天然气管网可靠性评价方法研究现状

随着我国管道事业的蓬勃发展,以及清洁能源的不断推广,天然气的需求量及供气要求进一步提高,天然气管网的可靠性显得尤为重要。分析了现有管道完整性管理与管道可靠性的关系,总结了部分国家天然气管网可靠性评价的发展概况,对比了部分具有明确代表性的天然气长输管道可靠性设计方法及标准规范,评述了我国天然气管网可靠性评价的发展历程。结合当前主流天然气管网可靠性评价方法与原理,初步探讨了当前可用的天然气管网可靠性评价方法的可行性与难点,为深入开展天然气管网可靠性评价方法的理论研究和实践应用提供了参考。     

我国天然气管网系统可靠性评价技术现状

为了保障天然气管网系统的运行安全,可以采用可靠性方法从系统层面定量评价与分析天然气管网的物理安全水平及整体供气水平,然而,我国在此方面的研究尚处于起步阶段。总结了我国天然气管网系统可靠性评价技术研究现状,从生产安全和供气安全两方面阐述了管网系统常用可靠性指标的概念和算法,分别探讨了长输管道和站场两个系统单元及整个管网系统的结构可靠度评估方法,以及系统供应可靠度和目标可靠度的确定方法,指出了管网系统可靠性评价技术的重要作用及发展方向。     

干线天然气管道运行可靠性评价方法

干线天然气管道是我国重要的战略能源通道，其运行可靠性研究显得十分必要。基于国内外相关文献调研，结合干线天然气管道的工艺特点，对干线天然气管道运行可靠性的重点评价指标进行筛选，并给出计算方法；运用可靠性基本理论和统计学基本方法，提出一种针对管道单元及压气站单元的运行可靠性评价方法；运用可靠性框图，建立单元与系统之间的联系，运用故障树分析法确定系统的薄弱环节，最终提出干线天然气管道系统运行可靠性的评价方法。（图5，表2，参31）     

复杂网络理论的应用进展及对天然气管网的启示

随着中国天然气管网的逐步加密，管网运行愈加复杂，对管网拓扑结构、供气稳定性等方面的研究提出了新的挑战。近年来，复杂网络理论研究不断深入，已在交通、水力、电力等输送网络领域实现广泛应用。为借鉴复杂网络理论在相似输送网络中的研究成果，梳理了复杂网络理论在拓扑结构分析、输送可靠性评价、瓶颈识别、网络区域划分、网络流追踪5个方面的研究进展。针对中国天然气管网研究现状，提出发展建议：根据天然气管网无标度网络的特点，发展用于可靠性评价的随机抽样方法、网络流算法、人工智能需求预测方法，形成3大类瓶颈识别方法，建立区域划分算法，并对各类经营模式提出不同的网络流追踪算法；尽快进行管网拓扑结构特征分析，建立完整、快速的供气可靠性评价方法；利用网络流模型识别管网瓶颈，为新建管道提供依据；基于天然气管网供气特征进行区域划分，并发展一套清晰、透明的气流追踪算法用于管输费结算。研究结果可为天然气管网长期发展提供技术参考。（图1，表1，参75）     

基于事故工况下的天然气干线管道供气可靠性评价

天然气干线管道向着大流量、高压力的趋势不断发展,对供气管道系统的安全、可靠运行提出了更高要求。借鉴巴西国家石油公司与挪威船级社天然气管网的供气可靠性评价方法,建立了基于事故工况下天然气干线管道的供气可靠性评价方法。利用工艺计算软件TGNET模拟事故工况,建立供气极限状态函数值的样本集;通过MATLAB编程进行抽样,确定样本服从的概率分布模型;结合天然气供应等级划分标准,求得天然气干线管道的供气可靠度。通过具体算例,验证了该方法的可行性,可为今后深入研究中国天然气管道系统可靠性提供指导。(图6,表2,参23)     

城市天然气管网运行的可靠性分析

结合城市天然气管网的特点，对其运行的可靠性进行了分析，提出了城市管网可靠性评价的内容，给出了管网的分段原则，针对城市天然气管网运行的可靠性，将整个管网的管理分为初期、中期和末期三个阶段，并利用概率论的方法重点讨论了初期和中期管网的可靠性，给出了初期管网失效的故障树，提出了城市天然气管网可靠性运行的保证措施。     

大型天然气管网运行方案多目标决策优化

基于多目标决策优化技术理论,开展了天然气管网运行优化研究。确定了大型天然气管网运行方案多目标决策优化系统的架构,指出了建立综合评价指标体系的基本原则和具体步骤,提出了对模拟运行方案进行评价的标准模式,明确了采用兼容度法对评价方法进行再评价。以"西气东输-陕京一、二线-冀宁线"天然气管网为例,构造了5套管网运行方案,运用大型天然气管网运行方案多目标决策优化技术对运行方案进行优选,初步验证了该技术思路和方法的科学性、可行性,其中:模糊综合评价法最适合所建立的天然气管网运行优化方案评价体系。     

旋风分离器运行可靠性评价模型

旋风分离器的可靠运行对输气管道平稳供气意义重大,目前尚未有研究提出评价该设备运行可靠性的方法。在高压系统中,结构可靠性与运行可靠性存在联系,但是现有研究对这种联系的认识尚不充分。采用结构可靠性分析和可维修系统的马尔科夫过程,结合工程实践经验,建立了一种可用于评价旋风分离器运行可靠性的方法。根据实际结构与运行参数,评价了西气东输管道中某型号旋风分离器的运行可靠性,其评价结果验证了该方法的可行性,为其他类似设备的运行可靠性评价提供了参考。     

油气管网可靠性计算方法评述

油气管网可靠性研究是提升管网风险评价定量化水平的必然选择,充分吸收可靠性的现有研究成果,对油气管网的可靠性研究具有重要的促进作用。从单元、系统、网络3个层面总结了目前比较典型的可靠性计算方法,介绍了不同方法的计算思路,结合油气管网的特点,分析了不同方法在油气管网可靠性计算中的应用前景。对于单元的可靠性计算,概率统计法和机理建模法是应用最多、发展最成熟的方法;对于系统的可靠性计算,布尔法和马尔科夫方法在其他行业应用都比较成熟,而马尔可夫方法在处理单元的共因失效和相关失效方面更具优势;对于油气管网网络可靠性的计算,目前的连通可靠度计算方法可以直接应用,而容量可靠度理论尚需根据油气管网的自身运行特点进行发展。     

基于BP神经网络与蒙特卡罗法的储气库单元可靠性评价

储气库是天然气用气调峰、平衡管网、能源战略储备的重要手段,对储气库注采气过程可靠性展开定量评价,有利于储气库运行管理、供气能力评估。以储气库实际运行过程中各单元的运行工况、运行时间为前提条件,采用蒙特卡罗抽样方法表征单元几何尺寸、运行工艺参数的波动情况,对影响储气库注采气量关键单元的可靠性进行建模。为了规避蒙特卡罗抽样次数不足带来的影响,同时缩短单元可靠性模型运算时间,在储气库单元计算模型中引入BP神经网络算法。以储气库工艺参数、运行时间为输入变量,以蒙特卡罗法计算单元的可靠度为输出值,应用BP神经网络算法建立单元可靠度模型。结合某储气库的工况条件、单元设备基础参数,对其中关键设备单元的运行可靠性进行计算,验证了该方法的有效性。     

考虑需求侧影响的天然气管网事故工况流量分配方法

天然气管网失效事件会严重影响天然气供应安全，降低天然气管网供气可靠性和用户满意度。为了最大限度保障用户的用气需求，将失效事件对管网供气可靠性和用户满意度的影响降至最低，提出耦合单元失效和需求侧影响的天然气管网事故工况流量分配方法。该方法首先建立适用于不同类型天然气用户的需求预测模型和用户分级机制；其次，天然气管网水-热力计算模拟，量化失效事件对管输能力的影响；最后，基于混合整数线性规划建立天然气管网流量分配优化模型，考虑用户需求侧和失效事件影响以及气源进气量、管网流量、压力和水力等约束，确定事故工况下管网最优流量分配方案。将所提方法应用于某实际天然气管网中，对管网关键供气节点和环节进行识别，并确定不同失效事件下的管网流量分配方案。结果表明，采用该管网流量分配方法，能够最大程度保障重要度更大的天然气用户，从而降低事故对下游用户的影响，为管网精准调控提供技术支撑。（图4，表6，参24）     

陕京天然气管网系统供气可靠度的敏感性

随着中国天然气需求量迅猛增长,天然气供应的安全性、稳定性及时效性备受关注,确定天然气管网系统可靠度显得尤为重要。以陕京天然气管网系统为研究对象,运用质量工程中常用的六西格玛法则,基于典型工况对最直接影响天然气管网系统可靠度的模拟次数、沿线分输方案、管段单元可靠度、站场单元可靠度、市场需求量5个方面进行敏感性分析。结果表明:由于天然气管网系统存在一定的设计冗余及自身可靠度较高,因此其受自身因素可靠度浮动的影响较小,而受供气需求量浮动的影响最为明显。研究成果为提高天然气管网系统供气保障能力提供了理论支持。     

复杂天然气管网系统运行期可靠性评价体系

中国天然气管道行业正朝着规模化、网络化方向发展,整个管网系统运行期的输气保障能力受到广泛关注,对其完成输送任务的可靠性进行评价显得尤为重要。为了保障大型天然气管网系统安全、高效运行与管理,对管网系统可靠性指标、系统可靠度计算、单元可靠度计算、可靠性数据及可靠性管理开展了研究。提出了包括可靠性类、维修性类以及健壮性类的3层系统可靠性评价指标体系,建立了基于管道工艺仿真的物理管网系统可靠度分布式阶梯计算模型,能够实现管网/管道/站场系统可靠度的简化、快速计算。将该计算模型在某压气站进行案例试算,按照站场系统→典型结构→基本回路→设备单元的顺序,将管网拓扑结构由上至下拆分为不同层级的可靠性框图,再利用单体设备可靠度由下至上依次计算各层级可靠度,获得该压气站在不同压缩机启停方案下的可靠度。该研究成果为今后持续开展大型天然气管网系统可靠性评价及管理奠定了基础。     

成品油管网可靠性分析的研究进展

成品油管网作为连接上游炼厂与下游市场的重要中间环节,一旦发生事故,将会对油品供应造成严重影响。由于成品油管网运行工艺的复杂性,目前针对成品油管网可靠性分析的研究体系尚不完备。为此,从成品油管网系统设备单元可靠度计算、系统可靠性建模方法两个方面,总结了成品油管网可靠性分析的主要研究进展,并梳理了研究过程中所面临的难题。同时,对原油管网、天然气管网、城市供水管网、供热管网、供电管网的相关研究思路、评价方法、计算方法等进行了深入剖析,以期为成品油管网可靠性分析的进一步研究提供借鉴。(参62)     

基于风险理论的天然气管网脆弱性分析方法

天然气管网安全分析方法主要有风险评价法、可靠性分析法及脆弱性分析法。由于3种方法分析问题的角度不同,导致识别关键组件的结果有所不同。通过将风险理论与脆弱性分析方法相结合,提出了风险-脆弱度方法:主要从管道运行状态、传输性能、网络特征3个角度识别管网关键组件,采用风险偏好型效用函数计算指标的后果严重度,再乘以失效概率得到风险值;从脆弱性分析思想出发,建立组件重要度计算公式,将重要度与风险值相乘得到组件的脆弱度,利用脆弱度识别关键组件。将该方法运用于浙江省天然气管网的脆弱性分析,结果表明:新方法考虑了频发危险事件概率,同时不忽略失效概率低但产生后果严重的组件对管网供气能力的影响,可以更加全面、有效地识别天然气管网关键组件,为管网安全运行提供保障。(图3,参25)     

借鉴俄罗斯经验发展我国天然气管道工业

俄罗斯天然气管道工业历经五十余年的建设与发展，目前已敢一个集天然气开采、运输、加工、分配、储存的统一整体，具备了这些功能的特点的俄罗斯统一供气管网则是其建设成就的集中体现。叙述了俄罗斯统一供气管网的发展阶段及功能与特点，了俄罗斯保证供气管网可靠性的一些重要做法。根据俄罗斯统一供气管网的建设与发展经验，提出了我国天然气管道工业的发展思路：①国家的大力支持是天然气管道工业发展的决定性因素；②积极吸收俄     

城市天然气管网的模糊风险评价方法

运用模糊综合评判方法对城市天然气管网运行的风险评价方法进行研究,给出了城市天然气管网模糊风险评价的流程,提出了管网的分段原则,并在此基础上探讨了城市天然气管网模糊风险评价的研究方向.     

天然气长输管网优化建模及求解研究进展

天然气管网优化对于降低管网运营成本、提升天然气供应可靠性具有重要意义。将天然气管网优化模型分为基于物理属性与基于经济属性两类，系统总结回顾了天然气长输管网优化建模及求解的研究进展。现有研究多集中于解决特定阶段下单一属性的管网优化问题，但要提高管网的经济性、可靠性及可持续性，需要综合考虑经济属性与物理属性，并系统统筹设计优化与运行优化。当前，中国在天然气管网优化建模方面的研究主要集中在基于物理属性的建模方法上，未来还需关注天然气市场均衡模型在管网优化中的应用。在模型求解方面，总结了多种启发式算法。从管道安全优化、非稳态优化及市场均衡建模3个方面，对未来天然气管网优化建模的发展趋势进行了展望。（图1，参71）     

天然气管道的运行可靠性评价技术

论述了天然气管道运行可靠性评价技术理论内容和计算方法,给出了天然气管道系统中线路部分、压气站和整个系统可靠性指标的计算公式,分析了天然气管道的失效模式和寿命分布模型,提出了保证管道系统可靠性的措施,总结了近几年国内外天然气管道可靠性评价技术的发展趋势和今后的研究方向.     

天然气管网多状态可靠性及天然气市场满意度计算

天然气管网系统可靠性影响因素众多,运用极限状态条件下的可靠性计算方法不能满足实际需求,运用不同类型随机变量既可以开展天然气管网多状态条件下系统可靠性概率计算,也可以表示管网运行参数的变化。将管道生产运行参数变换为规范的独立随机变量,进而利用边缘分布函数简化管网可靠性概率计算。综合天然气管网供应能力和天然气市场供需双方经济效益两方面因素,将管道供应可靠度与市场交易财务损失率相结合,形成供需双方满意度的计算方法,为天然气管网运行及市场经营决策提供了量化分析工具。