楊慶亮（大港油田天然氣公司，天津 300280）

基于天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化研究

楊慶亮（大港油田天然氣公司，天津 300280）

天然氣集輸管網(wǎng)系統(tǒng)逐漸向大型化、復(fù)雜化、高科技化方向發(fā)展。為了對(duì)我國(guó)未來(lái)天然氣開(kāi)發(fā)提供一定借鑒，本文主要就灘海油氣集輸工程、天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化原則、拓?fù)湫问健?yōu)化思路、優(yōu)化模型求解算法等內(nèi)容進(jìn)行論述。

天然氣；集輸管網(wǎng)優(yōu)化；拓?fù)湫问?；求解算?/p>

石油、天然氣已經(jīng)成為了我國(guó)重要戰(zhàn)略能源，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中起到了重要作用。由于我國(guó)天然氣資源分配不均、各個(gè)方面用戶需求也具有不一致特點(diǎn)，使得我國(guó)現(xiàn)有天然氣集輸管網(wǎng)無(wú)法滿足天然氣存儲(chǔ)需求。為此，應(yīng)用全新理念和算法來(lái)優(yōu)化天然氣集輸管網(wǎng)，提高其應(yīng)用質(zhì)量和水平成為了關(guān)鍵。

1 灘海油氣集輸工程

灘海油氣集輸工程是近些年來(lái)我國(guó)在近海進(jìn)行石油、天然氣資源開(kāi)發(fā)所應(yīng)用的一個(gè)重要工程項(xiàng)目。這種類型工程主要是采用人工島、人工井場(chǎng)油氣混輸或者是進(jìn)行三相分離器進(jìn)行處理后進(jìn)行石油、天然氣資源分離的一種形式。人工島上中央控制器對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)字監(jiān)控技術(shù)等進(jìn)行合理化應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣資源環(huán)保、安全、高效化生產(chǎn)監(jiān)督。在此不斷實(shí)踐化探索中，攤海人工島、海底管線、電纜設(shè)計(jì)與施工等等，漸漸形成了一整套成熟石油天然氣工程技術(shù)[1]。

2 天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化

2.1 優(yōu)化原則

為最大程度上降低天然氣集輸管網(wǎng)成本，需要有關(guān)人員對(duì)于建站費(fèi)用、材料費(fèi)用、運(yùn)行管理費(fèi)用等進(jìn)行優(yōu)化管理，最終使得工程運(yùn)行管理過(guò)程中系統(tǒng)溫度、壓力、主要工藝等滿足實(shí)際工程應(yīng)用需求。例如：工程應(yīng)用管網(wǎng)材料需要符合天然氣應(yīng)用氣候、地質(zhì)條件，應(yīng)用有效化防腐舉措來(lái)降低主要管網(wǎng)溫度，使得其可以達(dá)到金屬最低工作溫度，滿足其應(yīng)用需求。因此，在進(jìn)行管壁厚度計(jì)算中，需要對(duì)管道金屬材料材質(zhì)、應(yīng)用強(qiáng)度充分考慮，應(yīng)用高質(zhì)量無(wú)縫鋼管，進(jìn)行高質(zhì)量焊接。

2.2 拓?fù)湫问?/h3>

天然氣集輸管網(wǎng)在實(shí)踐化應(yīng)用中，主要應(yīng)用形態(tài)有：環(huán)狀管網(wǎng)、綜合類管網(wǎng)、樹(shù)狀管網(wǎng)、星狀管網(wǎng)等拓?fù)湫问?。例如：?yīng)用枝狀管網(wǎng)布局方式優(yōu)化天然氣集輸管網(wǎng)，有利于使得各個(gè)集氣站之間主要管線具有降低成本，使得天然氣工程向著集約化方向發(fā)展。在這種類型拓?fù)湫问街?，需要有關(guān)人員對(duì)管網(wǎng)實(shí)際圖樣進(jìn)行研究和分析，考察其實(shí)際線路等，對(duì)其連接方式進(jìn)行全面性分析，保障了布局合理。而星狀管網(wǎng)主要是指充分應(yīng)用氣體處理廠，對(duì)集氣干線向四周集氣站輻射拓展延伸，最終向主要井口管網(wǎng)拓展。通過(guò)這種方式，可以避免了各個(gè)井口、主要并行管線之間相互影響，保持整個(gè)天然氣工程管網(wǎng)良好運(yùn)行。從實(shí)踐化應(yīng)用角度來(lái)分析，這種類型拓?fù)湫问街饕m用在氣井區(qū)域長(zhǎng)短軸長(zhǎng)度差距小地區(qū)。樹(shù)狀管網(wǎng)布局方式主要是在一個(gè)集氣干線上引出若干支線，形成一個(gè)整體性管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種方式具有應(yīng)用成本低，提高經(jīng)濟(jì)效益特點(diǎn)，使得其在眾多氣田中依然在應(yīng)用。但是，這種方式不具有良好安全性、穩(wěn)定性，具有狹窄分布特點(diǎn)，需要在今后應(yīng)用中不斷改進(jìn)。

2.3 優(yōu)化思路

專業(yè)化人員需要對(duì)天然氣管網(wǎng)進(jìn)行以下工作，優(yōu)化其整體運(yùn)行。具體來(lái)講，第一，需要對(duì)采氣管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、集氣站位置進(jìn)行優(yōu)化，提升管網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量和效率。第二，對(duì)主要管網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)工藝參數(shù)優(yōu)化，提升整個(gè)管網(wǎng)應(yīng)用質(zhì)量。比如：對(duì)主要管網(wǎng)保溫層厚度參數(shù)、管壁厚度參數(shù)、管徑參數(shù)等等。而優(yōu)化方法，其一，整體性優(yōu)化，主要是確定管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，在管網(wǎng)連接過(guò)程中將主要壁厚參數(shù)、管徑參數(shù)等進(jìn)行充分考慮，降低經(jīng)濟(jì)成本。其二，分級(jí)優(yōu)化。這種優(yōu)化方式，向確定管網(wǎng)拓?fù)浞绞?，然后在設(shè)計(jì)施工中對(duì)主要指標(biāo)參數(shù)優(yōu)化，保障整個(gè)管網(wǎng)具有良好連接狀態(tài)。從實(shí)踐應(yīng)用角度來(lái)分析，整體優(yōu)化方式比分級(jí)優(yōu)化方式更加合理，具有良好運(yùn)用價(jià)值。

2.4 優(yōu)化模型求解算法

專業(yè)化人員對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等合理化應(yīng)用，構(gòu)建起高質(zhì)量天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化模型，開(kāi)展合理運(yùn)算，可以構(gòu)建起計(jì)算機(jī)管網(wǎng)應(yīng)用體系，提高管網(wǎng)管理應(yīng)用水平。具體來(lái)講，第一，遺傳算法。這是一種全優(yōu)算法，對(duì)主要管網(wǎng)布局優(yōu)化工藝指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行分析，最終對(duì)其全局來(lái)優(yōu)化求解。這種方式目前在天然氣管網(wǎng)中已經(jīng)進(jìn)行了成熟運(yùn)用，通過(guò)合理化編碼、對(duì)適應(yīng)度函數(shù)、遺傳算子、進(jìn)化策略等優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終確定了其終止條件。隨著時(shí)代發(fā)展，一些新型算法出現(xiàn)了，如：粒子群算法、蟻群算法、模擬退火算法、混沌算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等等。其中，模擬退火算法主要是在Monte Carlo迭代基礎(chǔ)上來(lái)求解，在整個(gè)天然氣管網(wǎng)中優(yōu)化應(yīng)用，提高了其運(yùn)用水平。粒子群算法在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中隨機(jī)運(yùn)行，以歷史中最優(yōu)解方向、當(dāng)前最優(yōu)解方向進(jìn)行有效性搜索，提高了整個(gè)天然氣管網(wǎng)優(yōu)化質(zhì)量和水平[2]。

3 結(jié)語(yǔ)

專業(yè)化人員對(duì)天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行研究，構(gòu)建起優(yōu)化求解模型，充分考慮到其實(shí)際工藝要求、設(shè)計(jì)費(fèi)用、布局方式、經(jīng)濟(jì)效益等，進(jìn)行天然氣集輸管網(wǎng)最優(yōu)分布，使得管網(wǎng)最終實(shí)現(xiàn)了良好應(yīng)用能力，產(chǎn)生出巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。

[1]羅鵬飛.天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化研究[J].化學(xué)工程與裝備,2015,04:99-100+103.

[2]余立軍.關(guān)于天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化的研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2014,02:72.

楊慶亮（1984-），男，漢族，山東省陽(yáng)谷縣人，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向：天然氣集輸。