天然气管网系统性能评价指标及方法研究进展

廖柯熹，王敏安*，杨建英，彭 浩，何国玺，冷吉辉，李裕民

(1.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610500；2.西南石油大学石油与天然气工程学院，成都 610500；3.四川长宁天然气开发有限责任公司，成都 610100)

通过中国能源发展战略的预测数据分析，截至2020年底，中国天然气占能源消费比重将高达10%，年消费量将高达3 000亿m3，这不仅有助于中国能源结构调整，而且有利于资源节约型、环境友好型社会的建设[1]。随着中国能源结构调整，天然气管道的建设进度势必要加快，以满足生产运输需求。截至2019年底，中国境内建成天然气管道约8.1万km，相比2018年，新建成天然气管道约2 219 km[2]。根据《中长期油气管网规划》，中国将在未来10年内迎来新一轮的油气管网建设高峰，其中天然气管网的建设规模最为显著[3]。

据统计，中国天然气管道事故率高达4.3次/(103km·a)，比美国及欧洲高6～8倍[4]。因此，天然气管道的运行可靠性水平受到一定程度的限制，亟待对天然气管道的运行可靠性进行评价，以保证天然气管网系统能够安全高效运行。天然气管网系统可靠性是指在一定时间和条件内管网系统完成预定输送任务的能力[5]。与可靠性相辅相成的关键性能还包括经济性和适应性，此两者与可靠性共同决定天然气管网系统的综合运行能力和整体性能优劣程度。其中，经济性主要是考虑天然气管道的前期建设和后期运营费用；适应性主要是考虑天然气管网系统能否适应流体输送条件以及运行过程中的工况变化，采用工况模拟评价其适应能力，从而满足工艺指标要求，并保证管网系统的运行安全性和输气能力[6]。

近年来，中外有很多学者针对天然气管网系统可靠性评价、经济性评价和适应性评价等方面都做了大量的研究工作，但是也存在一些不足之处，需要进一步的深入研究与完善。在此，对天然气管网系统可靠性、经济性、适应性评价方法及指标3个方面的中外研究现状进行梳理与探讨，总结出天然气管网系统性能评价的相关研究成果，并展望其在今后的研究重点、难点以及发展趋势，以期为深入开展天然气管网系统性能评价指标及方法的理论研究和实践应用提供技术指导。

1 天然气管网系统可靠性评价现状

1.1 管网可靠性评价方法

1.1.1 管网结构可靠性评价方法

管网结构可靠性是指在一定时间和条件下，管网完成预先设定功能的能力大小，也是评价天然气管网系统设计优劣程度、质量和风险高低的重要指标之一[7]。结构可靠性评价方法是指根据管网系统各组成结构之间的联系，将其技术路线和评价理论有机地整合起来，以定量反映管网系统的整体可靠性水平[8]。

目前，管网结构可靠性分析主要集中于运用概率理论方法来计算管道系统发生失效的可能性大小，从而对管网系统的可靠性进行量化。根据现有的研究成果，管网结构可靠性评价主要是采用故障树分析、蒙特卡洛模拟中的理论及方法，来对管网失效概率进行准确估计，从而对管网的结构可靠性进行评价。范慕炜等[9]指出了故障树分析法在中外复杂天然气管网系统可靠性评价和预测中的广泛应用，通过该方法可以得到管网系统发生故障或失效的概率及分布。张家宇[10]指出了故障树分析法在城市天然气管网运行初期阶段可靠性分析过程中的重要作用。张静等[11]基于故障树基本事件的分析，并结合模糊决策方法，对油气管道泄漏事故的不可靠度进行了计算，建立了以专家综合能力为目标层的模糊层次分析模型，从而可以确定油气管道发生泄漏事故的概率及分布，实现油气管道泄漏模糊可靠性评价。王岩[12]阐明了故障树分析法在城市配气管网系统结构可靠性评价中的应用价值，通过对城市天然气管网进行水力计算，可以准确预测管网在事故工况下的流动状态和供气能力。姚成玉等[13]以巷道运输车液压系统为例，采用T-S故障树分析法建立了贝叶斯网络模型，并对模糊可靠性评估方法的可行性进行了对比验证，同时也为天然气管网系统的模糊可靠性评价指明思路和方向。故障树分析法在中外复杂天然气管网系统中应用广泛，尤其是城市天然气输配管网系统。采用故障树分析法逻辑关系清晰，可以客观呈现管网失效及故障模式的事件组成、因果关系，但是故障树分析法本质上为定性评价方法，未从整体上考虑造成系统发生故障的因素，并较难获取准确的可靠性数据，需要结合定量的模糊层次分析法来完成可靠性分析。

蒙特卡洛模拟法在天然气管道可靠性分析评价方面具有一定的适用性，并结合其他理论方法可以准确定量评价天然气管网系统的结构可靠性。罗更生等[14]在故障概率评定理论的基础上，提出了直接蒙特卡洛模拟和二维核密度估计相结合的方法，并探讨了该方法在含裂纹油气管道中的应用，从而可以确定管道的失效概率及分布情况。吴迪[15]基于马尔可夫链蒙特卡洛法的相关理论，建立了天然气管道腐蚀可靠性评价模型，并结合故障分布函数，计算得到了天然气管道发生腐蚀乃至失效事故的概率。温凯等[16]采用蒙特卡洛模拟法建立了天然气管道的失效概率模型，并结合极限状态方程法对某输气管道无缺陷管道屈服和破裂的失效概率进行了计算，实现了输气管道的可靠度计算和参数(管道壁厚、屈服强度和工作压力等)的敏感性分析。薛鲁宁等[17]阐明了马尔科夫方法在天然气管网系统可靠性计算中的应用情况，并结合系统状态识别及转移理论，可以计算出管网系统的失效或故障概率，从而实现天然气管网系统的结构可靠性评价。张鑫[18]基于极限状态方程，并采用解析法、蒙特卡洛抽样方法，分析了天然气管道系统在极限状态及不同运行工况下发生结构失效的概率，从而实现了天然气管道系统的结构可靠性评价。Tee等[19]考虑了地下管线失效模式间的相互影响，采用蒙特卡罗法计算出了管道失效概率，并得出了土体模量、土壤密度、管道刚度和外部荷载是管道失效的最大影响变量的结论。Al-Amin等[20]结合小泄漏、大泄漏、破裂3种不同的管段腐蚀失效模式，提出了一种评价含多种有源金属损失腐蚀缺陷的加压天然气管道段的时变系统可靠性的方法，并利用贝叶斯更新和马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)仿真技术对幂律增长模型的参数进行了量化。相比蒙特卡洛法，采用马尔可夫链蒙特卡洛法求解出的天然气管道腐蚀失效率与实际情况更吻合，模拟计算过程更省时，并更适合应用于天然气管道腐蚀可靠性模型的研究，但是在建模过程中需要收集大量的统计数据，以实现可靠性模型参数的准确预测。

另外，很多学者针对天然气管网系统结构可靠性评价模型构建的理论方法及思路也开展了大量的研究。胡镁林等[21]基于D-S证据理论建立了天然气长输管道的可信度模型，从而保证了天然气管道失效概率计算的准确性。虽然D-S证据理论综合考虑了各位专家的不同意见与判断，显著提高了评判结果的可靠性，但是其仍未广泛应用于天然气管道失效概率计算。李文涛[22]、王小完等[23]介绍了效用函数理论在天然气管道系统可靠性评价上的应用，通过建立天然气管道失效概率计算模型，从而可以实现天然气腐蚀管道的运行可靠性评价。基于效用函数对天然气管道进行可靠性评价的结果较为保守，可使管道的高效、可靠运行更有保障，但是效用函数中有关量的取值具有较强的主观性，风险控制方案难以准确地提出。Amirat等[24]基于应力分析理论建立了天然气管道腐蚀失效模型，并分析了天然气管道不同腐蚀缺陷对其结构可靠性的影响规律。Tammeen等[25]采用CSA和RSTRENG突发压力能力模型，并结合缺陷几何信息，对腐蚀管道失效概率进行了准确的估计和预测。曹鹏飞[26]根据分层递进分析理论，建立了天然气复杂管网系统的结构可靠性计算模型，并结合最小割集法，对天然气管网系统进行了可靠性跟踪薄弱环节的识别分析，同时也指明了可靠性跟踪法只适用于管网系统中故障的设备单元。何蕾等[27]基于模拟退火算法与神经网络算法相结合的理论方法，构建了天然气腐蚀管道基本物理参数与结构可靠度之间的非线性神经网络模型，预测出了管道中各种腐蚀缺陷可靠度在多种工况条件下的变化规律，从而确定出了天然气管道的薄弱点。李明菲等[28]根据管道工艺仿真方法，建立了复杂天然气管网系统的可靠度分布式阶梯模型，并在某压气站进行了案例应用，计算出了该压气站在不同运行方案下的系统可靠度，同时也指明了该模型在大型天然气管网/管道/站场系统可靠度计算中的广泛应用和重要作用。Mishra等[29]提出了一种基于可靠性的地下管道腐蚀损伤生命周期管理新方法、新框架，利用多项式混沌形式从已有数据中构造了腐蚀生长时间演化的概率模型，提出了一种腐蚀管道生命周期管理决策。Zhou[30]建立了小泄漏、大泄漏、破裂等3种不同的管道失效模型，并提出了一种计算含多种活性腐蚀缺陷且受随机内压作用的管段时变系统可靠性的方法。Tee等[31]采用非均匀泊松过程和经验幂律模型分别计算了天然气管道系统腐蚀缺陷随时间的产生和缺陷的增长速率，并利用内压爆破极限状态函数，计算出了爆破失效的时间依赖性概率。

此外，极限状态方程的构建也可作为天然气管网系统可靠性评价的方法。艾慕阳[32]采用不同的连续型随机变量可以实现天然气管网多状态条件下的系统可靠度概率计算，并采用管道生产实际参数构建了相互独立的随机变量，据此建立了联合分布函数，从而可以简化优化天然气管网系统的可靠性概率计算。王坤[33]针对管道和关键设备的失效机理明确提出了确定性方法在天然气管网系统可靠性函数求解中的适用性，反之则宜采用概率统计方法，并阐明了极限状态设计方法适用于天然气管道单元可靠性评价，概率统计方法在天然气管网系统可靠性函数计算中具有显著的普适性。在对极限状态下的可靠性进行定量评价时，需要引入可靠度函数和故障率函数。

目前，虽然可靠性评价方法在中国很多工程领域得到了广泛运用，但是在中国油气管道领域的应用实例仍然较少，研究力度只处于初级阶段，未形成一种成熟的天然气管网系统结构可靠性评价方法，亟待形成一套比较完整、系统的天然气管网系统结构可靠性综合评价方法体系。

1.1.2 管网供气可靠性评价方法

管网供气可靠性是指在一定时间和条件内，保证天然气管网在用户用气量范围的能力大小。以前形成的研究成果缺乏有机整合，难以直接用于管网供气可靠性评价。因此，近年来很多学者陆续提出了一些针对天然气管网供气可靠性评价的方法或建议，但是目前针对天然气管网供气可靠性的研究仍然处于初级阶段。

在天然气管网系统供气可靠性评价工作中，主要是将管网系统的运行状态与供气能力结合起来，并利用管网系统运行模拟软件或对用气量进行随机性预测，以综合分析整个天然气管网系统的供气保障能力。王馨艺等[34]采用TGNET软件对天然气干线管道事故工况下的不确定供气状态进行了模拟，建立了管道供气极限状态函数，并结合概率分布模型和供气等级划分方法，求解出了天然气干线管道的供气可靠度。但是当管网处于事故工况下，需要考虑与调整管网的优化分配问题，以确保管网的整体供气可靠度符合要求。黄燕菲[35]基于输气管道神经网络用气量预测模型，并结合管道的最大供气能力，建立了天然气管网系统供气能力优化模型，将该方法应用在虚拟天然气管网系统中，从而对其可行性进行了验证。但是供气能力优化模型无法保证计算结果为全局最优解，需要对目标函数进行改进。

另外，也有学者采用水力计算方法建立管网供气可靠度模型，并结合其他模型及方法，从而实现天然气管网系统供气可靠性的定量评价。严铭卿[36]基于水力工况条件，并结合齐次马尔可夫方法，建立了天然气输配管网系统的供气可靠性评价模型，同时计算管网可靠度与水力工况参数，从而使管网供气可靠性评价更加具有可操作性。范慕炜等[37]采用拓扑网络理论建立了陕京天然气长输管网系统的拓扑结构模型，并结合水力计算方法计算出了一定拓扑结构下管网的供气能力，从而可以实现天然气管网系统供气可靠性的定量评价。代玥[38]根据天然气干线故障管网的拓扑结构，并结合管网的水力计算模型，建立了天然气干线管网在故障工况下的水力分析模型，然后采用TGNET软件对管网的故障工况进行模拟，从而可以实现天然气干线管网的供气可靠性评价。由于拓扑结构和水力参数均有明显的不同之处，因此采用拓扑结构和水力计算方法评价管网供气可靠性的应用案例很少，在今后需结合齐次马尔可夫方法对管网供气可靠性评价进行深入研究。

此外，很多学者通过建立天然气管网供需干涉模型，并结合蒙特卡洛模拟法来定量分析出管网的供气可靠性。姜好[39]基于概率统计方法得到了天然气日需求量概率分布函数，建立了城市天然气管网供给门站的日供应量-用户日需求量干涉模型，并引入蒙特卡洛模拟法得出了城市天然气管网的供气可靠度，该模拟结果与采用可靠度计算公式得到的结果相近。陈俊锟[40]根据天然气管网的供给量和用户需求量，并结合水力工况分析法，建立了天然气管网系统的供需干涉可靠性模型，最后采用蒙特卡罗法求解出了管网的供气可靠度，从而可使解析法中涉及的概率密度函数更加容易确定。刘文超[41]基于图论和天然气干线管网系统的需求-供给干涉模型，并结合某城市门站的具体实测数据，计算出了天然气干线管网系统的供气可靠性。但是在构建天然气需求量模型时，未从整体角度考虑管网的工艺流程，并且求解过程难以达到最优值。

目前，供气可靠性评价方法主要应用于城市天然气输配管网系统，研究内容主要是基于概率统计方法，建立天然气管网系统日需求-日供给干涉模型，并结合TGNET软件进行水力工况模拟或采用蒙特卡洛模拟法，求解出天然气管网系统的供气可靠度。

1.2 管网可靠性评价指标

1.2.1 管网结构可靠性评价指标

目前，针对天然气管网系统结构可靠性评价指标的选取大多偏重于可靠度、故障率等。其中，陈思锭等[42]指出了采用基于图论而得到的最大可靠度和基于阈级而得到的单元重要度两个评价指标，后者对管网系统可靠度的评价不够全面，需要引入其他可靠性评价指标，从而对管网系统的可靠性进行深入分析。陈岑等[43]采用案例证实了基于FAD技术和Monte-Carlo法的目标可靠度指标进行可靠性评价，其评价结果能够满足标准要求，但是两种方法所采用的目标可靠度指标不相同，从而会使可靠度计算复杂化。另外，张宗杰等[44]指出了输气管道运行可靠性评价指标还包括平均工作时间、平均修复时间、维修度、可用度、修复率、故障率、输量损失和故障风险等，但是上述指标都是针对输气管道的运行可靠性评价，需要形成一套完整的输气管道系统运行可靠性评价理论体系。谢青青等[45]指出了天然气管道系统运行可靠性的综合评价指标还包括生产效率、输量损失、致命度和故障风险等。

此外，一些学者针对天然气管网系统结构可靠性评价指标体系的构建还做了相应的补充与完善。苏怀等[46]提出了中国用于油气管网可靠性评价指标还包括管道的平均寿命。范慕炜[47]指出了天然气管网系统结构可靠性评价指标还包括平均无故障时间、系统故障状态发生后的恢复时间和恢复程度、每年每公里的故障次数和每次故障平均修复时间等。虞维超等[48]指出了天然气管网系统结构可靠性评价指标还包括失效率、失效概率和失效风险等。但是目前应用于输气管道的综合评价指标体系仍然未得到完全突破，有待进一步的整合与深入。

1.2.2 管网供气可靠性评价指标

目前，在天然气管网系统供气可靠性评价指标方面的研究还不够系统和深入，实际应用案例较少，其评价指标主要包括供气可靠度、供气量、供气不足或中断情况和用气满足度等。其中，叶雪[49]选取了流量熵作为天然气管网系统的供气可靠性评价指标。孔文惠[50]确定了供气率和供气可靠度作为天然气管网系统的供气可靠性评价指标。王超[51]从累积流量、缺供气量、中断时间、中断次数、用气满足度、供气不足持续时间、供气不足次数等角度评价输气管网的供气可靠度，并引入可靠度函数。另外，苏怀[52]提出了从概率、充裕性和时间3个方面建立天然气管网系统供气可靠性的评价指标，其中主要包括缺气率、全局平均缺气量、平均供气不足用户数、各用户平均的平均缺气量和平均供气不足时间等。范慕炜等[53]在满足管道各单元可用率的前提下，考虑了在固定工况下管道沿线的分输量、用气量变化等方面，并将供气量作为供气可靠度评价的重要指标。在今后选取管网供气可靠度评价指标时，需要考虑多个不同的气源条件，分析管网输气量的变化规律，并对管网系统的故障模式进行深入研究和探索。

此外，一些学者针对天然气管网系统供气可靠性评价指标体系的优化和应用也做了大量工作。Wei等[54]提出了一种天然气输气管道系统供气能力的量化方法，以及满足度和支持度两种可靠度指标。王子辉[55]将天然气管网全生命周期优化决策的控制参数确定为管网供气可靠度，并将管网的总投资费用也视作为约束条件，由此构建了天然气管网系统全生命周期供气可靠度的优化决策模型。

目前，在天然气管网系统的可靠性研究中，还没有构建一套客观明确和容易量化的综合评价指标体系，这是必须优先予以解决的问题。在今后将会继续从管网结构可靠性和供气可靠性两个方面总结出相应的评价指标，从而不断完善管网可靠性评价指标体系。

2 天然气管网系统经济性评价现状

2.1 管网经济性评价方法

目前，针对管网经济性评价方法的研究较少，其主要侧重于投资估算和财务评价，该方面的研究对象主要集中在天然气长输管道。袁鸣[56]对长输管道进行了投资估算与资金筹措，以及后续的盈利能力分析和清偿能力分析。堵佩[57]采用投资估算与财务评价两种方法对长输油气管道进行了系统的经济性分析评价，评价其风险抵抗能力，并阐述了投资估算方法通常应用于管道输送工程项目的可行性研究阶段，而财务评价一般适用于整个工程计算期间。另外，陆彬[58]在投资与成本估算的基础上，分别从盈利能力、生存能力、偿债能力3个方面进行了天然气长输管道的财务评价、不确定性分析以及经济风险分析，从而分析出了风险要素的变化对管网经济性的影响状况。在对管网系统进行经济性评价的同时，需要综合考虑各种实际影响因素，做好管网的前期施工管理和后期运营管理，从而形成一套完整而有效的天然气管网经济性评价方法体系。

此外，一些学者针对不同结构形式的天然气集输管网进行了经济性对比和优选。阚宝春[59]首先对集输管网的不同结构形式进行了分析，然后根据能量平衡方程建立了管网能耗评价系统，并应用仿真评价系统对管网运行能耗的主要影响因素进行了分析。申晋峰[60]对枝状和环状集输管网进行了技术经济评价，指出了枝状集输管网相对于环状集输管网的经济效益优势，并提出了枝状与环状集输管网相结合的城市配气方案。董文浩[61]通过最优化理论建立了放射状集输管网计算模型，并从投资和能耗两方面对已建和最优放射状集输管网进行了经济性对比分析。Wang等[62]建立了一个以最低建设成本和环境影响为目标函数的集输管道最优化模型，并对该集输管网进行了适应性评价。最后，Luo等[63]利用Aspen HYSYS 和Aspen过程经济分析仪进行集成，并分析了在基础工况和最优工况条件下集输管网的总成本。综上所述，目标函数的建立方法在管网上尚未得到更深刻、透彻的揭示，主要集中在投资最省、效益最高，并且研究对象较为局限，大部分为对长输管道和集输管道进行经济性评价，在今后有待从技术经济、安全环保等多方面对天然气管网系统开展进一步的探索与深化研究。

2.2 管网经济性评价指标

目前，一些学者针对管网经济性评价指标的研究集中在指标优化和选择，主要包括财务分析指标、投资风险指标和技术经济指标。其中，雷芸[64]构建了包括财务内部收益率、净现值和效益费用比等在内的评价指标体系，从而对输气管道进行了经济性评价。杨敏[65]提出了天然气长输管道经济性评价指标有财务内部收益率、投资回收期，并指明了动态投资回收期最实用准确的经济性判定准则。王宁军等[66]指出了基于管道全评价期的内部收益率指标所存在的局限性，提出了基于管道剩余评价期的内部收益率指标。徐婧源等[67]从经济效益的角度，采用管输收入、营运成本费用和税后利润等指标的计算值、预测值与可研的预测指标进行对比，以判断被评价项目的投资正确性和可实现性。在历史数据缺失的情况下，传统的内部收益率在管道经济性评价中的应用受限，考虑管网运行阶段的收益状况，并通过构建剩余评价期内部收益率的评价模型，可以弥补与克服其中的不足。

另外，针对管网系统经济性评价指标体系的构建还开展了进一步的研究和深化。王博弘等[68]指出了在集输管网系统进行经济性评价时还需要考虑管道的建设费用以及井场设施和集气站设施的经营收入等指标。蔡锐等[69]提出了管网经济性指标还包括管网的前期投入、后期追加成本、使用寿命、人力费用等。Kima等[70]采用了条件估值法估计，并考虑了效益和成本、分析周期和社会贴现率，对管网参数进行了不确定性分析。

此外，针对技术经济指标的分析和选取也做了大量的研究工作。相璟瑞等[71]在集输管网技术经济性评价过程中，考虑了包括管道前期投资成本以及后期采取新防腐措施前后的年度维修费用、年故障停车损失费和投资收益期。冯伟等[72]指出了天然气管道运行能效的评价指标体系主要包括周转量、直接能耗、单位周转量生产能耗、电耗、气耗和输量比等。但是目前针对管网系统的经济性评价指标仍不足以反映管网的经济效益状况，需要从全生命周期方面着手对经济性评价指标进一步深化和完善，同时开展各项指标的量化描述是亟待解决的问题。

3 天然气管网系统适应性评价现状

如果只重视管网系统的可靠性而忽视其适应性则会导致已建管网对不同工况的适应能力下降，并且投资成本大幅上升。因此，对天然气管网系统的性能评价还包括适应性评价。天然气管网系统适应性评价考察的是管网系统能否适应各项工况参数的变化。如油气田开采后期井口压力递减后，整个管网系统受到其产油、气、水量变化的影响程度；管道内流动状态改变后恢复正常的能力。

3.1 管网适应性评价方法

目前，很多学者针对供气管网适应性评价方法的研究主要是通过模拟软件建立管网的水力计算模型，并结合实际工况条件，以分析管网在不同工况下的输送能力和运行效率。陈定朝等[73]采用TGNET软件建立了川中地区油气矿地面集输管网系统的水力计算模型，以管网的整体运行情况以及管线的承压能力作为边界条件，并分别从管道失效情况、管道压力损失情况和管道保护情况等方面对集输管网的运行效率和输送能力进行了适应性评价。唐劲松[74]采用TGNET软件建立了大英县在役城区居民供气管网的水力计算模型，根据天然气在役管网的统计资料和运行参数，对居民用气管网的夏季、冬季、高峰期和设计工况进行了水力计算，并对在役城区供气管网进行了适应性分析。戴慧芳等[75]采用TGNET软件建立了成都地区某天然气输配管网的水力计算模型，对不同结构形式的现役天然气管网进行了输配能力分析，从而评价了该现役输配管网系统的结构合理性和运行适应性。温皓[76]采用TGNET软件建立了某城市天然气输配管网的水力计算模型，分别对低气量、运行压力高和流速大等极限工况进行了模拟计算，评价了该管网结构的合理性，并对中长期规划后的管网进行了适应性分析。梁光川等[77]建立了某城区天然气管网的水力计算模型，并采用TGNET软件对该天然气管网进行了故障工况模拟，从而评价了该天然气管网在故障工况条件下的供气和运行适应性。李谦益等[78]采用TGNET软件建立了陕南汉中、安康地区天然气管网的水力计算模型，并对不同输量、压力等工况下管网的水力变化特征进行了模拟计算，从而对该天然气管网进行了适应性评价。

此外，还有一些学者针对不同供气条件下供气管网的运行适应性进行了较多的研究与探析。卢宇翔[79]根据双流县城区天然气的需求预测数据，对该城区天然气管网规划和管网现有承载能力进行了分析，并以出口压力、流量为边界条件，采用TGNET软件建立双流县城区天然气管网的水力计算模型，从而评价了该天然气管网在不同输量、压力等工况下的运行适应性。李庆等[80]采用回归分析法和灰色预测法得到了某城区天然气负荷的预测数据，并基于该数据，采用TGNET软件建立了该城区天然气管网的水力计算模型，从而对该天然气管网在正常工况和故障工况下的水力可靠性和运行适应性进行了评价。陈璐瑶等[81]采用TGNET软件建立了某城市现役天然气输配管网系统的水力计算模型，并结合天然气用户的用气特点和用气量数据，对该城市天然气市场中长期负荷进行了预测，从而对天然气管网的水力可靠性进行了中长期的适应性分析。但是在采用TGNET软件进行水力计算时，对实际管网进行了简化处理，计算结果与实际情况存在一定的偏差，因此在管网建模及水力计算时，可以考虑用户分布、气源压力等现场实际数据。

另外，还有学者通过采用其他模拟软件建立集输管网水力计算模型，从而进行工况模拟计算。何思宏[82]采用PIPEPHASE软件建立了某页岩气田集气管网的水力计算模型，并结合现场实际生产数据，计算出了高压输送条件下某页岩气田采气管线不产生水合物的最长距离，从而评价了在气液混输条件下该采气管道的运行适应性。贾宁[83]采用Pipeline Studio软件建立了川西地区某天然气输配管网的整体水力计算模型，并逐年对该天然气输配管网在多种工况条件下的水力特性进行了稳态计算，从而找出了该天然气管网中所存在的不适应性问题。但是目前应用模拟软件建模求解的管网类型较为局限，未能适用于天然气管网系统。因此，今后需要从集输管网、长输管网、供气管网、站内管线等多个对象深入开展适应性评价研究。

3.2 管网适应性评价指标

目前，一些学者在进行管网适应性评价指标的研究时，结合管网运行工艺特点，主要选取了管道压力波动大小、管道设计参数和沿线温度的变化情况等指标。张沁蕊[84]指出了集输管道适应性的关键性能评价指标包括管材、地区等级、设计阶段QRA分析等，并考虑了现场的具体情况，应用这些关键指标对其集输管道进行了适应性评价。董静雅等[85]提出了管网多目标综合评价模型中主要包括气温变化、管道压力波动、压力安全指数及末段储气量等指标，并对不同调度方案和运行工况下的管网进行了适应性分析。此外，蔡忠明[86]选取总积液量、持液率、压力、气相流速等作为集输管道混输工艺的适应性评价指标，并对处于不同气、液量工况下的混输管道进行了适应性分析。但是针对天然气管网系统适应性评价指标的选取与确定仍然不够全面、完整，未从整体上考虑管网的设计、运行和维修维护等方面的影响因素，亟待对管网适应性评价指标进行深入研究和充分阐明。

4 结论与展望

4.1 结论

(1)可靠性评价方法在中国油气管道领域的应用实例仍然较少，未形成一种成熟的天然气管网系统可靠性评价方法；管网结构可靠性评价通常采用概率理论方法计算出管网系统发生失效和故障事件的可能性大小，从而确定管网系统的可靠性水平；管网供气可靠性评价主要是将管网系统的运行状态与供气能力结合起来，并利用管网系统运行模拟软件或对用气量进行随机性预测，以分析整个天然气管网系统的供气保障能力。

(2)在天然气管网系统可靠性评价指标方面的研究还不够系统和深入，实际应用案例较少，用于管网结构可靠性评价的指标主要包括结构可靠度、故障率、失效率和平均寿命等；而用于管网供气可靠性评价指标则主要包括供气可靠度、可用度、用气满足度、供气量、供气不足或中断情况等。

(3)针对管网经济性评价方法的研究主要侧重于投资估算和财务评价，以及针对不同结构形式的管网进行了经济性对比和优选；针对管网经济性评价指标的研究大多是指标优选，主要包括财务分析指标、投资风险指标和技术经济指标。

(4)针对管网适应性评价方法的研究主要是通过模拟软件建立管网水力计算模型，从而分析管网在不同工况下的输送能力和运行效率；针对管网适应性评价指标的研究主要是根据管网运行工艺特点，选取了管道压力波动大小、管道设计参数和沿线温度的变化情况等。

4.2 展望

(1)采用极限状态设计的理论方法，引入可靠度函数和故障率函数，确定出相关事件对天然气管网系统的影响情况，并准确地计算出管网系统发生失效或故障的概率大小，以对天然气管网系统极限状态下的结构可靠性进行定量评价；采用人工神经网络算法建立天然气管网系统的用气量预测模型，并结合管道的最大供气能力，建立供气能力优化模型是未来的研究难点。

(2)综合考虑天然气管网系统的运行状态和工艺特点，合理建立管网系统结构可靠性与供气可靠性的综合评价指标体系，利用理论方法或软件工具建立可靠性评价模型，并划分出可靠性评价的指标等级是未来的研究重点。

(3)在对天然气管网系统进行运行适应性时，需要结合可靠性、经济性等单一指标，并采用评分等级标准与评价指标权重来定量评价天然气管网系统的综合性能是未来的研究方向。