天然氣輸氣管道的優化研究

馮延魁 (陜西省天然氣股份有限公司 陜西 西安 710016)

中國自改革開放以來經濟上獲得了長足的發展，但與此同時中國對能源的需求也在快速增長。中國不僅進口石油已占消費總量的一半以上，公開數據顯示，2013年中國天然氣表觀消費量達到1676億立方米，天然氣對外依存度首次突破30%，達到31.6%。國家發改委稍早前更是提出，到2020年要力爭實現4200億立方米的天然氣保供目標。5月21日，俄羅斯G a z p r o m和中國CNPC之間達成了十年協議，從2018年開始,每年向中國提供380億立方米天然氣。伴隨著中國油氣對外依賴程度的不斷升高，天然氣輸氣管道的優化與建設就變得越來越嚴峻和迫切。

一、天然氣管道優化設計的現狀和分析

隨著天然氣在使用方面的普及和增多，人們對于天燃氣的需求也在加大；而隨著天然氣需求的加大，天然氣的輸送項目也在逐年增多，如何優化天然氣輸送管道建設，逐漸成為擺在管道設計者面前的一道難題。現階段天然氣管道優化設計大多數還是采用傳統的數學優化的方法，這種方法首要需要建立天然氣管道設計的數學模型，通過利用管道工作過程中的參數和相應的邊界條件，模擬天然氣在管道內的流動狀態，根據天然氣的流量、壓力、含水量等參數，模擬天然氣在管線內部的流動狀態，流動規律，確定管道對于天然氣流動的影響，得到天然氣在管道中流動的參數，從中得出天然氣輸氣管道的參數。為提高天然氣輸送的效率，則要通過采用先進的天然氣管道輸送的優化數學模型，利用合理的求解方法，模擬天然氣在管道內的流動，并在不斷優化天然氣管道的過程中，得到天然氣管道輸送設計的優化參數，進而改進天然氣管道的設計，優化天然氣管道的設計。通過對天然氣管道內流動情況的模擬可以得到天然氣在管道內的流動規律，從而更好的為管道的優化設計提供參數依據。天然氣管道內流動規律的求解涉及到多個物理學方面的知識，根據實際的情況，可以簡化條件或者利用數值模擬的方法得到。在確定天然氣管道優化設計模型時，首先要清楚影響天然氣管道輸送的內部和外部條件，確定參數，利用已知的條件和基本的物理原理開展研究，確定各個參數之間的關系，得到各個參數之間的變化規律。

二、天然氣管道優化設計的研究

天然氣具有密度小、流動性的特點，但是它體積大，所以在其運輸方式要選擇適合它的特點的方式，不能等同于石油、煤、礦石等的運輸方式，管道輸送是首選。管道輸送因其經濟性、連續性、密閉性、安全可靠等特點，也顯示出其它運輸方式無法攀比的優越性，因此天然氣的最理想的輸送方式就是管道輸送。

21世紀是天然氣為主體能源的時代。家庭應用、汽車應用、工業應用都在大力開發，世界各國都在大力發展天然氣工業。隨著我國能源政策的調整，我國天然氣工業也處于加速發展的大好時機，天然氣管道建設將是未來中國能源建設中的重中之重。輸氣管道建設投資巨大、建設運行周期長、經營費用高、范圍小，在眾多的建設方案中尋找一個價格低廉且輸送量大的方案，是很值得我們研究的問題，這就需要設計者在設計時充分考慮到管道的優化設計，天然氣管道優化是在已知各種參數的基礎上，對管徑、站間距、進出站壓力、壓力、壓縮機站數、壓比等工藝參數進行優選，做好管道的優化設計，提高管道的輸送能力和使用壽命，降低管道的內部消耗，為管道設計優化獲得更好的方法指導和理論支撐，使管道的輸量達到最大，使管道壽命期內總費用最小。比如我們可以假設天然氣輸送管道流動過程中的壓力是不變的，管道是水平的，流動過程是連續的，流量也是一定的，這樣可以方便我們在構建數學模型時的運算。在工程實際中，常規設計方法是將幾種可能的參數進行組合，進行優化方案對比。但即使選擇數量很少的參數，也會得到幾十種、上百種方案，利用計算機的幫助，可以大大減輕工作量。輸氣管道優化設計就是將優化技術引入管道設計中，將實際管道設計模型轉化為數學最優化模型，選擇相應的優化算法，借助計算機，高效可靠的求得最優設計參數，根據技術經濟學原理，通過對各個可行方案的技術分析、經濟比較和效益評價，尋求技術與經濟的最佳組合，從而確定技術先進且經濟合理的設計方案或運行參數，使系統工作達到最佳狀態，達到節約能源、提高經濟效益的目的。時間和工作量都比組合幾十上百種方案來進行比較大大減少，對工程具有重要的意義和幫助。對輸氣管道優化設計的研究對我國天然氣發展和經濟建設具有重要的作用。

結束語

天然氣是一種非常重要的綠色能源，它對于環境的污染小，導致國內外目前對天然氣的需求都比較大，尤其在中國市場，天然氣管道的建設還有很多的路要走，還有很多的地方需要學習，天然氣管道建設的好壞關系到國計民生，關系到天然氣管道輸送天然氣的質量和運行效率。本文通過對天然氣管道設計優化研究，可以看出該優化模型得到的優化解的穩定性稍差，因此我們在日后的工作中對天然氣輸氣管道優化設計模型進行改進，以求得到可靠性較好，得到最優解。

[1]楊毅，天然氣管道運行優化模型及其尋優方法研究[D]，成都：西南石油大學，2006.

[2]李長俊，天然氣管道輸送[M]。北京：石油工業出版社：2010：1－342.

[3]張鵬，模擬軟件在長輸天然氣管道上的應用[J]，油氣儲運，2004，（6）：2－5.