力、主要工藝等滿足實際工程應用需求。例如：工程應用管網材料需要符合天然氣應用氣候、地質條件，應用有效化防腐舉措來降低主要管網溫度，使得其可以達到金屬最低工作溫度，滿足其應用需求。因此，在進行管壁厚度計算中，需要對管道金屬材料材質、應用強度充分考慮，應用高質量無縫鋼管，進行高質量焊接。

2.2 拓撲形式

天然氣集輸管網在實踐化應用中，主要應用形態(tài)有：環(huán)狀管網、綜合類管網、樹狀管網、星狀管網等拓撲形式。例如：應用枝狀管網布局方式優(yōu)化天然氣集輸管網，有利于使得各個集氣站之間主要管線具有降低成本，使得天然氣工程向著集約化方向發(fā)展。在這種類型拓撲形式中，需要有關人員對管網實際圖樣進行研究和分析，考察其實際線路等，對其連接方式進行全面性分析，保障了布局合理。而星狀管網主要是指充分應用氣體處理廠，對集氣干線向四周集氣站輻射拓展延伸，最終向主要井口管網拓展。通過這種方式，可以避免了各個井口、主要并行管線之間相互影響，保持整個天然氣工程管網良好運行。從實踐化應用角度來分析，這種類型拓撲形式主要適用在氣井區(qū)域長短軸長度差距小地區(qū)。樹狀管網布局方式主要是在一個集氣干線上引出若干支線，形成一個整體性管網拓撲結構。這種方式具有應用成本低，提高經濟效益特點，使得其在眾多氣田中依然在應用。但是，這種方式不具有良好安全性、穩(wěn)定性，具有狹窄分布特點，需要在今后應用中不斷改進。

2.3 優(yōu)化思路

專業(yè)化人員需要對天然氣管網進行以下工作，優(yōu)化其整體運行。具體來講，第一，需要對采氣管網拓撲結構、集氣站位置進行優(yōu)化，提升管網運行質量和效率。第二，對主要管網應用技術工藝參數(shù)優(yōu)化，提升整個管網應用質量。比如：對主要管網保溫層厚度參數(shù)、管壁厚度參數(shù)、管徑參數(shù)等等。而優(yōu)化方法，其一，整體性優(yōu)化，主要是確定管網拓撲結構中，在管網連接過程中將主要壁厚參數(shù)、管徑參數(shù)等進行充分考慮，降低經濟成本。其二，分級優(yōu)化。這種優(yōu)化方式，向確定管網拓撲方式，然后在設計施工中對主要指標參數(shù)優(yōu)化，保障整個管網具有良好連接狀態(tài)。從實踐應用角度來分析，整體優(yōu)化方式比分級優(yōu)化方式更加合理，具有良好運用價值。

2.4 優(yōu)化模型求解算法

專業(yè)化人員對網絡信息技術、計算機技術、人工智能技術、自動化技術等合理化應用，構建起高質量天然氣集輸管網優(yōu)化模型，開展合理運算，可以構建起計算機管網應用體系，提高管網管理應用水平。具體來講，第一，遺傳算法。這是一種全優(yōu)算法，對主要管網布局優(yōu)化工藝指標參數(shù)進行分析，最終對其全局來優(yōu)化求解。這種方式目前在天然氣管網中已經進行了成熟運用，通過合理化編碼、對適應度函數(shù)、遺傳算子、進化策略等優(yōu)化設計，最終確定了其終止條件。隨著時代發(fā)展，一些新型算法出現(xiàn)了，如：粒子群算法、蟻群算法、模擬退火算法、混沌算法、人工神經網絡算法等等。其中，模擬退火算法主要是在Monte Carlo迭代基礎上來求解，在整個天然氣管網中優(yōu)化應用，提高了其運用水平。粒子群算法在計算機系統(tǒng)中隨機運行，以歷史中最優(yōu)解方向、當前最優(yōu)解方向進行有效性搜索，提高了整個天然氣管網優(yōu)化質量和水平[2]。

3 結語

專業(yè)化人員對天然氣集輸管網優(yōu)化問題進行研究，構建起優(yōu)化求解模型，充分考慮到其實際工藝要求、設計費用、布局方式、經濟效益等，進行天然氣集輸管網最優(yōu)分布，使得管網最終實現(xiàn)了良好應用能力，產生出巨大經濟效益和社會價值。

[1]羅鵬飛.天然氣集輸管網優(yōu)化研究[J].化學工程與裝備,2015,04:99-100+103.

[2]余立軍.關于天然氣集輸管網優(yōu)化的研究[J].中國石油和化工標準與質量,2014,02:72.

楊慶亮（1984-），男，漢族，山東省陽谷縣人，本科學歷，助理工程師，研究方向：天然氣集輸。