天然气输气管道的优化研究

周红(胜利油田物资供应处科技节能办 山东东营 257000)

随着我国能源需求量的不断增加，煤炭和石油资源被不断的开采，其储量不断的减少，而且煤炭和石油在使用的过程中会产生严重污染，因此需要不断的加强新能源和清洁能源的开发和使用的力度。天然气作为重要的一种优质能源，对于缓解我国的能源危机，减少环境的污染具有重要的意义。统计数据显示，我国的天然气资源的储量较大，但是天然气资源主要分布在新疆、内蒙、四川等西部地区，如何能够将这些地区的天然气资源输送到需求量大的中东部地区，是目前重点研究和解决的问题。通过天然气管道的输送方式，可以有效的解决天然气的输送问题。如何不断的提高天然气管道的工作效率，需要开展天然气管道优化研究，合理的进行天然气管的设计和施工，选择科学的管线布置和参数，开展天然气管道运行过程中参数优化等工作。通过这些工作就可以有效的提高天然气管道的运行效率。

一、天然气管道优化设计的现状和参数分析

开展天然气管道设计，首要需要建立天然气管道设计的数学模型，通过利用管道工作过程中的参数和相应的边界条件，对天然气管道结构和参数的改变，得到各个参数对于管道运行效率的影响，从而得到天然气输气管道的优化参数，提高天然气输送的效率。现阶段天然气管道优化设计大多数还是采用传统的数学优化的方法，随着我国天然气输送项目的增多，关于天然气输送管道的建设和优化问题，逐渐开展了深入的研究。通过采用先进的天然气管道输送的优化数学模型，利用合理的求解方法，得到天然气管道输送设计的优化参数，是目前天然气管道设计所采用的一个重要的方法。天然气管道内流动状态的模拟指的是，在天然气管道输送天然气的过程中，根据已知的流量、压力、含水量等参数，对天然气管线内部的流动状态进行动态模拟，通过模拟可以得到天然气在管道内流动规律，从而更好的为管道的优化设计提供基础。天然气管道内流动规律的求解涉及到多个物理方程和边界条件，还有初始条件，直接进行天然气管道内天然气流动数学模型的求解具有一定的困难，根据实际的情况，可以简化条件或者利用数值模拟的方法得到。天然气管道优化设计模型确立时，首要清楚影响到天然气管道输送模型的各个参数，利用基本的物理原理和已知的条件来对各个参数之间关系开展研究，得到各个参数之间的关系，进而更好的得到精确的天然气管道模型的数值解。在天然气管道输送的过程中，影响到管道流动状态的性质主要包括，管道的形状、管道的尺寸、输送气体的密度、输送的压力、输送的流量等参数。这些参数之间会存在着一定的函数关系，这种关系可以分为两种。一种关系式根据基本的物理原理可以得到，例如能量守恒定律、质量守恒定律等。另外一种关系是根据实验或者模拟得到的一些关系式。通过结合这两种关系，可以将影响到天然气管流动设计的各个参数结合起来，得到每个参数的变化规律，从而得到优化的管道设计参数。

二、天然气管道优化设计研究

天然气管道优化是在已知参数的条件下，如何去更好的做好管道的设计，为管道设计获得更好的优化方法和理论。最优化设计方法可以根据管道设计实际问题，依据影响到天然管道设计的各个参数，建立相应的数学模型，再对建立好数学模型进行分析，得到适合的求解方法，通过将方法输入到计算机中，利用计算机计算的方法得到优化的解。现阶段在天然气管道的设计方面，天然气管道输送的流体力学和热力学模型已经有很多，而且基本上可以满足现有天然气输送的设计要求，但是如果只注重水力和热力两个方面的影响，还是不够的，还要考虑天然气管道输送经济性问题。在输气总量一定的条件下，管道设计可以存在多个输送和设计方案，如何在这些方案中，寻求最为经济有效的方案，就需要开展考虑到经济性条件下管道的优化设计研究。将实际的天然气管道问题化为抽象的数学模型，数学模型建立的准确与否，直接关系到求解结果的有效性和准确性。为了最为经济有效的完成既定的天然气的输送任务，需要对天然气管道输送的成本费用分析，将天然气管道在建设中用到成本，和天然气管道在输送天然气的过程中用到的成本相加，以它们两者之和作为天然气管道数学模型的目标函数，建立考虑经济性条件下的天然气管道输送的数学模型。为了能够简化模型的建立和求解的难度，根据实际的条件进行了一些合理的假设。假设天然气输送管道为水平的，而且流动过程是连续的，流动的过程中天然气的输送量是不变的。在实际的建设和运行过程中，天然气管道的成本主要包括四个方面，一是天然气管道工程的建设成本，二是天然气管道的维护成本，三是天然气管道压缩机站的建设成本，四是天然气管道压缩机站的运行成本。其中最初成本最高的是天然气管道的建设成本，但是随着天然气管道运行时间的增长，天然气管道的运行成本将不断的增加。因为天然气管道的建设成本是一次性投入的，而天然气管道的运行成本则是每年支出的，所以两者之间如果是简单的加和，是不能够直接进行比较的，一般情况下会将管道的建设成本，根据管道的工作寿命而换算成每一年的建设成本，这样就可以进行对比和优化分析。

三、结束语

天然气是一种非常重要的能源，对于环境的污染小。天然气管道建设关系到国计民生，需要不断的提高天然气输送管道质量和运行效率。开展天然气管道设计，需要建立天然气管道的设计数学模型，通过对天然气管道结合和参数的改变，得到各个参数对于管道运行效率的影响，从而得到天然气输气管道的优化参数。天然气管道的成本主要包括四个方面，一是天然气管道工程的建设成本，二是天然气管道的维护成本，三是天然气管道压缩机站的建设成本，四是天然气管道压缩机站的运行成本。

[1]杨毅.天然气管道运行优化模型及其寻优方法研究[D].成都:西南石油大学,2006.

[2]刘春江.天然气集输管网优化设计[D].成都:西南石油学院,1996.