天然气集输管网优化设计研究

时间：2024-04-25

王飞

山东莱克工程设计有限公司山东东营 257100

在经济全球化的发展过程中，我国社会经济的发展速度不断加快，天然气集输管网的覆盖面积也不断扩大，管网的安装呈现出放射状、环绕状等，受到内外工作条件的影响，管道容易出现各类安全隐患问题，特别是管道交叉、管道连接所产生的问题，因此，需要做好管网的优化工作，提高其安全性，实现天然气的有效性生产及管理[1]。

1 简述天然气工艺技术

21世纪天然气的重要性和必要性愈发凸显，需要得到更多的重视和关注。客观来看，天然气存在于自然环境中，蕴藏在地下多孔隙岩层中，包括油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气等，具有可燃性的特征。并且，天然气兼具燃料和原料双重属性，相较于其它能源，具有独特的优势。具体来看，天然气的有害含量少，可以实现环境保护和经济效益的并举。当前，天然气的发展动力，来自于日常生活和工业用气。统计数据显示，在2019年，我国天然气的生产总量提升，达到1777亿m3，同比增长11.5%，相较去年提高3.8%。在此情况下，天然气的改革持续向前，亟需提高处理工艺的水平，完善集输及净化的环境，切实保证天然气的利用率，实现能源节约型和环境保护型社会建设。新时期，天然气工艺技术迎来机遇和挑战，亟需转型升级和改革创新。自20世纪80年代后，天然气受到环保和节能双重驱动，摒弃破坏环境、浪费资源的工艺技术，不断调整实施方法和应用手段，优化整体的工作流程和步骤。

2 长输管道天然气集输管网设计概述

想要优化长输管道天然气集输管网的设计，我们首先需要对它有一定的了解。天然气集输管网的建设难度较大，并且用时时间长，在建设过程之中受到很多因素的影响。因此在气田开发地面工程建设过程中，就对施工企业提出了较高的要求，施工企业需要具备一定的专业知识与技能，建设一二级气站，井口和一级集气站之间的管网。在建设过程中，需要按照规范操作，选取质量过硬的原材料，技术人员只有做到科学地进行建设，才能够确保各级集气站合理布局。倘若由于技术因素影响到集气站的布局状况，就会给后续的运营过程带来麻烦，增加企业的经济支出，也不利于长输管道天然气集输管网的运营。很多地区由于建筑企业的技术不过关，导致二次建设的状况发生，极大地增加了企业的经济支出。不仅如此，还给后续的施工带来许多的麻烦[2]。因此我们需要优化设计长输管道天然气集输管网的运营，尽可能的提高运营过程之中的安全性，减少给周围工作人员以及居民带来危险的可能性。在优化过程之中，设计人员应当实地考察当地的状况，充分地了解当地的天气情况以及土壤结构，坚持安全性、经济性等原则。保障长输管道处于稳定运行的状态之中。设计人员应当考察当地各方面的资源，并且针对该地区的资源加以利用，促进集输管网运行经济性的提高。分析当地的气候以及管道布局，在设计过程之中规避那些重要的管道，防止对其他管道造成破坏，设计人员针对管网进行全方位地评价。在施工人员施工过程中，也需要设计人员不定期到施工工地进行考察，了解各个环节的施工状况，保障施工效果，能够按照设计师的要求进行。

3 天然气集输管网的优化思路

3.1 拓扑结构的优化

在天然气集输管网项目操作中，需要实现不同拓扑结构的结合，都需要针对实际情况，进行拓扑结构的优化及整合，无论是星状管网、树状管网还是其他形状的管网，都需要进行组合应用。需要针对具体的工作状况，采用相应的天然气集输结构优化方法，进行不同种集气运输结构的优化，从而降低集输管网成本，实现高效性的调控。我国不同区域的地形差异较大，因此，需要结合工作区域状况，有效发挥不同结构的优势，要遵循扬长避短的集输原则，发挥集输管网系统的最大化经济效益[4]。在操作过程中，环形管网的优化，需要实现集输主线与各个分线的布局性优化，实现集输干线与不同气站间的有效性连接，这种环形结构可以实现管道内压力的平衡，从而使压力处于一个比较平稳的状态，这种结构比较适应于井间串接。在树状管网优化过程中，需要遵循主干线连接其他支线结构的原则，以此更改优化输管网建设方案，进行管线投资费用成本的降低，减少其前期投资费用，需要根据其结构特点，减少其支管分流不均匀的问题，保障其生产运输的稳定性，使其多多适应于气井分布为直线的状况。在星型管网结构的优化过程中，需要优化不同集输站电的布局，进行不同的单独性布局，采取各种方法保障输气过程中的平稳性，使其保障稳定性的输送量，满足管网敷设工作的相关要求。

3.2 管网设计优化

在安装之前需要设计人员科学地设计管网，了解到不同集输管道直径的最佳组合，结合自己的专业知识与技能以及以往的工作经验，运用不同的理论对管道流量和压力等参数进行计算，寻找到最节省资金、降低企业生产成本的设计方案。在计算天然气集输管网系统成本的过程中需要了解不同变量参数之间的关系，运用连续变量函数模型计算最优解[3]。将油气田生产设备设施的布置以及企业的经济投入进行对比，保障企业的资金都能够得到合理地利用。最初进行集输管网的设计时，一定要秉承着降低企业经济成本，保障管道安全性的理念，提高整个系统的科学性，寻找到最优秀的建设方案。

3.3 布局优化与工艺参数优化

在工艺参数的优化过程中，需要深入分析管径、壁厚、保温层厚度等要素，就这些要素参数展开优化。集输管网的优化需要遵循整体性优化及分级优化的原则。在整体优化的过程中，需要首先确定管网拓扑形式，然后进行工艺参数的优化，将壁厚参数、管径参数等纳入管网连接场景中。在整体优化过程中，需要遵循费用最省原则。在分级优化过程中，需首先进行管网拓扑结构的优化，进行最优化拓扑结构的选择，进行现有管网的连接，从而优化管网工艺参数。在管网布局的生产过程中，若没有相应确定的工艺参数，则无法进行相关投资费用的计算，因此，需要遵循距离最短的原则。在天然气集输管网的整体优化过程中，其设计模式更加先进及合理，区别于分级优化模式，整体优化的设计比较复杂，相对求解方式比较简单。在星状管网操作过程中，可以应用整体优化方法。在树状管网的设计过程中，由于其连接关系的复杂性，因此需要应用分级优化模式。在井组划分及站址整体优化过程中，需要就树状管网连接路径展开编码，从而实现管道工艺参数与树状管网连接的优化，积极落实好分级优化原则，以管道建设费用最低为工作原则，以最省为优化目标，进行目标函数的建立，从而获得经济最优性的方案。在站址及井组划分过程中，应积极应用遗传算法原则，积极展开求解。其求解的过程比较复杂，为了避免陷入局部最优原则，需要就适度函数、选择运算函数等展开计算，进行自适应概率调节原则的应用，实现天然气集输管网系统的有效性运作。在地形起伏区域的管道路径优化过程中，需要利用专业性软件进行管线起伏状态的分析，就起伏程度较大的管道进行路径优化，从而减少管道起伏程度，减少管道三维总长度。在管网结构参数的优化过程中，需要首先进行管网布局的确定，分析管道内流体的流速状况，确定管材费用及防腐蚀费用，以此为目标函数，根据井口压力状况、体积流量状况、经济流速状况，等进行管道强度的计算，在不同的壁厚、管径、管材等组合中，应用不同的计算方案，得到最优工艺参数。在集气站选址过程中，需要首先明确单井与集气站的关系。在站址优化过程中，需要针对实际情况，降低管道长度，解决井组划分问题、站址优化问题，落实好整体性的优化方案，遵循管道、集气站建设费用最优化原则，进行目标函数的建立，就遗传算法进行优化，应用自适应交叉变异概率调节机制。