天然气输气管道的优化研究

冯延魁 (陕西省天然气股份有限公司 陕西 西安 710016)

中国自改革开放以来经济上获得了长足的发展，但与此同时中国对能源的需求也在快速增长。中国不仅进口石油已占消费总量的一半以上，公开数据显示，2013年中国天然气表观消费量达到1676亿立方米，天然气对外依存度首次突破30%，达到31.6%。国家发改委稍早前更是提出，到2020年要力争实现4200亿立方米的天然气保供目标。5月21日，俄罗斯G a z p r o m和中国CNPC之间达成了十年协议，从2018年开始,每年向中国提供380亿立方米天然气。伴随着中国油气对外依赖程度的不断升高，天然气输气管道的优化与建设就变得越来越严峻和迫切。

一、天然气管道优化设计的现状和分析

随着天然气在使用方面的普及和增多，人们对于天燃气的需求也在加大；而随着天然气需求的加大，天然气的输送项目也在逐年增多，如何优化天然气输送管道建设，逐渐成为摆在管道设计者面前的一道难题。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，这种方法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，模拟天然气在管道内的流动状态，根据天然气的流量、压力、含水量等参数，模拟天然气在管线内部的流动状态，流动规律，确定管道对于天然气流动的影响，得到天然气在管道中流动的参数，从中得出天然气输气管道的参数。为提高天然气输送的效率，则要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，模拟天然气在管道内的流动，并在不断优化天然气管道的过程中，得到天然气管道输送设计的优化参数，进而改进天然气管道的设计，优化天然气管道的设计。通过对天然气管道内流动情况的模拟可以得到天然气在管道内的流动规律，从而更好的为管道的优化设计提供参数依据。天然气管道内流动规律的求解涉及到多个物理学方面的知识，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。在确定天然气管道优化设计模型时，首先要清楚影响天然气管道输送的内部和外部条件，确定参数，利用已知的条件和基本的物理原理开展研究，确定各个参数之间的关系，得到各个参数之间的变化规律。

二、天然气管道优化设计的研究

天然气具有密度小、流动性的特点，但是它体积大，所以在其运输方式要选择适合它的特点的方式，不能等同于石油、煤、矿石等的运输方式，管道输送是首选。管道输送因其经济性、连续性、密闭性、安全可靠等特点，也显示出其它运输方式无法攀比的优越性，因此天然气的最理想的输送方式就是管道输送。

21世纪是天然气为主体能源的时代。家庭应用、汽车应用、工业应用都在大力开发，世界各国都在大力发展天然气工业。随着我国能源政策的调整，我国天然气工业也处于加速发展的大好时机，天然气管道建设将是未来中国能源建设中的重中之重。输气管道建设投资巨大、建设运行周期长、经营费用高、范围小，在众多的建设方案中寻找一个价格低廉且输送量大的方案，是很值得我们研究的问题，这就需要设计者在设计时充分考虑到管道的优化设计，天然气管道优化是在已知各种参数的基础上，对管径、站间距、进出站压力、压力、压缩机站数、压比等工艺参数进行优选，做好管道的优化设计，提高管道的输送能力和使用寿命，降低管道的内部消耗，为管道设计优化获得更好的方法指导和理论支撑，使管道的输量达到最大，使管道寿命期内总费用最小。比如我们可以假设天然气输送管道流动过程中的压力是不变的，管道是水平的，流动过程是连续的，流量也是一定的，这样可以方便我们在构建数学模型时的运算。在工程实际中，常规设计方法是将几种可能的参数进行组合，进行优化方案对比。但即使选择数量很少的参数，也会得到几十种、上百种方案，利用计算机的帮助，可以大大减轻工作量。输气管道优化设计就是将优化技术引入管道设计中，将实际管道设计模型转化为数学最优化模型，选择相应的优化算法，借助计算机，高效可靠的求得最优设计参数，根据技术经济学原理，通过对各个可行方案的技术分析、经济比较和效益评价，寻求技术与经济的最佳组合，从而确定技术先进且经济合理的设计方案或运行参数，使系统工作达到最佳状态，达到节约能源、提高经济效益的目的。时间和工作量都比组合几十上百种方案来进行比较大大减少，对工程具有重要的意义和帮助。对输气管道优化设计的研究对我国天然气发展和经济建设具有重要的作用。

结束语

天然气是一种非常重要的绿色能源，它对于环境的污染小，导致国内外目前对天然气的需求都比较大，尤其在中国市场，天然气管道的建设还有很多的路要走，还有很多的地方需要学习，天然气管道建设的好坏关系到国计民生，关系到天然气管道输送天然气的质量和运行效率。本文通过对天然气管道设计优化研究，可以看出该优化模型得到的优化解的稳定性稍差，因此我们在日后的工作中对天然气输气管道优化设计模型进行改进，以求得到可靠性较好，得到最优解。

[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.

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