天然气集输管网优化设计研究

摘 要：针对天然气集输管网的优化设计问题，本次研究从我国天然气集输管网的优化现状出发，对优化设计的基本原则进行介绍，在此基础上对结构优化进行深入研究，最后提出天然气管网设计优化方案，为推动我国天然气集输管网的进一步发展奠定基础。研究表明：在对天然气管网进行优化的过程中必须遵循安全性以及经济性两大原则，其结构优化主要可以分为三个方面，分别是环形优化、树状优化以及星形优化;随着科技的不断发展，采用智能算法对天然气集输管网进行优化设计已经成为了一种可行的方案，未来需要加快智能算法在该领域的应用。

关键词：天然气;集输管网;优化设计;优化原则;结构优化

随着社会对能源需求量的不断增加，我国相关油气田单位都在扩大生产规模，随着气田单位生产规模的不断增加，对天然气集输管网的要求也越来越高，不但要求集输管网需要满足生产的基本要求，也必须满足安全的基本性能。因此，相关气田单位需要对已有的集输管网进行改造和优化。我国新出现的气田单位在集输管道设计的过程中，为了保证安全性和经济性，也需要对其进行一定的优化设计[1]。由于天然气集输管网较为复杂，传统的计算方法已经不能满足优化设计的基本要求。近些年来，随着智能算法的不断发展，将智能算法应用到天然气集输管网优化中成为了一种可能。

1 天然气集输管网优化原则

在对天然气集输管网进行优化设计的过程中，必须满足经济性和安全性两大基本原则，首先在安全性方面，天然气本身就具有一定的危险性，天然气中还含有一定量的腐蚀性物质，经过长期的运行后，必然会对集输管道产生一定的腐蚀，如果天然气集输管网的结构较为混乱，就会使得腐蚀的速率增加，进而使得集输管网的安全性受到严重的威胁[2]。同时由于气田单位需要进行的生产环节相对较多，如果天然气集输管网的结构较为混乱，也会使得生产受到一定的影响。在另一方面，降低生产成本已经成为我国各个单位的基本要求，对于天然气的集输工作而言，由于集输管道的数量相对较多，管道沿线需要的设备也相对较多，因此，如何降低建造成本成为了一项关键问题，通过天然气集输管网优化设计可以使得建设成本得到一定的降低，进而满足经济性的基本要求，这完全符合我国可持续发展的基本目标。

2 天然气集输管网结构优化

目前，常见的天然气集输管网结构可以分为三种类型，分别是环形管网、树状管网及星型管网。首先，在环形管网方面，天然气集输管网中的干线与支线之间通过串联的方式相互连接，各条管道内的压力将处于平衡的状态，如果气田的气井呈现出了环形分布结构，则可以将各个井口采用环形连接的方式进行连接，该种类型的连接形式有利于天然气集输管网的管理[3]。在树状管网方面，一条干线将多条支线相互连接，进而使得天然气的集输管网呈现出了树状的结构，该种类型的天然气集输管网结构，可以使得集输管网的建设成本大大降低，但是并不利于各条管道的管理以及各气井的管理，同时在应用该种类型集输管网的过程中还会出现各支线分流不均匀的问题，进而使得整个生产过程不够平稳，如果气田单位的气井呈现出了直线分布的结构，则可以采用该种类型的集输管网结构形式。星型管网是一种较为先进的集输管网布局形式，如果某气田呈现出了以某口气井为中心的气井分布结构，则可以采用该种集输管网布置形式，这种形式的集输管网不但可以保证天然气分流的均匀性，而且还可以使得天然气集输管网的建造成本降低，目前该种形式的集输管网已经在我国气田处理厂内得到了广泛的应用。

3 天然气集输管网优化设计

由于气田单位的集输管网结构较为复杂，在对其进行优化设计的过程中，传统的数学方法已经不再适用，近些年来，随着智能算法的发展，蚁群算法和粒子群算法都已经在集输管网优化设计中得到了成功的应用。首先在蚁群算法方面，这是一种参数优化以及求解较为先进的算法，该种算法基于蚂蚁群落生存的基本原理，与其他类型的优化设计算法相比，该种类型算法求解速度相对较快，且求解的精度相对较高，但是该种算法在应用的过程中也存在一定的缺陷，该种算法在求解的过程中对循环次数的要求相对较高，如果求解循环次数不足，则求解的精度就会受到一定的影响，另一方面，该种算法在应用的过程中需要人为设定一些参数，如果人为设定的参数不合理，也会影响求解精度。在粒子群算法方面，该种算法应用的最大优势在于在保证精度的情况下可以大大缩短结构优化所需要的时间，该种算法在应用的过程中，可以自身调节某些参数的数值以此来实现提高精度的基本要求，但是该种类型的算法也存在一定的缺陷，该种算法在应用的过程中容易陷入局部最优的问题，且在较短的时间内收敛性相对较差，这对于结构优化而言十分不利。因此，目前智能算法在集输管网结构优化应用方面仍然存在一定的问题。

4 结论

天然气集输管网的优化必须满足安全性以及经济性两大原则，尽管目前粒子群算法和蚁群算法都已经在天然气集输管网结构优化中得到了成功应用，但是两种算法都存在一定的缺点，因此，未来相关研究人员需要加快智能算法在天然气集输管网结构优化方面的应用研究，进而使得天然气集输管网的结构可以得到进一步的优化设计。

参考文献：

[1]李征.天然气集输管网优化设计方法研究[J].内蒙古石油化工，2009，34（6）：19-21.

[2]丁萍.天然气集输管网系统规劃设计优化研究[J].中国石油和化工标准与质量，2013（6）：255.

[3]李学军.长输管道天然气集输管网优化设计[J].油气田地面工程，2015（4）：24-26.

作者简介：

张丙贺（1964- ），男，毕业于大庆石油学院石油工程专业，工程师，从事油气储运设计工作。