城市燃气输配管网系统的优化

城市燃气输配管网系统的优化

赵鹏君

关键词：城市燃气管网；调压站；管径；优化

1、引言

目前许多大中城市部正处于这样一个接轨的阶段：城市燃气中低压管网系统已经发展得较为成熟，中低压管网内各项设施的建设都已完成，天然气高压管道系统正在建设中；或已初具规模但仍需建设更高压力级别的高压管道。那么，为了满足用户的需要，往往需要制定一个规划。通过规划来决定，是否引进某一外来气源及需要此气源供给多少天然气量，还需要决定储配站、高中压调压站、环状高压管线等系统的各组成部分是否需要新建及新建的的规模，对于已经建成的部分是否需要扩建及扩建的程度等问题。然而我国城市天然气的发展还处于起步的阶段，人们的经验还停留在煤制气为主的城市燃气阶段，在这种情况下，要做到规划的合理性、安全性与经济性，需要一段实践的过程。

2、管径优化

2.1管径初选

2.1.1初始流量分配

2.1.2初始压力降分配即管径初选

供气点的压力已知，取零点压力为最低允许压力，沿供气路径供气点到零点的总压力降已知。将总压力降分配到在此路径上的各根管段上，即完成初始压力降分配。

当考虑流向时，管网是一个有向图，燃气从管段始端流向终端。初始流量分配后，若初始流量为负值，则对流向进行修正，燃气从管段终端流向管段始端。求出各供气点到各零点的最短路。对每条最短路(设由根管段组成)，每次封闭一根管段，即假设此管段不存在，求对应于此管段的次短路，求次次短路，由此得到若干条路径，这些路径一般包括了全部管段。

各供气点压力一般不同，各零点压力相同，因此各供气点到零点的总压力降不同。各条路径的长度一般也不同，因此其单位长度压力降一般也不同。按单位长度压力降从小到大的原则对全部路径排序，按此顺序对各路径分配初始压力降。

2.2控制零点压力的管径优化

对零点按照压力分类。规定一个适当的压力，存在关系。当零点压力低于时，称为低零点；当零点压力满足，称为中零点，即压力比较合适的零点；若，称为高零点。进行管网平差计算，如果存在低零点，则找出该低零点的上游子图。将管段的实际单位长度压力降乘以该管段的权值称为计算单位长度压力降。处于供气点到该节点的最短路上的管段权值取100，其余管段权值取1，按计算单位长度压力降从大到小的顺序对全部上游管段排序，按此顺序逐一尝试放大管径，直至该节点压力高于。

消除低零点后，若存在高零点，进行优化。高零点的上游子图中的一些管段同时属于中零点的上游子图，如果将这些管段管径缩小，就可能使中零点变成低零点。据经验，一般管段的均大于某个值在高零点的上游子图中扣除与中零点的上游子图共有的管段及的管段，得到可优化管段集。对其中的管段，逐一尝试缩小管径，进行平差计算。若出现低零点，则优化失败，把管径恢复原值；否则优化成功，继续优化，直至消除高零点。

3.管网综合优化

以管网造价指标扣除压力储备（效益）指标余额最小为优化目标，可得出一种综合优化模型的目标函数。

管网压力储备效益价值指标的计算式为

由图5-1可见，在六个方案中，五个方案较合理，方案2是最差方案，这与表5-1由比较造价指标得出的初步认识是一致的。但是在其余五个方案比较中，指出方案4为最优。而不是按传统从表5-1中可能得出方案1最优的结论。

4、结论

经实例应用，最小平方和法分配初始流量的管径初选计算简捷，管径分布比较合理。按控制零点压力进行管径优化实用性强，达到了较好的经济性。实际工程中对于管网增加供气能力或压力储备的主观意向一般用综合优化模型应能很好体现。也可以采取在优化管网的基础上再进行人工调整的方法，使管网管径配置设计更符合于设计的某种意图。

参考文献

[1]谢伟光.城市煤气管网经济管径计算[J].煤气与热力,2015,(6).

[2]王训俭,赵新华,金志刚.煤气管网优化设计程序的研究[J].煤气与热力,2015,(4).

[3]王鑫.城镇天然气管网优化设计研究[D].硕士学位论文.合肥:合肥工业大学.2015.