天然氣集輸管網優化設計研究

摘 要：針對天然氣集輸管網的優化設計問題，本次研究從我國天然氣集輸管網的優化現狀出發，對優化設計的基本原則進行介紹，在此基礎上對結構優化進行深入研究，最后提出天然氣管網設計優化方案，為推動我國天然氣集輸管網的進一步發展奠定基礎。研究表明：在對天然氣管網進行優化的過程中必須遵循安全性以及經濟性兩大原則，其結構優化主要可以分為三個方面，分別是環形優化、樹狀優化以及星形優化;隨著科技的不斷發展，采用智能算法對天然氣集輸管網進行優化設計已經成為了一種可行的方案，未來需要加快智能算法在該領域的應用。

關鍵詞：天然氣;集輸管網;優化設計;優化原則;結構優化

隨著社會對能源需求量的不斷增加，我國相關油氣田單位都在擴大生產規模，隨著氣田單位生產規模的不斷增加，對天然氣集輸管網的要求也越來越高，不但要求集輸管網需要滿足生產的基本要求，也必須滿足安全的基本性能。因此，相關氣田單位需要對已有的集輸管網進行改造和優化。我國新出現的氣田單位在集輸管道設計的過程中，為了保證安全性和經濟性，也需要對其進行一定的優化設計[1]。由于天然氣集輸管網較為復雜，傳統的計算方法已經不能滿足優化設計的基本要求。近些年來，隨著智能算法的不斷發展，將智能算法應用到天然氣集輸管網優化中成為了一種可能。

1 天然氣集輸管網優化原則

在對天然氣集輸管網進行優化設計的過程中，必須滿足經濟性和安全性兩大基本原則，首先在安全性方面，天然氣本身就具有一定的危險性，天然氣中還含有一定量的腐蝕性物質，經過長期的運行后，必然會對集輸管道產生一定的腐蝕，如果天然氣集輸管網的結構較為混亂，就會使得腐蝕的速率增加，進而使得集輸管網的安全性受到嚴重的威脅[2]。同時由于氣田單位需要進行的生產環節相對較多，如果天然氣集輸管網的結構較為混亂，也會使得生產受到一定的影響。在另一方面，降低生產成本已經成為我國各個單位的基本要求，對于天然氣的集輸工作而言，由于集輸管道的數量相對較多，管道沿線需要的設備也相對較多，因此，如何降低建造成本成為了一項關鍵問題，通過天然氣集輸管網優化設計可以使得建設成本得到一定的降低，進而滿足經濟性的基本要求，這完全符合我國可持續發展的基本目標。

2 天然氣集輸管網結構優化

目前，常見的天然氣集輸管網結構可以分為三種類型，分別是環形管網、樹狀管網及星型管網。首先，在環形管網方面，天然氣集輸管網中的干線與支線之間通過串聯的方式相互連接，各條管道內的壓力將處于平衡的狀態，如果氣田的氣井呈現出了環形分布結構，則可以將各個井口采用環形連接的方式進行連接，該種類型的連接形式有利于天然氣集輸管網的管理[3]。在樹狀管網方面，一條干線將多條支線相互連接，進而使得天然氣的集輸管網呈現出了樹狀的結構，該種類型的天然氣集輸管網結構，可以使得集輸管網的建設成本大大降低，但是并不利于各條管道的管理以及各氣井的管理，同時在應用該種類型集輸管網的過程中還會出現各支線分流不均勻的問題，進而使得整個生產過程不夠平穩，如果氣田單位的氣井呈現出了直線分布的結構，則可以采用該種類型的集輸管網結構形式。星型管網是一種較為先進的集輸管網布局形式，如果某氣田呈現出了以某口氣井為中心的氣井分布結構，則可以采用該種集輸管網布置形式，這種形式的集輸管網不但可以保證天然氣分流的均勻性，而且還可以使得天然氣集輸管網的建造成本降低，目前該種形式的集輸管網已經在我國氣田處理廠內得到了廣泛的應用。

3 天然氣集輸管網優化設計

由于氣田單位的集輸管網結構較為復雜，在對其進行優化設計的過程中，傳統的數學方法已經不再適用，近些年來，隨著智能算法的發展，蟻群算法和粒子群算法都已經在集輸管網優化設計中得到了成功的應用。首先在蟻群算法方面，這是一種參數優化以及求解較為先進的算法，該種算法基于螞蟻群落生存的基本原理，與其他類型的優化設計算法相比，該種類型算法求解速度相對較快，且求解的精度相對較高，但是該種算法在應用的過程中也存在一定的缺陷，該種算法在求解的過程中對循環次數的要求相對較高，如果求解循環次數不足，則求解的精度就會受到一定的影響，另一方面，該種算法在應用的過程中需要人為設定一些參數，如果人為設定的參數不合理，也會影響求解精度。在粒子群算法方面，該種算法應用的最大優勢在于在保證精度的情況下可以大大縮短結構優化所需要的時間，該種算法在應用的過程中，可以自身調節某些參數的數值以此來實現提高精度的基本要求，但是該種類型的算法也存在一定的缺陷，該種算法在應用的過程中容易陷入局部最優的問題，且在較短的時間內收斂性相對較差，這對于結構優化而言十分不利。因此，目前智能算法在集輸管網結構優化應用方面仍然存在一定的問題。

4 結論

天然氣集輸管網的優化必須滿足安全性以及經濟性兩大原則，盡管目前粒子群算法和蟻群算法都已經在天然氣集輸管網結構優化中得到了成功應用，但是兩種算法都存在一定的缺點，因此，未來相關研究人員需要加快智能算法在天然氣集輸管網結構優化方面的應用研究，進而使得天然氣集輸管網的結構可以得到進一步的優化設計。

參考文獻：

[1]李征.天然氣集輸管網優化設計方法研究[J].內蒙古石油化工，2009，34（6）：19-21.

[2]丁萍.天然氣集輸管網系統規劃設計優化研究[J].中國石油和化工標準與質量，2013（6）：255.

[3]李學軍.長輸管道天然氣集輸管網優化設計[J].油氣田地面工程，2015（4）：24-26.

作者簡介：

張丙賀（1964- ），男，畢業于大慶石油學院石油工程專業，工程師，從事油氣儲運設計工作。