城市燃气输配系统的模拟及其应用

赖桦

【摘要】经济的发展使得人们对燃气需要量不断增加。城市燃气输配质量关系到燃气的正常传输。本文对城市燃气管理的现状、输配系统的模拟、发展进行分析，以供参考。

【关键词】燃气；输配系统；模拟；发展

中图分类号：TH138文献标识码： A

一、前言

城市燃气管网是城市燃气输送的重要渠道，为人们生产生活提供必需的燃气资源发挥着重要的作用。保证燃气输配管网的安全和稳定是保证燃气供应的基础。

二、城市燃气管网的现状

近年来，我国城市燃气行业开始开展完整性管理的研究与实践工作。2009年，中国燃气协会理事长在安全管理经验交流会上，明确提出“必须学习和开展完整性管理、风险管理和环境管理，切实提高安全工作的科学水平”。2012年，中国城市燃气协会组织编制了

《燃气系统运行安全评价标准》，推动了完整性管理的发展。国内大型燃气企业如北京燃气集团、深圳燃气集团、中国石油昆仑燃气公司等也开展了完整性管理研究工作。例如，北京燃气集团以信息化平台为基础推动燃气输配管道完整性管理工作；以设备编码为基础，建立管道及设备设施完整性管理数据库；发挥信息技术优势，实现信息化与完整性业务的深度融合。同时，积极开展检测与评价工作，联合高校开发风险评价软件，制定风险评估规程，开展风险评估试点工作；对管道系统防腐工作及阴极保护系统的使用和维护情况进行检测，完成3000km管道外防腐层检测。

三、燃气测漏技术

随着管道建设规模的扩大,泄漏检测技术也得到发展。目前已有的检漏方法,从最简单的人工分段沿管段巡视,发展到了较为复杂的计算机软硬件结合的方法。从原理上来看,管道泄漏检测方法可以分为硬件法和软件法两大类,它们各自又包含了几种类型的方法。这些方法各具优势,但实际应用的情况是复杂的,方法的有效性、简便性和易实现性等问题均需要综合考虑。

1、负压力波法

负压力波法是近几年来国际上颇受重视的管道泄漏检测方法,它利用管道突然泄漏时,会引发在流体中传播的瞬态负压波,通过捕捉负压波到上、下游的时间差来定位。

2、采样法

该方法通过检测在输气管道沿线有无可燃性气体来实现。当超过规定的浓度阐值时,可判断存在管道的泄漏。阐值大小可控制系统检漏的灵敏度，煤气管道常采用此法检漏。

3、温度测试法

该方法是通过测试紧邻管道的环境温度的变化来进行泄漏检测和定位。基于此原理的红外温度记录仪已经成功地应用在热水管道的检漏中。另外,传感技术的进步使得温度曲线在实际测试中变得方便实用,尤其是温度感应电缆和光纤电缆的使用,大大改进了数据的可靠性。

4、声学测量法

通过测量流体泄漏时产生的噪声来进行管道检漏和定位,是目前广泛使用的方法。该方法即便是无法直接接触的部位,也很容易采集到声音信号:相对于温度传感器和压力传感器获取的信号来说,声音信号提供了更全面、更高质量的信息;在线性系统中,声音波形含有迭加特性。德国BIP和TWS协作,开发并试验了一种有效的相关分析法检漏的声学技术。油品在高压下通过漏孔时,会发出噪声,检测这些噪声就可以判断是否有管道穿孔。

5、应力波法

流体泄漏时在管壁中激发应力波,用2只普通的压电式传感器作为检测元件,分别安装在被测管道两端,通过测量泄漏噪音到达传感器的时间来估算泄漏点位置。广西工学院的黄文首先分析了管道泄漏检测的基本原理,并应用助bVEIW分析单传感器在泄漏管道不同位置拾取的泄漏信号的时频域特征,以所提取时频域特征指标来构造人工神经网络的输入矩阵,建立了能对管道泄漏状况进行分析检测定位的人工神经网络,实现了管道泄漏检测的单传感器定位。模拟泄漏实验和在CP机上进行网络仿真表明该方法是有效的。

四、燃气短期负荷模型

1、燃气负荷结构

燃气负荷包括了需用量与用气工况两大部分内容，需用量的核心是用气定额。用气工况指用气的不均匀性、用气不均匀性包括月(季节)、日、时的不均匀性。这就是燃气负荷的基本结构。对于燃气需用量或用气工况都可以在时域、幅域以及频域上进行研究,建立燃气负荷的数学模型,进行对燃气负荷的描述与预测。在我国燃气工程项目的建设过程中,已形成了一套实用的传统燃气负荷表述和计算方法,随着城市燃气进入天然气发展阶段,有必要引入新的方法对燃气负荷进行描述与预测.燃气负荷的研究需从实际数据出发,针对不同的对象采用不同的方法揭示其规律性,应用于实际且加以验证。

2、短期负荷预测要求

在进行短期负荷时,不可避免要建立适当的负荷预测模型,但是各种模型必须满足负荷的规律性,并能够精确完成短期负荷预测的任务。因此,负荷预测的各种模型必须具备如下特点:

（1）模型应能反映负荷随时间变化的周期规律性,如负荷的日周期、周周期、季节周期等。

（2）模型应能反映负荷自然增长的内在规律性,即模型可以实现负荷随着时间的推移会有较大或者较小的变化幅度。

（3）模型应当考虑近期负荷的变化趋势对未来负荷预测的影响要大于早期负荷趋势所产生的影响。这种趋势在节假日等时间间隔较远的负荷预测中尤其要重点考虑。由于节假日的负荷的变化规律不同于工作日负荷变化规律,负荷预测模型应当分别专用于节假日、工作日、周末日三种日期类型。

五、管网优化的发展趋势

1、多目标化

燃气管道系统的优化问题实质是多目标优化问题,在给定管网布局后对天然气管道进行结构设计,既要保证其结构可靠度,又不能和以往一样不计成本地进行。设计人员的作用不应该是过去的分析和校对，而应该是综合优选。即在现有条件下,在满足各种常规约束和可靠性约束下,使燃气管道输送系统的某些性能指标为最佳,这些指标可以是降低管网投资、管网的动力能耗指标、管网的热力能耗指标。这三个指标是矛盾的,不同目标发生在不同阶段,所以需按一定的过程分阶段进行优化分析，减少管道建设的投资,提高管道输送系统的可靠性,降低输送成本是管道运输建设方面的主要科研课题。管道结构的强度、刚度和稳定性,应作为构成管道系统可靠性总链条上的重要一环来研究。

2、智能化

由于在工程实际中的许多决策问题都是多目标决策问题,而多目标决策问题是多个目标的最优化问题,不能直接应用解决单目标决策问题的方法来处理多目标决策的优化问题,在多数情况下,多目标决策问题的各个目标是相互冲突的决策者只能在各个目标之间进行协调和折衷,尽可能使决策方案趋向满意。简言之,多目标决策问题的求解目的就是在非劣解集中寻求使决策者最满意的解,其主要求解步骤为:求出非劣解集；根据决策者的偏好信息(目标权重系数、目标优先度和目标期望值等),求出最满意解。遗传算法在优化领域内已经取得许多成果,其多目标全局最优化的特点越来越引起研究者的广泛注意:神经网络在多目标优化中屏蔽了人为分配目标权重的主观、不合理性;模糊数学综合评判法在新建天然气集输技术工程方案选择中的应用,也使工程建设方案的选择更合理、更精确,而达到见效快、收益高的目的。这些涉及了神经系统、生物进化、人工智能等其他领域的模型表明了不仅是燃气管网甚至是所有优化理论都向着智能化方向发展。

3、快速化

对已发生的燃气爆炸、泄露等事故不能迅速作出相对处理反应是现在燃气公司所存在的棘手问题,在处理这些问题上就需要一些快速可靠的优化算法。同样在自动化控制的处理上也需要一些快速可靠的模型。因此寻找一种快速的优化模型也成了管网优化设计着追求的目标。燃气管网系统是大系统,由于其复杂性!多元性,其优化的工作量相当大。因此,今天优化理论应采用因地制宜、综合应用的原则,这样才能更好的应用于分析、输配管理之中。

六、结束语

随着科技水平的发展和进步，更多新技术在燃气输送中发挥着越来越重要的作用，也必将促进燃气输送的安全稳定，为人们的生产生活提供动力支持。

参考文献

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[2]廉乐明,焦文玲等.燃气负荷及其模型研究[J].煤气与热力,2011，47(58):9