如何優化普光高含硫氣田集輸管網

李海峰（勝利油田勝利采油廠四礦 山東東營 257000）

李海燕（勝利油田純梁采油廠采油一礦邊遠采油隊 山東濱州 256600）

前言：

為了節省管道的投資費用，坐標輪換法成了最優的設計方案，這種方案可以提高設計的質量，并且同幅度的減少設計時間和投資費用，但是這種設計方案仍然是受到非線性問題的約束而導致效率低下。

一、國內外研究現狀

優化理論在管道系統設計上的第一次應用是哈克斯利用庫恩——塔克定理得出了管道設計優化條件，但是這個優化理論還不全面，欠缺很多問題，應用范圍也比較有限，而且理論也比較簡單，之后國內外又發明了很多的優化方案，在這里就不一一介紹了，優化方案主要包括全局優化和參數優化兩種方式，目前對于管網的優化方案大多還是采用分級優化的方法，這種優化方案雖然考慮到了全局的整體性，但是人為的切斷了管網的布局和參數之間的關系。將兩個問題拆分開來，因此這種方案也不是最好的方式。

二、論文的主要內容

本文主要是通過國內外最新的研究成果，并對實地進行考察進行系統分析，并采用了優化設計軟件，才管網的優化設計和編程中做了進一步的研究。主要包含以下內容：

1.管線使用多少閥門。氣田天然氣具有高含硫性，對管線的閥門數量進行確定，一個是可以節省閥門的費用，另一個是可以保證天然氣運輸的安全性。

2.對方案進行人工干預，可以使方案多樣化，選擇性更多，從而提高了方案的價值。

3.建立和求解數學模型。建立遺傳算法和p r i me結合的數學模型，然后針對普光氣田集輸管網進行同步的研究，這樣就可以達到優化的目的。

4.高氣液比混輸管線水力學和熱力學模型的確定。保證水力學計算的準確性，并且對于典型的幾種模型進行編程計算，通過數值對比選擇比較精確水力學模型，同時借助前人研究的熱力學模型，也要通過編程實現熱力學模型的研究。

5.使用三維地理信息系統，通過這個系統可以檢測優化結果是否合理。并且使用三維立體圖的形式將檢測結果直接顯示出來。

三、高含硫天然氣集輸管網分級優化

1.閥門數目優化方案

在輸氣管線的建設中，為了減少由于管線漏氣造成的損失，通常會設置一些截流閥在管道沿線的位置，從工程的經驗得知，一般是設置的截流閥越多，則出現的泄露狀況越少，但是這樣卻增加了閥門的投入費用和管理費用。根據技術原理得知通過整體的計算可以得出最優的閥門數量，為了保證安全，泄露的氯化氫含量需要低于要求的數值，因此，對于高含硫輸氣管道，在確定閥門數量的時候必須考慮到環保和安全的因素在里面。

2.基于p r i me算法的人工干預的實現

人工干預是非常有必要的，因為管網的設計需要考慮到很多的問題，例如地形地貌狀況，交通情況，以及地質條件。綜合考慮到施工的可行性，之后進行管道維護的方便性，才能確定最佳的鋪設方案，尤其是在山區的地方，需要考慮到管線的穿越問題，而目前的算法無法將這種實際的狀況計算到里面，所以計算得出的結果只是理論上的優化方案，無法運用到實際當中，如果加上穿越的費用，理論上的費用就不是最低，也可能因為穿越費用的增加而導致原有的設計方案成為最差的方案，因此，需要對方案進行改進，增肌人工干預進去，獲得若干個干預方案，然后再對這些方案進行研究，得出最終的適合的方案。人工干預可以通過對數值的對比分析得出最優的方案。

3.高含硫天然氣集輸管網的整體優化方案

（1）遺傳算法和p r i me算法相結合

雖然很難將各站之間的參數同步優化，但是可以通過p r i me算法確定連接路徑，作為聯系染色體中站址和管徑參數的橋梁。優化天然氣管網參數的目的就是計算出各個管道管徑和厚度來節省管道的投資的費用。但是管網的優化必須滿足一些條件，才能使管網正常的運行，在保證正常運行的條件下，進行優化才是最終的目的。比如流量，壓力，溫度都必須滿足一定的要求，這樣才能保證管網運輸的穩定性，安全性和經濟性。另外輸氣的壓力必須比管道所能承受的壓力小，因此管道內管徑的的選擇必須滿足國家的安全生產標準。

（2）各站之間的連接路徑和管徑以及閥門數量必須同步優化

如果想實現整體的優化方案，必須將各站連接路徑以某種算法表示算入到染色體中，針對普光氣田的自身特點，我們以氣田的投資最小為目標，以管網各個節點的流量和壓力以及管道的壓力限制值為約束條件建立數學模型，并且求解，獲得了管網需要的閥門數目，得出了最優的方案。

四、水力和熱力模型的確定

這個環節在集輸管網優化過程中是非常重要的，水力和熱力的計算直接關系到管線的溫度，壓力，關系到各種約束條件的審核和保溫層厚度的計算，因此水力和熱力的計算直接影響到優化結果的準確性。

在水管道的工藝算法內，必須考慮到高壓，低溫的影響，因此必須考慮到實際氣體的狀態方程式。天然氣粘度的大小和天然氣的組分，溫度和壓力有很大的關系。當液體在管道中流竄時，不斷和周圍的介質進行熱交換，就會導致流體的溫度的改變，管道內的溫降計算更加復雜，通過管道的壁向外散熱是氣體混合物的一種散熱形式，所以需要考慮到氣體散熱的產生的焦耳-湯姆森效應。

五、三維地理信息系統的建立

首先要獲得集氣站的地理經緯坐標，在獲得了氣田的三維地形數據后，需要對這些數據進行分析處理，然后形成了一個三維地形圖，這樣就可以將地貌和地形運用三維地形圖顯示出來，這樣就可以直觀的判斷優化結果是否合理了。

結束語

本文通過對國內外天然氣田的集輸管網的最新優化結果進行研究，深入調查了普光氣田的集輸工藝和集輸模式上的特點，并且以此為基礎，深入的研究了普光氣田的集輸管網的優化問題。提出了一套全新的優化辦法。得出了如下的理論：一，通過公式計算出最優的管道投入方案，降低了成本的基礎上保證了管道的安全性。二，加入人工干預，提高軟件的實用性,三，建立數學優化模型，提高運算的準確性四，確立水力和熱力學模型，提高計算精度

五，運用三維地形數據保證優化結果的準確性。

[1]李時杰,高文鳳,周靖等.普光地面集輸工程詳細設計文件[R].勝利工程設計咨詢有限公司,2008.

[2]李時杰,范承武,聶仕榮.普光氣田集輸系統安全設計理念與認識[J].中國工程科學,2010,12(10):65～69.