長輸管道天然氣集輸管網優化設計

張燕軍 李石寬 牛媛 李會 羅宇鵬

關鍵詞：長輸管道;天然氣集輸管網優化設計

1 長輸管網天然氣集輸管網優化設計概述

1.1 天然氣管網系統優化設計

輸氣管網系統是一個龐大而復雜的系統。開發氣田地面工程建設時，應考慮集輸管網的規劃。油田開發地面工程布置第一級到第二級集氣站，井口到第一級集氣站管網，并對各級集氣站和各集氣站進行合理布置。過去管網及集氣站的布設，由于計算機技術等多方面原因，缺乏對布設的綜合考慮，造成集氣管網系統后期運行難以滿足運行要求，造成二次建設或工程改造，浪費人力物力，增加了項目投資。所以對天然氣集輸管網進行優化設計是非常必要的。

天然氣長輸管道集輸管網優化設計涉及圖論的數理基礎、運籌學、技術經濟評價、計算機技術的優化與應用等多個學科，其中最重要的是布局優化問題：一是確定管網拓撲結構，特別是確定站場的布局方式和管網連接方式。第二，優化選址，確定具體的中間站。優化了相關參數，明確了管壁厚度、管徑等相關參數;綜合考慮各子問題，設計合理的長輸管道天然氣集輸系統優化方案。

1.2 關鍵節點設計

目前集輸管網系統比較復雜，對管網設計提出了更高的要求。所以在設計過程中，要綜合考慮關鍵節點，保證整體設計的合理性。第一，樞紐站。樞紐站具有各種管道聯絡、通訊、應急、調度功能，獨立運行，是應急通風的主要場所。在設計過程中，要結合管網的總體設計方案和規劃來完成，以保證管道運輸的安全性。第二，它是一個聯合施工的車站。聯建站是集工藝、站控、電力、通信等為一體的綜合性控制系統，必須對聯建站進行合理設計，確保施工質量。此外，鄰近施工站的關鍵節點設計不可忽視。作為保證聯合站各單元獨立運行的重要設施，在設計過程中應予以重視。第三，管網運行參數的科學設計。以前，確定路網布局方案時，一般以年運量作為參考，沒有考慮季節變化，不能保證設計方案合理。

2 天然氣管道發展趨勢

2.1 設施改造力度加大

在北方地區清潔取暖、冬季天然氣保供等工程與會議精神的影響下，中石化與中石油等主要油氣企業，加大了基礎設施改造力度，各企業所屬管道的獨立問題逐漸得到解決，使得干線管道互聯互通成為了可能，應急保供能力隨之提高，如西二線廣州末站、管網鰲頭分輸站的互聯。2018年，鄂--安--滄天然氣管道、蒙西煤制氣管道等設施互聯互通項目建設步伐加速，國內天然氣串換與應急調峰等能力隨之加強。

2.2 管道輸送能力加強

為提高管道輸送能力，提出了提升鋼級以及加大管徑、壓力等措施計劃，在政策等支持影響下，管道行業發展成就顯著。尤其是管道斷裂控制試驗場的建設，展開了管材X80與1422 mm管徑的直縫管爆破試驗，為這一措施計劃落實提供了基礎保障。在俄羅斯與美國等國外發達管道設計經驗引導下，我國超大輸量管道技術研究步入正軌。

2.3 設備與控制系統自給自足

大型球閥、管道壓縮機等關鍵設備，基本實現了國產化生產。隨后20MW電驅與30 MW燃驅的國產化壓縮機組正式投入使用。關鍵閥門與執行機構、流量計等管道設備基本實現自給自足。工業性試驗56"Class900全焊接球閥、管道流量計已完成驗收工作。呼和浩特--鄂爾多斯成品油管道建設中，首次使用了國產閥室PLC、RTU控制系統。國產設備與控制系統的研究成果，其轉化速度加快，推動了我國天然氣管道工程與控制系統國產化生產的進程。

2.4 智能化管道建設成為可能

在冀寧聯絡線項目中，數字化油氣管道建成后，信息技術整合力度加大，掀起了我國油氣管道建設信息化管理、機械化施工與數字化設計的新篇章。中俄東線當作智能化管道建設試點，通過工程全生命周期管理，智能化運營與數字化移交，全面打開我國長輸智慧管網建設的新征程。

3 長輸管網天然氣集輸管網優化的有效途徑

3.1 管網系統設置布局優化

3.1.1 天然氣田井組區域劃分優化

通常情況下，多口氣井的組合和單口氣井的獨立聯接是氣田輸送技術系統的主要方式。通常按建設區的地理條件、物理條件、天然氣儲運與開發程度劃分。若油氣田氣井開采的數量和規模較大，通常將氣井劃分為若干組。同一組資源，可采用同一采氣站，保證設備采氣方便、高效。以最優條件為前提，對各氣井及類似集輸站進行井組區域劃分，確保成本最低，使集輸管道保持最優流量、直徑和長度。另外，相關設計人員還應優化主支管網布置，客觀分析管網流量，采用支管網連接形式，科學布置主支管網，合理連接，并借助集氣末站，將各集氣站納入統一的管網系統中，以最大限度地減少集氣管道的實際使用。

3.1.2 優化站址

一般而言，壓氣站、集氣站和氣井是氣田地面集輸系統的重要組成部分。儲層工程設計中，往往要根據已探明的地層結構確定氣井的位置。

收集站一般設在其管轄內的一組生產井中。當前，我國油氣田地面集輸管網系統主要采用二級及三級布點方式。對集氣站進行優化設計時，應考慮到天然氣田的具體情況，以放射狀網式布置集氣站和氣井，再以樹狀網式結構將各個集氣站組合成一個集氣網絡系統。

3.1.3 優化干支管網布局

對于主支管網的連接布置，應對氣井及其集氣站進行合理的連接。以前的天然氣集輸管網設計中，長輸管道天然氣集輸系統一般是采用分離式集氣終端，分離式分支網連接的方式建立。通過對集輸管網系統的分析、規劃和優化，使總流量分配具有最小和最統一的目標，并科學地調整系統，以保證主管和支管的正常運行。對主管和支管管網布局的優化應考慮以下問題：①利用管網聯接優化主管網和支管網的布置，保證管網聯接及其位置的合理性;②在分支管網選擇集氣總站地質條件，保證所有集氣站都能集中，盡量減少對集氣管道的消耗;③優化集輸天然氣管網的主支網時，要根據管網模式確定;④為保證合理設置，可考慮在集輸管網中增設配電點，并結合相關理論設置接入點、支線和主干。

3.2 管網設計優化

管路設計是集輸管網總體設計的重要內容。它的設計是否科學合理，直接關系到天然氣的后續運輸，是安全可靠運輸的重要保證。對影響集輸管網建設和運行的各種因素進行綜合分析，并結合其特點，對長輸管線的布置位置進行圖形化設計。首先，要遵循管網系統的設計原則，根據長輸管道的規格、管徑等影響因素，合理確定壓力、流量等參數，使最終的管網系統能滿足不同地區的用氣需求，降低工程造價;同時，要保證集輸管網的優化設計，還要根據客觀分析和科學的原則，解決管道輸送過程中可能出現的諸多問題，設計出最符合管道輸送要求的參數，進一步完善管理模式，確保天然氣集輸管網的正常運行。另外，根據設計要求，設計者還應準確掌握管網結構、布管方式、設計界限等具體要求，為管網優化設計提供實用參考，確保各環節設計工作科學合理，為集輸管網安全運行奠定良好基礎。

4 結束語

伴隨著我國氣象事業發展規模的不斷擴大，集輸管道的數量和復雜度都在不斷增加。管道管道的安裝通常采用環管、支管和徑向管道。所以在管道安裝過程中存在著很多安全隱患，主要原因是管道穿越、管道連接造成的。因此，在管網安裝、運行初期，必須考慮以上問題，對管網進行有效優化，才能保證其安全運行，同時也為天然氣的生產、管理提供方便條件。

參考文獻：

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