氣田地面集輸管網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

吳春霞 代立勝

1.山東勝睿工程技術(shù)咨詢有限公司 山東東營(yíng) 257000

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氣田地面集輸管網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中可能遇到各種干擾性因素，從而導(dǎo)致其運(yùn)行過程中出現(xiàn)多種故障和問題，影響氣田地面集輸管網(wǎng)系統(tǒng)的輸送效率，甚至威脅到整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)此必須要對(duì)氣田地面集輸管網(wǎng)運(yùn)行的參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化，而且要確保其能安全地應(yīng)用[1]。

1 氣田集輸管網(wǎng)的概述

中國(guó)今天的氣田集輸管網(wǎng)所采取的運(yùn)行流程是多級(jí)集輸?shù)捏w系，組合的形式主要包括三種，第一種為放射狀的組合形式、第二種為環(huán)狀的組合形式、第三種為枝狀的組合形式。其中，放射狀的組合形式便是將多個(gè)氣井分別到一組中，設(shè)置閥組、采氣管線、集氣管線、集氣站，將氣井天然氣輸送到放射狀管網(wǎng)中。之后，經(jīng)過集氣站和集氣支線以及干線傳輸?shù)郊瘹饪傉?。環(huán)狀的組合形式便是對(duì)集氣干線進(jìn)行環(huán)狀布置，以承接集氣站來氣。集氣環(huán)網(wǎng)上設(shè)定一個(gè)恰當(dāng)?shù)奈恢脤⒐芫€向集氣總站引出。枝狀管網(wǎng)會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)主干線貫穿到氣田中，經(jīng)由干線向集氣總站集輸。天然氣集輸網(wǎng)絡(luò)從組成上來看包括節(jié)點(diǎn)和弧，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間成立毗連干系，將這類干系確定下來，對(duì)拓?fù)洳季謫栴}予以解決，這是應(yīng)重點(diǎn)解決的課題。如果天然氣集輸網(wǎng)絡(luò)是有向網(wǎng)絡(luò)，還需要對(duì)弧的方向加以確定。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的問題就是將與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的組合根據(jù)運(yùn)行需要進(jìn)行優(yōu)化，將合適的子網(wǎng)絡(luò)找到之后，讓它的權(quán)為最大或者是最小。拓?fù)洳季值淖顑?yōu)題目中，依照最優(yōu)化的準(zhǔn)則進(jìn)行，也得滿足約束條件。通過將最優(yōu)化準(zhǔn)則制定出來之后，確保利潤(rùn)的最大化，降低使用成本，總體的費(fèi)用也會(huì)有所降低。此外，還可以將經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化準(zhǔn)則制定出來，作為系統(tǒng)功能選擇的對(duì)策，使系統(tǒng)運(yùn)行滿足目標(biāo)要求。

2 氣田地面集輸管網(wǎng)運(yùn)行的安全應(yīng)用

將監(jiān)測(cè)設(shè)備裝配于集氣站內(nèi)，用來監(jiān)測(cè)氣體濃度，并將安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)于氣體采輸現(xiàn)場(chǎng)，以此來維護(hù)系統(tǒng)的高效運(yùn)行，為了防止氣體發(fā)生泄漏，預(yù)防火災(zāi)事故，則應(yīng)及時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)系統(tǒng)切斷，也就是如果發(fā)生氣體泄漏則可以將井口自動(dòng)關(guān)閉。要想確?；鶎硬奢敋庹疽约肮芾碚镜鹊陌踩?，并保證信息、數(shù)據(jù)等的平穩(wěn)傳輸，則應(yīng)該選擇通訊企業(yè)的無線通訊網(wǎng)絡(luò)，讓有線系統(tǒng)和無線系統(tǒng)二者有效配合起來，從而達(dá)到對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的全方位監(jiān)督與控制。同時(shí)，還要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)信息數(shù)據(jù)庫，專門用來監(jiān)測(cè)氣體的泄漏等數(shù)據(jù)，得到閥門切斷的相關(guān)信號(hào)以后，則可以讓信號(hào)通過無線網(wǎng)絡(luò)，將信息傳輸至采輸位置的信息管控平臺(tái)，進(jìn)而打造出一個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上有必要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)安全信息管控平臺(tái)，可以通過人工模式，將與采輸位置的相關(guān)安全信息儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，同時(shí)，此安全信息管理平臺(tái)同樣憑借動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫來得到相關(guān)信息，而且能夠深人剖析這些信息，并編制成表格與曲線，從中能夠分析出油氣的泄漏情況，這樣就能提前預(yù)測(cè)泄漏故障，進(jìn)而采取措施加以預(yù)防[2]。

3 氣田集輸管網(wǎng)的優(yōu)化

3.1 對(duì)井組的優(yōu)化

氣田集輸管網(wǎng)運(yùn)行中，集輸?shù)牧鞒桃紤]到氣田所在地區(qū)的地質(zhì)狀況、地域前提、氣田的各個(gè)開發(fā)階段所存在的差異，就能夠?qū)⒓數(shù)牧鞒虅澐譃閮煞N流程，即單井集輸流程、多井集輸流程。如果氣田的面積較大，井的數(shù)量較多，就需要從生產(chǎn)的角度和管理的角度出發(fā)，將氣井劃分多個(gè)組。集氣站對(duì)各自氣井的天然氣進(jìn)行匯集處理之后，就可以向下游輸送。氣井的數(shù)量與生產(chǎn)的規(guī)模存在著必然聯(lián)系，這些都與地理環(huán)境條件、氣井以及集氣站存在著必然聯(lián)系，井位的分布也存在關(guān)聯(lián)性。劃分井組的過程當(dāng)中要到達(dá)最優(yōu)狀態(tài)，就要在一定井式和集輸半徑束縛下進(jìn)行，按照間隔和最短的原則，確定氣井與集氣站間之間的關(guān)系，將各氣井劃分到所屬集氣站的井組中，同時(shí)還斟酌集氣站的集氣規(guī)模，使各集氣站達(dá)到均衡的集氣量。

3.2 集氣站管網(wǎng)的布局結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化

集氣站鏈接到集氣總站上，就可以形成氣田集輸系統(tǒng)，但采用哪一種連接方式則是需要研究的重點(diǎn)問題。依據(jù)圖論原理分解問題，主要包括兩個(gè)子問題：第一個(gè)問題是對(duì)枝狀網(wǎng)絡(luò)連接形式的優(yōu)化；第二個(gè)問題是對(duì)中心集氣站的地址進(jìn)行選擇。對(duì)于樹枝管網(wǎng)的連接進(jìn)行優(yōu)化，可以使用加權(quán)處理的方式，對(duì)頂點(diǎn)加權(quán)處理，經(jīng)過計(jì)算之后就可以獲得流量長(zhǎng)度和的最小值，之后獲得最小生成數(shù)。然而，流量長(zhǎng)度和的最小值與集氣干線各管段的最小流量長(zhǎng)度和的最小值之間不一定是不異的。雖然在中心集氣站的地址選擇上要對(duì)流量的分配問題加以考慮，可以有效地避免管段出現(xiàn)流量非常集中的問題，導(dǎo)致管徑過大，投入的資金量就會(huì)有所增加。對(duì)中心集氣站的位置進(jìn)行選擇，將問題加入到第一個(gè)問題中，發(fā)生最小的生成數(shù)的時(shí)候，采出氣向中心集氣站傳輸?shù)倪^程中，就需要經(jīng)由長(zhǎng)距離的管線，各個(gè)管段的流量長(zhǎng)度往往并不會(huì)到達(dá)最小值。所以，就需要將集氣站中的氣體輸送到集氣干線，對(duì)于接入點(diǎn)要根據(jù)需要做好調(diào)整。由此可以使得集氣干線的流量長(zhǎng)度滿足最小管網(wǎng)布局的需要。集氣總站的選址問題是非常重要的，在給定的集氣站中將—個(gè)集氣站選定之后，將其作為集氣總站，讓集氣站與集氣總站之間的的最大距離達(dá)到最小的值[3]。

4 結(jié)語

氣田地面集輸管網(wǎng)的運(yùn)行優(yōu)化應(yīng)該從管網(wǎng)系統(tǒng)的承壓能力，集輸站的壓力與流量等為參照創(chuàng)建一個(gè)最大流量目標(biāo)函數(shù)，創(chuàng)建一個(gè)集輸管網(wǎng)的優(yōu)化模型，而且要采用多種科學(xué)的優(yōu)化方法，例如：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化法、主分支網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化法等，氣田地面集輸管網(wǎng)的優(yōu)化模型不僅能夠優(yōu)化管道的運(yùn)行參數(shù)，也能有效優(yōu)化其中的設(shè)備，為管網(wǎng)的深入拓建與改造提供依據(jù)。