基于理想點法的煤基天然氣輸送方案優化研究

陳 欣

(中國五環工程有限公司，湖北 武漢 430223)

基于理想點法的煤基天然氣輸送方案優化研究

陳 欣

(中國五環工程有限公司，湖北 武漢 430223)

針對佳木斯市天然氣市場需求，考慮投資、運輸成本、安全性、維修頻率等因素，擬定了CNG拖車輸送、天然氣液化后汽車運輸和管道輸送等3個技術方案。采用理想點法對3個天然氣輸送技術方案進行綜合評價，最終確定管道輸送方案為實施方案。該方案具有運行成本低、安全穩定性好、長遠經濟效益高等優點。

天然氣輸送；方案優選；理想點法；權重系數

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.06.017

隨著天然氣工業的發展，天然氣的應用范圍日益擴大，在國民經濟中的重要性也更加突出。天然氣作為清潔能源，燃燒后幾乎無粉塵 、二氧化硫等污染物排放，二氧化碳排放量也遠遠小于石油與煤，對大氣的溫室效應作用約為石油和煤的一半，是一種十分有發展前景的清潔優質能源，是現代城市生活的首選能源，利于城市持續發展和環境保護。

1 研究背景

為落實黑龍江省委提出的10項利民工程，加快城市供水、供熱、供氣、污水治理和垃圾治理(簡稱“三供兩治”)工程建設，實現全省經濟社會又好又快發展，佳木斯市委、市政府提出城區普及天然氣的戰略部署。

從2009年開始，佳木斯市面臨著湯原氣田天然氣資源即將枯竭的嚴峻形勢。湯原天然氣田的供氣量約為5萬m3/d，距佳木斯政府要求的供氣量11萬m3/d有很大差距。天然氣資源已經不能滿足佳木斯天然氣用戶發展的需要，成為制約佳木斯市天然氣發展的重大瓶頸，氣源問題急需解決。

為此，中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司在市場需求調查的基礎上，開展煤基天然氣輸送方案的制定和優化研究，以滿足佳木斯市天然氣用戶的實際需求，提高城市燃氣氣化率，為佳木斯市持續發展提供充足的清潔能源，提高居民生活質量和水平，利于改善城市環境，加快城市現代化建設進程。

2 天然氣輸送工藝方案的制定

通過對佳木斯市居民用戶、CNG汽車市場、公共建筑及商服用戶和工業用戶的天然氣用量需求總量的調查分析可知，該市到2020年的天然氣開發總量可達到10 262.39萬m3，確定天然氣開發生產規模為6 000萬m3/a，進而擬定了3個從中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司送至依蘭縣及佳木斯的煤基天然氣輸送工藝方案：①CNG鋼瓶拖車輸送；② 天然氣液化后汽車運輸;③管道輸送。

2.1 CNG鋼瓶拖車輸送方案

在氣源地，天然氣首先經計量、調壓后進入凈化裝置，脫除水、硫化氫、二氧化碳，達到標準要求。通過加壓站的高壓膠管和快裝接頭向CNG鋼瓶拖車充氣，當鋼瓶壓力達到設定值后，壓縮機自動停機。CNG鋼瓶拖車通過公路運輸到達城鎮卸氣站，通過卸氣站的高壓膠管和快裝接頭卸氣。一部分CNG先后進入各級換熱器加熱和調壓器減壓，加臭后進入城鎮輸配管網作為城市燃氣，另一部分運輸至CNG加氣站母站及子站作為車用燃氣。該工藝方案在技術上可行，具有工藝簡單、投資省、成本低、工期短、見效快的特點。其影響因素有供氣規模、用氣性質、氣源位置及數量、運距等。

2.2 天然氣液化后汽車運輸方案

天然氣經預處理脫除重質烴、硫化物、CO2、水等雜質后,經過冷卻處理形成液化天然氣。液化天然氣(LNG)供氣時，LNG由低溫槽車運到氣化站內，用槽車自帶的增壓器給槽車增壓，利用壓差將槽車內的LNG壓入站內低溫儲罐儲存，儲罐中的LNG再經自帶增壓系統壓入空溫式氣化器，在氣化器中LNG通過吸熱發生相變成為氣體，在氣化器的加熱段升高溫度(夏季氣體溫度最高達到20 ℃，冬季不低于-10 ℃)，然后經過濾、降壓、計量后進入管網系統，一部分作為城市燃氣，其余部分作為車用燃氣。放空氣化器也采用空溫式氣化器，站區各類管道的放散天然氣通過管道引至站內放散塔進行集中放散。

該方案投資高，在設計、設備采購、施工等方面需要大量的人力、物力和財力，并且由于設備多、管道復雜使得儲配站占地面積增大，運行費用高，投資巨大。但LNG氣源價格及運輸費用較CNG低，且供氣規模范圍大。

2.3 管道輸送方案

天然氣長輸管線是輸送天然氣的主要手段。實踐證明，采用管道大規模輸送天然氣是最經濟、有效的輸送方式。但是長輸管線的建設受用氣量、地形、施工技術及裝備和用戶分布等的限制。該方案工程成本高、施工難度大、工期不易保證，管線維護費用大，適合用氣量大、用戶集中的地區。

3 方案優選方法

當前，方案評價有模糊數學方法、灰色關聯評價方法、層次分析法、集對分析法和多屬性評價方法等[1]。其中，多屬性評價方法操作簡單，能較全面地客觀反映方案的基本信息，主要包括加權綜合評價法、理想點法和偏好排序法等。理想點法基于各評價方案和最優方案的接近度，判斷方案的優劣[2，3]。當評價方案和正理想點的距離越短，則該方案越優；評價方案和副理想點距離越遠，則該方案越優。理想點法的工作步驟如下：

(1) 建立決策矩陣(1)，并按公式(2)進行規范化處理。

(1)

(2)

得到標準化矩陣：

(3)

采用兩兩對比法，得到各評價指標的重要性系數(權重)為[4]：

W=(w1,w1,w1,…wn)

(4)

則加權標準化矩陣為Y′=Y·W

(5)

(3) 按公式(6)求各個評價方案與正理想點的近似度。

(4) 根據決策方案的近似度αi對評價決策方案進行排序，αi越小，則方案越優，進而確定最優方案。

4 煤基天然氣輸送方案優化

天然氣輸送的3個預選方案，各有利弊，但3個方案輸送系統設計能力相同，因此，對輸送系統設計能力不做評價。對3個預選方案的不同屬性值進行篩選整理，根據現場調查和數據分析整理，選定工藝復雜性、運輸距離、運輸費用、安全性、穩定性、發生事故概率大小、維護頻率、日常維護成本、初期投資等9個屬性值，針對3個方案的9個屬性值進行數據整理(見表1)，并對3個方案進行綜合評價。

表1 方案比較匯總

注：3個方案輸送設計能力均為6 000萬m3/a。

由于各個方案中相關指標有定性指標和定量指標，先將定性指標定量化，采用10分制確定指標值，結果見表2。

表2 方案定量化比較匯總

由此構成了3個方案、9個屬性的多屬性決策問題。設I1、I2分別為極大型指標和極小型指標集合。這里屬性X4、X5屬I1集合，其余屬性屬于I2集合。

采用公式2中標準化函數，則：

采用兩兩對比法，得到各個評價指標的重要性(權重)系數為：

W=(0.07，0.14，0.14，0.07，0.11，0.10，0.12，0.11，0.14)

則加權標準化矩陣為Y′=Y·W

此時，理想點為：

I*=(0.35,0.14,0.14,0.07,0.11,0.10,0.12,0.11,0.14)

采用公式(6)計算各個方案與正理想點(最優方案)的相對接近度(見表3)。

表3 各個方案與正理想點(最優方案的相對接近度)

依據近似度大小，可知第3個方案(管道運輸方案)距離理想方案的距離最近，且該方案具有設備維護費用低、運輸成本低和安全性高的特點，從長遠看經濟效益優。故選擇該方案為最優方案。

5 結語

為滿足佳木斯市天然氣用戶發展需要，中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司在對該市市場調查的基礎上，確定了煤基天然氣輸送產品生產規模方案為6 000萬m3/a。綜合考慮投資、成本、運輸距離、維護費用、輸送安全穩定性等因素，擬定了CNG拖車輸送方案、天然氣液化后汽車運輸和管道輸送等3個工藝技術方案。采用理想點法對3個擬定的天然氣輸送技術方案進行系統綜合分析，最終確定管道輸送方案為實施方案。該方案運輸成本低，安全性高，設備維護費用低，長遠經濟效益高。

[1] 葉義成，柯麗華，黃德育.系統綜合評價技術及其應用[M].北京：冶金工業出版社，2006.

[2] 馮樹民，吳海月，王弟鑫.基于理想點法的多目標最短路求解算法研究[J].公路交通科技，2016(3):97-101.

[3] 董金萍.基于組合賦權的理想點法在水質綜合評價中的應用[J].水電能源科學，2016(8):28-31.

[4] 李影，劉治愚.基于組合賦權-理想點法的大壩安全評價模型[J].中國水利水電科學研究院學報，2016(1):60-66.

Optimization of Coal Based Natural Gas Transmission Scheme Based on Ideal Point Method

Chen Xin

(WuhuanEngineeringCo.,Ltd.,WuhanHubei430223China)

In view of the natural gas market demand of the city of Jiamusi, this paper, considering investment, transportation cost, safety, maintenance frequency and other factors, suggests three optional technical schemes including CNG trailer transportation, automobile transportation of the liquefied natural gas and pipeline translation.The ideal point method is used to carry out comprehensive evaluation of the three schemes.As a result, the pipeline transportation, due to its low operation cost, good safety and stability and long term economic benefits, has been adopted as the implementing scheme.

natural gas transport; scheme optimization; ideal point solution method; weight coefficient

陳欣(1975年-)，湖北武漢人，1997年畢業于武漢理工大學工業與民用建筑專業，高級工程師，現主要從事國際營銷等工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.06.017

X 701

A

1004-8901(2016)06-0057-03

2016-08-05