CN109977555A - 一种适用于区域性天然气管网优化运行的设计方法 - Google Patents

一种适用于区域性天然气管网优化运行的设计方法 Download PDF

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安云朋
刘少山
徐庆磊
***
李广群
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Abstract

本发明公开了一种适用于区域性天然气管网优化运行的设计方法，该方法包括：根据管网中各管道实际运行报表，得到管网中各管道在不同压力台阶、不同输量台阶下的最优输送方案，组成管网优化运行数据库；利用管网优化运行数据库中的能耗数据，以输气量为横轴，能耗为纵轴，绘制该输气量范围内的能耗曲线并得到管道能耗模型；利用管网中各管道能耗模型计算管网的优化运行结果。本发明的有益效果为：通过建立管网优化运行数据库和管网中各管道能耗模型，并根据不同的管网气量分配方案，计算分析得到管网优化运行结果，作为调整管网运行的依据，可显著降低管网运行能耗，减少运行费用，且该方法可应用到不同的管网优化运行设计中，满足不同的输气任务。

Description

一种适用于区域性天然气管网优化运行的设计方法
技术领域
本发明涉及天然气管道设计技术领域，具体而言，涉及一种适用于区域性天然气管网优化运行的设计方法。
背景技术
随着近年来我国天然气管道建设的高速发展，我国已形成西北、东北、中南地区等多个大型区域性天然气管网，管网中各条管道相互间或联合运行或联络运行。管网中各管道输量的合理匹配直接影响着管网的整体能耗，随着管网输气量的逐年增加，管网的能耗也越来越大，管道运行单位在保证管网完成输送任务的同时，节能降耗是需要关注的另一个重点。
管网中各条管道由于建设时期不同，各管道的管径、设计压力、设计输量、压缩机组驱动方式等也不尽相同，各管道输送过程中产生的能耗也不尽相同。在面对不同输送压力、输送量的任务时，更需要能有一套行之有效的优化运行方案，既可以满足输送任务，又可以节约运行能耗。
目前，国内外天然气管网稳态运行优化技术取得了一定的进步和发展，研发出了针对具体管道的稳态运行优化程序，但由于需要研究的天然气管网的支路和环路上均具有压缩机，管网内线路的连接点的压力、输量分配具有多样性，导致计算量较大，简化处理的模型通常优化效果较差，且由于现场因素复杂多变，实际应用相对比较少。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种通用的、高效的、行之有效的天然气管网优化运行方法，降低管网运行能耗。
本发明提供了一种适用于区域性天然气管网优化运行的设计方法，该方法包括以下步骤：
步骤101：建立管网优化运行数据库：
根据管网中各管道实际运行报表，并与管道运行单位结合，确定管网中各管道可能存在的运行压力，构造各压力台阶下的输量台阶，并以管道运行能耗费用为最优化目标，得到管网中各管道在不同压力台阶、不同输量台阶下的最优输送方案，组成管网优化运行数据库；
步骤102：建立管网中各管道能耗模型：
根据步骤101的管网优化运行数据库中的能耗数据，以输气量为横轴，能耗(耗电量、耗气量)为纵轴，绘制该输气量范围内的能耗曲线，并采用最小二乘法曲线拟合方法得到一定压力下管道输量与能耗曲线，即为管道能耗模型；
步骤103：计算管网的优化运行结果，具体包括：
步骤1：确定管网各气源量，
步骤2：确定管网内各管道的运行压力和环境参数，
步骤3：确定管网内各管道的能耗单价，
步骤4：确定管网气量分配方案，并根据能耗单价和步骤102的管道能耗模型计算单条管道不同输气量下的能耗费用，从而得到管网的能耗总费用；
步骤5：选择管网耗能费用最小值的分配方案作为管网的优化运行结果，并将结果显示。
作为本发明进一步的改进，步骤103中，通过使用VB(Visual Basic)中的循环函数得到不同的管网气量分配方案。
作为本发明进一步的改进，步骤103中，通过图形化界面显示管网的优化运行结果。
本发明的有益效果为：通过建立管网优化运行数据库和管网中各管道能耗模型，并根据不同的管网气量分配方案，计算并分析得到管网的优化运行结果，可以快速的得到行之有效的天然气管网优化运行方法，降低管网运行能耗，大大减少了运行费用，且该方法可应用到不同的管网优化运行设计中，满足不同的输气任务。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种适用于区域性天然气管网优化运行的设计方法的流程图；
图2为图1中步骤103的具体流程示意图；
图3为本发明实施例所述的一种适用于区域性天然气管网优化运行的设计方法的管道输量与能耗曲线示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
如图1-3所示，本发明实施例所述的一种适用于区域性天然气管网优化运行的设计方法，该方法包括以下步骤：
步骤101：建立管网优化运行数据库：根据管网中各管道实际运行报表，并与管道运行单位结合，确定管网中各管道可能存在的运行压力，构造各压力台阶下的输量台阶，并以管道运行能耗费用为最优化目标，得到管网中各管道在不同压力台阶、不同输量台阶下的最优输送方案，组成管网优化运行数据库；
步骤102：建立管网中各管道能耗模型：根据步骤101的管网优化运行数据库中的能耗数据，以输气量为横轴，能耗(耗电量、耗气量)为纵轴，绘制该输气量范围内的能耗曲线，并采用最小二乘法曲线拟合方法得到一定压力下管道输量与能耗曲线，即为管道能耗模型；
步骤103：计算管网的优化运行结果，具体包括：
步骤1：确定管网各气源量；
步骤2：确定管网内各管道的运行压力和环境参数；
步骤3：确定管网内各管道的能耗单价，
步骤4：确定管网气量分配方案，并根据能耗单价和步骤102的管道能耗模型计算单条管道不同输气量下的能耗费用，从而得到管网的能耗总费用；
步骤5：选择管网耗能费用最小值的分配方案作为管网的优化运行结果，并将结果显示。
进一步的，通过使用VB中的循环函数得到不同的管网气量分配方案。
进一步的，通过图形化界面显示管网的优化运行结果。
具体使用时：
建立管网优化运行数据库：结合管网中各管道近三年实际运行报表，并与管道运行单位结合，确定管网中各管道可能存在的运行压力，并构造各压力台阶下的输量台阶。以保证管道整体运行平均高压为理论基础，对输气量台阶工况进行计算，统计单个工况下，管道***的耗电量(电驱压缩机组)和耗气量(燃驱压缩机组)，再结合现行的电价和气价计算出该工况的能耗费用。针对关键节点输量工况进行多种启机方式对比，确定最优启机方案。以管道运行能耗费用为最优化目标，计算全输气量范围内的输气量台阶。以此为基础，可以得到单个压力台阶下，单条管道全输气量下的最优运行方案，进一步，对不同压力台阶下的输量台阶进行优化运行分析，找出各管道各输送工况的最优运行方案。将管网中所有管道在不同压力台阶、不同输量台阶下的最优输送方案组成管网优化运行数据库。以某管线为例，构造的压力台阶有N1个，每个压力台阶下的输量台阶有N2个，则该管道对应的优化运行工况数为N1×N2个。
管网优化运行数据库既可为管网优化运行提供基础数据，找出各输送工况与能耗的关系，也可为管道运行人员快速的给出对应压力、输量下的单条管道最优运行方式。
建立管网中各管道能耗模型：由于管道耗能与压气站供能相平衡，因此，天然气管网内的单条管道运行能耗与管道输气量之间呈现明显的二次抛物线规律。在一定的输气量范围内，管道最优的启机方式基本固定，随着输气量的增加，管道***的耗气量与耗电量随输气量呈抛物线性增长，因此，以输气量为横轴，耗电量和耗气量为纵轴，绘制该输气量范围内的能耗曲线，采用最小二乘法为原理的数据曲线拟合方法，对优化数据库能耗数据进行处理后，获取该输气量范围内的优化方程组。在全输气量范围内，对能耗曲线进行逐段拟合，构建输气量与能耗(耗气量与耗电量)之间的数学关系(如图3所示，横轴变量为输气量，纵轴变量为耗气量)，为进一步优化分析奠定了基础。
计算管网的优化运行结果：通常天然气管网有多个气源，各气源可以由多条管道输送至目的地。天然气管网内各单条管道运行压力等级存在差异，不同的运行压力其能耗特性不同，确定了各条管道的运行压力、环境参数，就确定了优化过程中该管道使用的优化能耗模型；管网内各单条管道均产生能耗，其中，电驱机组耗电、燃驱机组耗气，各单条管道的电价、气价存在差异，确定各单条管道的电价、气价后，结合已经确定的管道能耗模型，就间接确定了管道输气量与能耗费用之间的关系；
针对多条管道连接的气源，如连接该气源有3条管道，气源总供气量为Q，首先，确定第一条管道(管道1)的气量，为Q1，再确定第二条管道(管道2)的气量为Q2，那么，第三条管道(管道3)的气量为Q3＝Q-Q1-Q2。如果这些管道连接到下游的其他管道，根据其他气源的供气量，也能确定下游管道的输气量，根据质量守恒，可以得到全管网内各条管道的输气量，构成管网气量分配的一个方案，定义为气量分配方案1。管网内各条管道的输气量确定后，带入各单条管道的优化运行方程组，可以得到对应单条管道的能耗值，结合能耗单价得到该输气量下单条管道的能耗费用。将管网内所有单条管道的能耗费用求和，可得到气量分配方案1的管网能耗总费用。
然后，根据各管道输气量范围，利用VB中的循环函数，Q1不变，Q2增大，相应Q3减小，管网得到“气量分配方案2”，可得到该方案的管网能耗总费用。不断增加Q2，可得到若干方案，循环完毕后，启动上一级Q1的循环。循环完毕后，所有可能的气量分配方案均得到对应的管网能耗费用，从中筛选出最小值，得到整个天然气管网的优化运行结果。
获取管网优化运行结果后，将对应的各条管道的启动压气站方案、各压气站启机方案、本方案各管道输气量、本方案各管道能耗值(耗电量与耗气量)、本方案各管道的运行费用、本方案管网运行总费用呈现于界面上，供生产运行人员使用，作为调整管网运行的依据。
上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于区域性天然气管网优化运行的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤101：建立管网优化运行数据库：
根据管网中各管道实际运行报表，并与管道运行单位结合，确定管网中各管道可能存在的运行压力，构造各压力台阶下的输量台阶，并以管道运行能耗费用为最优化目标，得到管网中各管道在不同压力台阶、不同输量台阶下的最优输送方案，组成管网优化运行数据库；
步骤102：建立管网中各管道能耗模型：
根据步骤101的管网优化运行数据库中的能耗数据，以输气量为横轴，能耗为纵轴，绘制该输气量范围内的能耗曲线，并采用最小二乘法曲线拟合方法得到一定压力下管道输量与能耗曲线，即为管道能耗模型；
步骤103：计算管网的优化运行结果，具体包括：
步骤1：确定管网各气源量，
步骤2：确定管网内各管道的运行压力和环境参数，
步骤3：确定管网内各管道的能耗单价，
步骤4：确定管网气量分配方案，并根据能耗单价和步骤102的管道能耗模型计算单条管道不同输气量下的能耗费用，从而得到管网的能耗总费用；
步骤5：选择管网耗能费用最小值的分配方案作为管网的优化运行结果，并将结果显示。
2.根据权利要求1所述的一种适用于区域性天然气管网优化运行的设计方法，其特征在于，步骤103中，通过使用VB中的循环函数得到不同的管网气量分配方案。
3.根据权利要求1所述的一种适用于区域性天然气管网优化运行的设计方法，其特征在于，步骤103中，通过图形化界面显示管网的优化运行结果。
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