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.     

樊北煤层气集输管网动态仿真调度系统北大核心

樊北煤层气因其低压、高密、大起伏、小流量的特征,使得其集输管网系统结构复杂、压力敏感、流动参数变化细微,工艺分析和调度管理工作困难。以PNS(Pipeline Network Simulation)管网仿真软件为核心,结合樊北煤层气集输管网三维地理信息系统、SCADA系统及实时数据库,描述了樊北煤层气集输管网动态仿真调度系统的构架,阐述了动态仿真模型、模型自适应及在线仿真的实现过程,讨论了动态仿真与GIS地理信息系统交互式作用及自动建模和动态查询展示的方法和过程,实现了动态仿真调度系统在线分析和跟踪煤层气管网系统的流动,量化集输管网系统运行状态并分析评价指标,直观搜索、查询及展示系统中各个部分的运行参数,为大型、复杂煤层气地面集输管网系统的调度管理提供及时、准确的分析手段和决策依据,协助调度方案的决策和实施。将系统应用于樊9集气站煤层气集输管网,得到整个管网系统的流动状况,可为调度管理决策提供及时、准确的量化数据。     

天然气集输管网管理系统研究成果通过技术鉴定

由西南石油学院油气储运教研室曾自强教授领导完成的“川南矿区天然气集输管网管理系统”研究课题今年元月已在四川泸州通过了四川石油管理局和西南石油学院联合组织的成果应用效果的技术鉴定。 这项研究成果由管网数据库、管网图库和管理软件三部分组成,它不仅能生动形象地描述矿区管网及其各组成部分的管理站分布、站内流程及气田地质构造的概貌,还能按要求的格式提供管网的精确参数。该系统具有数据输入、存贮、检索、统计、修改、     

樊北煤层气集输管网动态仿真调度系统

樊北煤层气因其低压、高密、大起伏、小流量的特征,使得其集输管网系统结构复杂、压力敏感、流动参数变化细微,工艺分析和调度管理工作困难。以PNS(Pipeline Network Simulation)管网仿真软件为核心,结合樊北煤层气集输管网三维地理信息系统、SCADA系统及实时数据库,描述了樊北煤层气集输管网动态仿真调度系统的构架,阐述了动态仿真模型、模型自适应及在线仿真的实现过程,讨论了动态仿真与GIS地理信息系统交互式作用及自动建模和动态查询展示的方法和过程,实现了动态仿真调度系统在线分析和跟踪煤层气管网系统的流动,量化集输管网系统运行状态并分析评价指标,直观搜索、查询及展示系统中各个部分的运行参数,为大型、复杂煤层气地面集输管网系统的调度管理提供及时、准确的分析手段和决策依据,协助调度方案的决策和实施。将系统应用于樊9集气站煤层气集输管网,得到整个管网系统的流动状况,可为调度管理决策提供及时、准确的量化数据。     

天然气管网系统风险评估

为了更加客观地定量评估天然气管网系统风险,以北京市天然气管网系统为例,深入分析了引起管网事故的原因,对事故进行统计分析,建立了天然气管网系统风险评估指标体系.在对事故可能性的评估中,结合天然气管网本身参数设计和周围环境特点,通过对管道与管网的可靠性分析,实现对事故可能性的修正;在对后果严重程度的评估中,引入管网事故风险的承受能力和控制能力,对天然气管网脆弱性进行分析,实现了对后果严重程度的修正.对事故可能性和后果严重程度分级后,通过风险矩阵可以计算出天然气管网系统的风险等级.     

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。     

陕京天然气管网系统的节能措施

为降低天然气物流能耗,以陕京天然气管网系统为例,针对天然气储运体系展开分析,根据天然气运输管道、压气站、分输站和储气库运行特征和能耗情况,运用能源流动热平衡、能量梯阶利用和热力学值等分析方法,结合生产中电力和天然气能耗情况,进行不同角度的节能措施研究。指出可通过余热利用,差压发电和储气库改造等进行节能,并分析了各种节能措施的可行性：天然气管网中燃气压缩机组尾气温度较高,该部分余热具有较强的回收利用潜力和价值;以管网分输站差压能为基础,进行压差、焓值和内能计算,并通过炯值分析原理进行换算,所得结果表明其具有较高的能源利用价值;结合相关地质条件,指出可采用燃气机组尾气,惰性气体或CO2替代天然气作为储气库垫底气,该措施可削减50％以上生产用能。该研究结果可为天然气物流企业改进生产工艺,降低能耗提供参考。     

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设防烈度决策

以天然气管网工程造价、未来遭遇地震时管道结构的损失期望及灾后管网服务功能失效损失之和最小为目标函数,结合工程投资限制、管网系统抗震可靠度的分配以及部分管道设防的特殊要求,建立了天然气管网系统最优设防烈度决策模型.利用布尔立方体矩阵(BCM)不交化算法,作为多源多汇网络系统抗震可靠度分析工具.将差分进化算法的繁殖策略与遗传算法的交叉、变异相结合形成了一种新的混合遗传算法,用于天然气管网系统最优设防烈度的优化求解.以某天然气管网为例,在管道遭遇烈度为7度地震的情况下,进行了最优设防烈度的决策,给出了相应的计算结果.     

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.     

高炉煤气管网事故工况实验系统的设计

针对高炉煤气供应系统用户端用气量急剧变化而影响高炉煤气管网运行安全的问题。依据某高炉煤气管网的实际运行工况,建立了模拟煤气管网系统发生事故状况下管内压力和流量变化的实验系统。整个实验模拟过程由实验台和数据采集系统完成,实验气源为空压机压缩储存的压缩空气,管网由一根主干管段和一个环管组成。在实验工况下,采用流量计、差压计对处于主管道及环管道上的关键点进行实时测量,通过数据采集系统得到管路系统上的关键量变化值,从而确定管道内气体的流量变化。研究结果表明：该实验系统产生的瞬时稳态流动可以很好地模拟因非管元件状态改变而产生的事故工况,对指导实际管道的安全运行有较大帮助。（图8,参10）     

热油管道站间摩阻的数值计算

通过分析有流型流态改变时热输原油管道的热力特性和流动特性,将各加热站间的管路划分区间,对各个区间分别采用了不同的摩阻特性公式,应用数值积分方法进行站间摩阻损失计算,并且采用二分法来确定流态转变的临界温度,编制了计算程序,进行了实例计算.     

在役油气管道数字孪生体的构建及应用

中缅油气管道是中国首条经过数字化恢复构建数字孪生体的在役山地管道。通过基准点测量、管道中线探测、航空摄影测量、三维激光扫描、三维地形构建、倾斜摄影、数字三维建模等技术进行数据收集、校验及对齐,对管道建设期的设计、采办、施工及部分运行期的数据进行恢复,对站场及管道的设备、建筑等构建数字三维模型,形成管道线路数据资产库和站场数据资产库,构建中缅油气管道的数字孪生体。通过多系统融合,深入发掘数据价值,实现管道可视化运行、设备拆解培训、指导维检修作业及应急抢险作业等,为实现管网智慧化运营奠定了数据基础。(图1,表1,参25)     

湿天然气管输瞬变流模型及数值模拟技术研究

湿天然气浊经输技术的应用可减少海洋,沙漠,戈壁,滩海等条件恶劣的凝析气田的操作作人员和降低开采费用。在实际运行中,湿天然气在输送管道中的流动总是处于慢瞬变状态。     

输气管道静态模拟及管道末段储气量计算

在对稳定流动理论分析的基础上，建立了较真实反映管内气体稳定流动的基本数学模型，该模型包括连续性方程、动量方程、能量方程和状态方程。采用四阶龙格-库塔法编制了该模型的通用数值计算程序，以陕甘宁至北京长输管道为例进行验证，并在此基础上，对稳定流动工况输气管道末段储气量进行了详细研究和计算。     

特征线法在燃气管道动态模拟中的应用

对燃气管道不稳定流进行了研究，推导了了计算管内燃气流动的特征线法和公式。特征线法从基于流体力学基本原理推导出来的连续性方程、动量方程和能量方程出发，将难以求解的偏微分方程组转移为便于工程数值计算的等价差分方程组，从而解决了燃气管道中快瞬交流的计算问题。特征线法物理概念明确，数学分析严谨，计算精度高。     

气体管网的动态仿真

综合分析了气体管网动态仿真的各种方法，指出了各种方法的优缺点。针对当前较为成熟的隐式法和特征线法，给出了它们的动态仿真模拟以及初始条件、边界条件、各类元件和节点的表示与处理方法。针对实际气体管网，分别给出了隐式法和特征线法的仿真结果。     

顺序输送新压能平衡方程与工况分析

在由泵站和管道组成的统一的水力系统中,管道消耗的能量必然与泵站提供的能量相平衡,即压能平衡.以科尔布鲁克公式为基础,摈弃了分区计算、混合摩擦区采用近似公式的传统压能方程,建立了新的系列化的顺序输送新压能方程,同时给出了用计算机进行解算的计算流程,可以不分区更准确地对顺序输送工况和最大可行流量进行求解.     

天然气长输管道管输价格模型

结合用户预约容量和管输成本费用构成的特点,确立了符合天然气长输管道的管输价格模型.在吸收国外管输成本费用分配和收取方式的同时,考虑了长输管道运行规律以及照付不议合同的效应.根据西气东输工程2008年相关数据,分析了2月份各分输站区段和上海地区不同类型用户承担管输价格的差异,为中国天然气长输管道管输价格的制定提供了借鉴.     

干线快速载断阀压降速率设定值的确定方法

根据输气管道安全的需要,对干线快速截断阀压降速率设定值的确定方法进行了研究.提出了用有限元方法解管道瞬态流动的偏微分方程组,并用稳态流和瞬态流相结合的方法来模拟管道发生泄漏时的流动状态,进而求得干线快速截断阀合适的压降速率设定值.给出了详细的算法和用所编制的工程软件计算的实例.