王麗新

【摘要】天然氣作為一種重要的礦石能源，在城市居民的日常生活中發(fā)揮著非常大的作用，城市天然氣管網(wǎng)作為天然氣能源的主要輸送方式，也越來越受到人們的關(guān)注與重視。城市天然氣管網(wǎng)規(guī)劃通常情況下會(huì)涉及到諸多方面，同時(shí)其本身也具有一定的復(fù)雜性，不僅要對(duì)現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)的供求關(guān)系進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，還要對(duì)天然氣管網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行最優(yōu)化選擇，在不影響質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)天然氣管網(wǎng)鋪設(shè)成本的最小化。

【關(guān)鍵詞】城市天然氣管網(wǎng)；管網(wǎng)規(guī)劃；現(xiàn)狀

一、天然氣特點(diǎn)

多氣源城市，常常會(huì)遇到以下兩種情況：一是某一地區(qū)原來使用的燃?xì)庖尚再|(zhì)不同的另一種燃?xì)馑妫欢窃谥鳉庠串a(chǎn)生緊急事故，或在用氣高峰時(shí)由于主氣源不足，需要在供氣系統(tǒng)中混入性質(zhì)不同的其它燃?xì)?。?dāng)城鎮(zhèn)燃?xì)饩哂卸喾N天然氣氣源時(shí)，如果它們的組成不同，其沃泊指數(shù)和燃燒勢(shì)就會(huì)不同。此外，即使它們發(fā)熱量類似，但沃泊指數(shù)和燃燒勢(shì)也可能差別較大，不一定屬于同一互換性范圍，故必須將其進(jìn)行分類，并依此定出與之適應(yīng)的互換性范圍，以保證天然氣的使用效果。

二、市政規(guī)劃中天然氣管網(wǎng)規(guī)劃原則

在市政天然氣管網(wǎng)規(guī)劃過程當(dāng)中，需要嚴(yán)格遵循以下幾個(gè)基本原則：（1）對(duì)于站場(chǎng)和管線布置，應(yīng)當(dāng)切實(shí)符合當(dāng)?shù)匾约罢麄€(gè)區(qū)域的城市規(guī)劃要求、燃?xì)夤芫W(wǎng)規(guī)劃的要求；（2）對(duì)于站場(chǎng)與管線的布置，需要具有適宜的地形條件、良好的工程地質(zhì)條件等；（3）站場(chǎng)需要結(jié)合區(qū)域長(zhǎng)輸管線的具體位置予以確定；（4）對(duì)于站場(chǎng)、燃?xì)夤芫€與站外建（構(gòu)）筑物的防火間距，需要與現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)定相符。

三、城市天然氣管網(wǎng)規(guī)劃現(xiàn)狀

就現(xiàn)階段來說，根據(jù)管網(wǎng)用途的不同，可以將城市天然氣管網(wǎng)分為工業(yè)化天然氣輸送管道、城市天然氣輸送管道、長(zhǎng)距離天然氣輸送管道三種類型；根據(jù)鋪設(shè)方法的不同，可以將城市天然氣管網(wǎng)分為高空燃?xì)夤艿?、地下燃?xì)夤艿纼煞N類型。根據(jù)輸氣壓力進(jìn)行劃分，城市天然氣管道主要可以分為四種類型：第一種是高壓燃?xì)夤艿?，這種管道的壓力范圍在1.6兆帕至4兆帕之間；第二種是次高壓燃?xì)夤艿?，這種管道的壓力范圍在0.4兆帕至1.6兆帕之間；第三種是中壓力燃?xì)夤艿?，這種管道的壓力范圍在0.01兆帕至0.4兆帕之間；第四種是低壓燃?xì)夤艿?，這種管道的壓力范圍在0.01兆帕以下。

從根本上來說，城市天然氣管網(wǎng)規(guī)劃現(xiàn)狀主要取決于城市的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，必須嚴(yán)格遵循城市天然氣管網(wǎng)規(guī)劃原則的要求來實(shí)際進(jìn)行布線?；谶@樣的原因，城市天然氣管網(wǎng)規(guī)劃開始之前，應(yīng)綜合調(diào)查、全面認(rèn)識(shí)規(guī)劃區(qū)域的道路狀況以及發(fā)展現(xiàn)狀，確保準(zhǔn)備充分、勘察無誤之后，方可進(jìn)行布線。除此之外，實(shí)際進(jìn)行城市天然氣管網(wǎng)規(guī)劃的時(shí)候，也要進(jìn)行前瞻性的考慮，對(duì)于城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口規(guī)模變化等情況應(yīng)具有一定的預(yù)見性，并綜合考慮上述因素，來計(jì)算天然氣管網(wǎng)線路。與此同時(shí)，也要充分考慮街道路面的實(shí)際情況，盡量減少跨越河流、鐵路、公路等工程，以實(shí)現(xiàn)成本的降低。

四、城市天然氣管網(wǎng)規(guī)劃方法

（一）動(dòng)態(tài)規(guī)劃法

動(dòng)態(tài)規(guī)劃法指的是優(yōu)化管網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力，得到最優(yōu)的壓力后以此來選擇相應(yīng)的管網(wǎng)元件，最大程度地降低管網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行的費(fèi)用。利用這種方法時(shí)，必須預(yù)先給定壓氣站的數(shù)目和位置以及各管段的長(zhǎng)度和管徑，但是這種規(guī)劃方法對(duì)于處理較多的網(wǎng)絡(luò)元件時(shí)并不適用。這是因?yàn)橛迷摲椒ㄇ蠼鈺r(shí)若一維狀態(tài)取值為m個(gè)，對(duì)n維狀態(tài)就有mn個(gè)這對(duì)于n稍大的問題在實(shí)際情況中都是不現(xiàn)實(shí)的。

（二）約束導(dǎo)數(shù)法

國(guó)外學(xué)者經(jīng)過多年的研究發(fā)現(xiàn)約束導(dǎo)數(shù)法可以解決那些具有等式約束的輸氣管道工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。國(guó)外學(xué)者Flanigan采用約束導(dǎo)數(shù)法優(yōu)化了天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)中管道的直徑和壓縮機(jī)功率，優(yōu)化時(shí)預(yù)先給定管網(wǎng)中壓氣站的數(shù)量與位置，將設(shè)計(jì)變量分成決策變量和狀態(tài)變量2類。在數(shù)學(xué)史上，這種方法是一種很有代表意義的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，但是僅僅局限于設(shè)計(jì)問題的局部?jī)?yōu)化。

（三）廣義既約梯度法

廣義既約梯度法首次被Edgar等學(xué)者成功應(yīng)用于天然氣輸送網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)設(shè)計(jì)。該方法的應(yīng)用能同時(shí)確定壓氣站的數(shù)目、優(yōu)化兩個(gè)壓氣站之間的管段長(zhǎng)和管徑以及壓氣站中壓縮機(jī)的操作工況等，大大降低管網(wǎng)鋪設(shè)及運(yùn)行費(fèi)用。在解決非線性天然氣管網(wǎng)規(guī)劃問題上，該方法具有很高的效率。但是要想得到離散的最優(yōu)管道直徑值還需要借助于其他的方法如分支定界法、次梯度優(yōu)化法等。

總之，我國(guó)天然氣輸氣管網(wǎng)還處在初期階段，仍然在實(shí)踐中不斷地進(jìn)行探索， 特別是天然氣管網(wǎng)在城市規(guī)劃中的特殊性，從數(shù)學(xué)的方面進(jìn)行分析，可以把供水管網(wǎng)和天然氣輸氣管網(wǎng)都劃分為城市市政管網(wǎng)規(guī)劃問題，所以，在輸氣管網(wǎng)進(jìn)行相關(guān)布局研究的時(shí)候， 可以有選擇地借鑒一些供水管網(wǎng)布局的成功之處和規(guī)劃能力。 輸氣管道氣在輸氣運(yùn)行中，因?yàn)榫哂休斔蛪毫Ρ容^高、輸送距離長(zhǎng)以及大口徑等特點(diǎn)，因此在城市市政規(guī)劃過程中應(yīng)該注意這些特征， 并且有效地針對(duì)這些特點(diǎn)提出了相應(yīng)的解決措施。對(duì)現(xiàn)有研究文獻(xiàn)的綜合來看， 天然氣管道網(wǎng)絡(luò)在市政管網(wǎng)規(guī)劃中具有廣闊的發(fā)展前景和發(fā)展?jié)摿Γ?應(yīng)該逐步對(duì)其進(jìn)行深入思考和研究，并且在基于相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)出市政規(guī)劃軟件。

五、結(jié)語(yǔ)

目前，天然氣作為城市居民生活的主要能源物質(zhì)發(fā)揮著極大的作用，城市管道系統(tǒng)作為輸送天然氣的一種工具也越來越得到重視。

參考文獻(xiàn)

[1]孔川.區(qū)域天然氣管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)理論研究[J].煤氣與熱力，2016，36（03）：40～44.