天然气管网运行最优化探讨

随着天然气管网规模不断增大以及运行条件日益复杂,对管网集中调控提出了更高的要求,仅凭调度员经验难以全面应对管网运行问题,亟需高效的优化工具辅助制订运行方案,调整日常工况。将最优化技术应用于天然气管网运行中,分别以管道水力热力计算校核、压气站负荷分配、单条输气管道运行方案、复杂输气管网运行方案为优化对象,建立了相应的最优化模型,并提出了求解方法。最优化技术是解决天然气管网生产实际问题的有效方法,但仍需突破精准优化模型建立、优化模型高效求解以及优化结果分析利用等技术瓶颈。最后,展望了最优化技术在非稳态优化、控制系统优化以及全生命周期优化方面的应用前景。     

基于特性曲线延拓处理的压缩机组合方式

建立天然气管网稳态运行数学模型时,表述压缩机组合方式需要引入0-1整型变量,导致求解难度增大。为此,基于样条函数的连续可导性,采用函数延拓的方法,将压缩机压头曲线光滑延拓到压缩机最大转速至零的区间上,将天然气管网稳态运行优化数学模型从混合整数非线性优化转换为连续非线性优化。研究结果表明:通过延拓压缩机特性曲线,在不影响压缩机组合方式物理意义的情况下,有效去除了优化模型中的整型变量,提供了一种降低天然气管网稳态运行优化数学模型求解难度的途径。     

基于动态规划法与改进遗传算法的管网稳态运行优化

为了降低天然气输送管网的运行费用,更好地实现节能降耗,应用输气理论与最优化方法,建立了以输气管网运行能耗费用最低为目标的稳态优化模型。利用动态规划与改进遗传算法对川气东送管道运行方案进行优化,并将算法优化结果与商业优化软件Syner GEE-Gas的优化方案进行对比。结果表明:在川气东送管道一期设计输量下,优化方案可实现全线运行能耗减少2.92 MW,降幅为4.4%,从而指导天然气管网安全、经济、可靠运行。     

大型天然气管网可靠性评价方法研究进展

天然气管网是连接资源与市场的纽带,确保天然气管网安全运行与平稳供气是油气储运界的重要课题。当前,对天然气管网运行与供气可靠性的研究尚处于起步阶段,经典可靠性理论不能满足现实需要。论述了经典可靠性理论在天然气管网单元可靠性评价的适用性与在管网系统运行及其供气可靠性评价方面的局限,指出了天然气管网可靠性研究的关键问题,分析了国内外在该领域的研究现状和发展方向,总结了相近领域可供借鉴的研究成果。目前,评价天然气管网可靠性需要解决的主要问题包括:构造全方位、多维度的评价指标体系;整合现有理论与方法,将工程方法与经典理论相统一,建立完善的单元与系统可靠性评价方法;针对天然气管网的运行特点和用户需求构造基于可靠性的优化模型等。     

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）     

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。     

分枝定界法与内点法耦合的含环路输气管网运行优化

含环路输气管网的运行方案优化问题的求解难度远大于枝状管网。在已知含环路输气管网拓扑结构、基础参数、天然气输入点和输出点的流量、压缩机组的配置及特性曲线等参数的前提下，以环路上的管段流量、压气站开机台数、压气站出站压力等参数为决策变量，以单位时间内管网运行能耗最低为目标函数，综合考虑管段水力热力特性、管网节点流量平衡及节点压力允许变化范围、压缩机运行特性及允许运行范围等约束条件，建立含环路输气管网稳态运行方案优化的非线性混合整数规划模型，采用分枝定界法与原始对偶内点法耦合的算法求解该模型。以XQDS管网为例应用TGNET软件对管网优化运行方案进行了稳态仿真，验证该模型与算法的有效性。该优化模型与算法适用于任意拓扑结构的输气管网，可为大型复杂输气管网的集中调度提供新的思路。（图5，表7，参20）     

能源互联网中的天然气管网作用及其运行模式探讨

随着技术进步以及环保意识的提高,能源互联网正逐渐形成,可再生能源将逐步成为能源主体,对天然气管网的发展提出新的要求。从天然气管网特性的角度,对其融入能源互联网的条件及作用进行了分析：(1)从目前国内外天然气需求形势出发,指出天然气在保障能源安全中的重要地位,并分析了能源互联网的基本架构以及此架构下天然气管网运行特性研究不足的现状;(2)从干线管网现状、城市燃气管网建设以及天然气体制改革方面,分析了中国天然气管网发展现状,并从气电调峰、掺氢输送以及能量储存3个方面阐述了天然气管网在能源互联网中能起到的重要作用;(3)从天然气能量计量、需求侧综合管理、储能与能量转换设施建设以及多能源综合调度4个方面,探讨了天然气管网融入能源互联网的运行模式。针对能源互联网中天然气管网发展面临的形势及其关键技术,给出建设及发展建议,以期更好地发挥天然气管网储能量大、传输损耗低、新能源接纳能力强等优势。（图7,参29）     

天然气管网系统最优化研究

在对天然气管网优化问题进行描述和分析的基础上,介绍了自20世纪80年代以来国内外的研究成果.在传统的研究中,基于递阶优化思路建立的天然气管网系统优化模型不能从整体上反映系统的本质,所求得的解往往也不是全局最优解.开拓新的思路,建立能够涵盖管网规划、设计和运行管理等多阶段的优化模型,将是今后天然气管网优化问题的一个研究方向.同时,应将新兴的智能优化算法引入管网的优化问题中,将多种方法有机结合,优势互补,强化管网优化计算方法的通用性.     

天然气管道的运行优化

从优化方式、优化途径、日标函数、约束条件、求解方法等方面对天然气管道运行优化的基本内容进行了论述.分析认为,对于干线管网,大多数情况下可以选择稳态优化;影响优化难度与复杂性的主要因素是压缩机的可行域约束、管网流程方程约束以及优化模型中出现的离散变量;动态规划是求解枝状管网的一种有效方法;领域类搜索算法虽然要求较低,但其实用性仍有待于进一步研究.     

用微粒群算法实现天然气管网运行最优化

以天然气公司的收益最大化为目标,建立了天然气管网优化运行的数学模型.传统的直接搜索法有网格法和复合形法,但这两种方法收敛速度较慢,工作量较大.采用以自适应惩罚函数为目标函数的微粒群算法,并对算法的收缩因子与自适应性加以修正.结合管网稳态分析的节点压力法,编制计算程序对模型进行求解,结果表明,该方法能够高效获得高性能的优化运行调度结果.     

天然气管网管段阻抗系数优化反演研究

天然气管网在运行中,由于管道腐蚀、局部堵塞等原因,使管网的实际工艺参数与原始设计参数之间存在差别,增大了管网仿真和优化计算的误差.采用正反分析法建立了天然气管网管段阻抗系数优化反演的数学模型.该数学模型具有非线性、多峰值的特点,采用小生境遗传算法进行求解.实例计算表明,通过优化反演修正管网工艺参数,能大大提高管网仿真结果的精确性,使管网的优化调度和运行管理更加科学和合理.     

中俄东线智能化工艺运行基础与实现的思考

随着数字化、智能化等技术的发展,油气管道运行管理模式将发生根本性转变,形成以智能管道、智慧管网为核心的发展理念。从管道运行工艺角度对中国智能管道建设的基础及实现条件进行了分析:①从智能管道的定义、国内外智能管道的发展现状以及油气管道智能运行的物联网基础与技术准备3个方面论述了智能管道建设的基础及所需实现的功能,指出智能管道在油气生产过程中的应用性是智能管道建设的核心问题;②探讨了天然气管网数据、建模及计算复杂性的根源,明确了智能管道、智慧管网的建设思路;③以中俄东线天然气管道为例,阐述了中俄东线智能运行的目标、基础以及工艺运行智能化组成的设想,其中工艺运行智能化组成包括管道工艺仿真系统建设、基于管道数据的数字孪生体构建以及综合运行调度和可靠性评价。最后,针对智能管道技术发展与应用面临的形势与挑战,给出几点认识及建议。     

输气管道优化运行的研究现状

经验表明,天然气在管路中流动时,压缩机大约消耗管道所输气体的3%～5%来提供能量,因此压缩机耗能巨大,优化输气管道或管网的运行非常必要.论述了输气管道优化运行的国内外研究现状及建模所需要考虑的目标函数和约束条件,讨论了几个常用的优化方法,结合目前输气管道优化运行的发展趋势,给出了具体意见和建议.     

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。     

天然气储存方法及其应用

介绍了目前国内外常用的天然气储存技术，分析了我国天然气储存技术现状并与国外先进天然气储存技术进行了对比。根据我国天然气工业和输气管道的发展状况，认为在规划全国输气管网的同时，应同步考虑建设地下储气库，在离气源较远的城市建立调峰型液化气厂。     

《油气储运》2007年第1-12期总目次

综述期页天然气水合物的制备和存储王卫强吴明等1(1)城市天然气负荷特点及其预测研究苏欣段康等1(5)全球油气管道完整性技术与管理的最新进展董绍华杨祖佩2(1)油气管道危害辨识故障树分析方法研究陈利琼张鹏等2(18)多相流管道泄漏检测技术的发展现状张东领尚战龙2(31)天然气的非管输储运技术与展望许维秀李其京等2(34)宏观模型在管网优化运行中的应用代小华汪玉春等2(39)天然气水合物研究的最新进展别沁郑云萍等3(1)国内外储气库技术研究现状与发展方向吴建发钟兵等4(1)埋地含蜡原油管道流动安全评价研究范华军张劲军5(1)天然气吸附储存的影…     

基于惩罚最小生成树的天然气集输管网规划模型

针对天然气集输管网的优化问题,采用K-means聚类算法对天然气田区域内的井口进行分簇,在Prim算法的基础上提出了惩罚最小生成树算法,建立了天然气集输管网规划模型,并给出了天然气管网规划代价函数,采用迭代逼近的思想,从全局优化的角度,对天然气集输管网规划问题进行研究,借助SPSS与Matlab软件对模型进行了程序实现。结果表明:利用惩罚最小生成树模型规划的天然气集输管网与传统星枝状结构的天然气管网相比代价更小,具有一定的可行性与灵活性,能够为天然气集输系统的工程建设与成本优化提供参考依据。     

城镇天然气负荷预测方法研究进展

合理、准确地预测城镇天然气负荷已成为政府制订政策、气源端与管网建设以及优化运行调度的重要保障。在对国内外相关文献和实践进行广泛调研的基础上，结合天然气工业的发展历程，系统梳理了城镇天然气负荷预测技术研究进展，将其分类为早期传统预测方法、基于机器学习的预测方法以及组合预测方法。中国在应用基于机器学习的智能算法预测天然气负荷的研究方面已实现跨越式发展，成为当前国际上最活跃的研究群体。组合预测方法细化了对天然气用气特征的分析，预测结果的准确性更高，各种预测方法的组合应用研究已成为天然气负荷预测研究的热点。未来，应注重大数据处理和先进算法技术在天然气负荷预测中的应用，但仍不能忽视对负荷形成机制、特点等技术本质的深入研究。（图1，表1，参87）     

西气东输智慧管网建设实践

随着大数据、物联网、云计算、人工智能等智能技术的不断发展及应用,管道行业由传统管理模式逐步向数字化、智能化发展。国家管网集团西气东输公司坚持以"全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理"为目标,聚焦智慧管网,经过管理创新与技术革新,建立了人工智能与管道行业深度融合的新模式:在已有管道运营体系的基础上,引入工业互联网、机器学习、智能控制等技术,形成了站场智能巡检、分输智能控制、流量计智能检定等核心技术,推动了天然气管道站场智能运行技术的发展;大力发展天然气管道关键设备全面智能感知技术,开展了天然气泄漏检测、站场运维巡检智能化管控、压缩机组与流量计智能监测等核心技术创新;构建管道风险智能管控技术体系,推进了管道线路风险智能识别、光纤安全预警、管道智能防腐等核心技术的提档升级。在此基础上,国家管网集团西气东输公司高效推进智能管道运行效率再升级,构建了"全方位感知、综合性预判、一体化管控、自适应优化"的智能管网雏形,为中国油气管道的智慧化发展提供了重要借鉴。