如何优化普光高含硫气田集输管网

李海峰（胜利油田胜利采油厂四矿 山东东营 257000）

李海燕（胜利油田纯梁采油厂采油一矿边远采油队 山东滨州 256600）

前言：

为了节省管道的投资费用，坐标轮换法成了最优的设计方案，这种方案可以提高设计的质量，并且同幅度的减少设计时间和投资费用，但是这种设计方案仍然是受到非线性问题的约束而导致效率低下。

一、国内外研究现状

优化理论在管道系统设计上的第一次应用是哈克斯利用库恩——塔克定理得出了管道设计优化条件，但是这个优化理论还不全面，欠缺很多问题，应用范围也比较有限，而且理论也比较简单，之后国内外又发明了很多的优化方案，在这里就不一一介绍了，优化方案主要包括全局优化和参数优化两种方式，目前对于管网的优化方案大多还是采用分级优化的方法，这种优化方案虽然考虑到了全局的整体性，但是人为的切断了管网的布局和参数之间的关系。将两个问题拆分开来，因此这种方案也不是最好的方式。

二、论文的主要内容

本文主要是通过国内外最新的研究成果，并对实地进行考察进行系统分析，并采用了优化设计软件，才管网的优化设计和编程中做了进一步的研究。主要包含以下内容：

1.管线使用多少阀门。气田天然气具有高含硫性，对管线的阀门数量进行确定，一个是可以节省阀门的费用，另一个是可以保证天然气运输的安全性。

2.对方案进行人工干预，可以使方案多样化，选择性更多，从而提高了方案的价值。

3.建立和求解数学模型。建立遗传算法和p r i me结合的数学模型，然后针对普光气田集输管网进行同步的研究，这样就可以达到优化的目的。

4.高气液比混输管线水力学和热力学模型的确定。保证水力学计算的准确性，并且对于典型的几种模型进行编程计算，通过数值对比选择比较精确水力学模型，同时借助前人研究的热力学模型，也要通过编程实现热力学模型的研究。

5.使用三维地理信息系统，通过这个系统可以检测优化结果是否合理。并且使用三维立体图的形式将检测结果直接显示出来。

三、高含硫天然气集输管网分级优化

1.阀门数目优化方案

在输气管线的建设中，为了减少由于管线漏气造成的损失，通常会设置一些截流阀在管道沿线的位置，从工程的经验得知，一般是设置的截流阀越多，则出现的泄露状况越少，但是这样却增加了阀门的投入费用和管理费用。根据技术原理得知通过整体的计算可以得出最优的阀门数量，为了保证安全，泄露的氯化氢含量需要低于要求的数值，因此，对于高含硫输气管道，在确定阀门数量的时候必须考虑到环保和安全的因素在里面。

2.基于p r i me算法的人工干预的实现

人工干预是非常有必要的，因为管网的设计需要考虑到很多的问题，例如地形地貌状况，交通情况，以及地质条件。综合考虑到施工的可行性，之后进行管道维护的方便性，才能确定最佳的铺设方案，尤其是在山区的地方，需要考虑到管线的穿越问题，而目前的算法无法将这种实际的状况计算到里面，所以计算得出的结果只是理论上的优化方案，无法运用到实际当中，如果加上穿越的费用，理论上的费用就不是最低，也可能因为穿越费用的增加而导致原有的设计方案成为最差的方案，因此，需要对方案进行改进，增肌人工干预进去，获得若干个干预方案，然后再对这些方案进行研究，得出最终的适合的方案。人工干预可以通过对数值的对比分析得出最优的方案。

3.高含硫天然气集输管网的整体优化方案

（1）遗传算法和p r i me算法相结合

虽然很难将各站之间的参数同步优化，但是可以通过p r i me算法确定连接路径，作为联系染色体中站址和管径参数的桥梁。优化天然气管网参数的目的就是计算出各个管道管径和厚度来节省管道的投资的费用。但是管网的优化必须满足一些条件，才能使管网正常的运行，在保证正常运行的条件下，进行优化才是最终的目的。比如流量，压力，温度都必须满足一定的要求，这样才能保证管网运输的稳定性，安全性和经济性。另外输气的压力必须比管道所能承受的压力小，因此管道内管径的的选择必须满足国家的安全生产标准。

（2）各站之间的连接路径和管径以及阀门数量必须同步优化

如果想实现整体的优化方案，必须将各站连接路径以某种算法表示算入到染色体中，针对普光气田的自身特点，我们以气田的投资最小为目标，以管网各个节点的流量和压力以及管道的压力限制值为约束条件建立数学模型，并且求解，获得了管网需要的阀门数目，得出了最优的方案。

四、水力和热力模型的确定

这个环节在集输管网优化过程中是非常重要的，水力和热力的计算直接关系到管线的温度，压力，关系到各种约束条件的审核和保温层厚度的计算，因此水力和热力的计算直接影响到优化结果的准确性。

在水管道的工艺算法内，必须考虑到高压，低温的影响，因此必须考虑到实际气体的状态方程式。天然气粘度的大小和天然气的组分，温度和压力有很大的关系。当液体在管道中流窜时，不断和周围的介质进行热交换，就会导致流体的温度的改变，管道内的温降计算更加复杂，通过管道的壁向外散热是气体混合物的一种散热形式，所以需要考虑到气体散热的产生的焦耳-汤姆森效应。

五、三维地理信息系统的建立

首先要获得集气站的地理经纬坐标，在获得了气田的三维地形数据后，需要对这些数据进行分析处理，然后形成了一个三维地形图，这样就可以将地貌和地形运用三维地形图显示出来，这样就可以直观的判断优化结果是否合理了。

结束语

本文通过对国内外天然气田的集输管网的最新优化结果进行研究，深入调查了普光气田的集输工艺和集输模式上的特点，并且以此为基础，深入的研究了普光气田的集输管网的优化问题。提出了一套全新的优化办法。得出了如下的理论：一，通过公式计算出最优的管道投入方案，降低了成本的基础上保证了管道的安全性。二，加入人工干预，提高软件的实用性,三，建立数学优化模型，提高运算的准确性四，确立水力和热力学模型，提高计算精度

五，运用三维地形数据保证优化结果的准确性。

[1]李时杰,高文凤,周靖等.普光地面集输工程详细设计文件[R].胜利工程设计咨询有限公司,2008.

[2]李时杰,范承武,聂仕荣.普光气田集输系统安全设计理念与认识[J].中国工程科学,2010,12(10):65～69.