張燕軍 李石寬 牛媛 李會 羅宇鵬

關(guān)鍵詞：長輸管道;天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計

1 長輸管網(wǎng)天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計概述

1.1 天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)是一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)。開發(fā)氣田地面工程建設(shè)時，應(yīng)考慮集輸管網(wǎng)的規(guī)劃。油田開發(fā)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(wǎng)，并對各級集氣站和各集氣站進行合理布置。過去管網(wǎng)及集氣站的布設(shè)，由于計算機技術(shù)等多方面原因，缺乏對布設(shè)的綜合考慮，造成集氣管網(wǎng)系統(tǒng)后期運行難以滿足運行要求，造成二次建設(shè)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(wǎng)進行優(yōu)化設(shè)計是非常必要的。

天然氣長輸管道集輸管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計涉及圖論的數(shù)理基礎(chǔ)、運籌學(xué)、技術(shù)經(jīng)濟評價、計算機技術(shù)的優(yōu)化與應(yīng)用等多個學(xué)科，其中最重要的是布局優(yōu)化問題：一是確定管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，特別是確定站場的布局方式和管網(wǎng)連接方式。第二，優(yōu)化選址，確定具體的中間站。優(yōu)化了相關(guān)參數(shù)，明確了管壁厚度、管徑等相關(guān)參數(shù);綜合考慮各子問題，設(shè)計合理的長輸管道天然氣集輸系統(tǒng)優(yōu)化方案。

1.2 關(guān)鍵節(jié)點設(shè)計

目前集輸管網(wǎng)系統(tǒng)比較復(fù)雜，對管網(wǎng)設(shè)計提出了更高的要求。所以在設(shè)計過程中，要綜合考慮關(guān)鍵節(jié)點，保證整體設(shè)計的合理性。第一，樞紐站。樞紐站具有各種管道聯(lián)絡(luò)、通訊、應(yīng)急、調(diào)度功能，獨立運行，是應(yīng)急通風(fēng)的主要場所。在設(shè)計過程中，要結(jié)合管網(wǎng)的總體設(shè)計方案和規(guī)劃來完成，以保證管道運輸?shù)陌踩?。第二，它是一個聯(lián)合施工的車站。聯(lián)建站是集工藝、站控、電力、通信等為一體的綜合性控制系統(tǒng)，必須對聯(lián)建站進行合理設(shè)計，確保施工質(zhì)量。此外，鄰近施工站的關(guān)鍵節(jié)點設(shè)計不可忽視。作為保證聯(lián)合站各單元獨立運行的重要設(shè)施，在設(shè)計過程中應(yīng)予以重視。第三，管網(wǎng)運行參數(shù)的科學(xué)設(shè)計。以前，確定路網(wǎng)布局方案時，一般以年運量作為參考，沒有考慮季節(jié)變化，不能保證設(shè)計方案合理。

2 天然氣管道發(fā)展趨勢

2.1 設(shè)施改造力度加大

在北方地區(qū)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(yè)，加大了基礎(chǔ)設(shè)施改造力度，各企業(yè)所屬管道的獨立問題逐漸得到解決，使得干線管道互聯(lián)互通成為了可能，應(yīng)急保供能力隨之提高，如西二線廣州末站、管網(wǎng)鰲頭分輸站的互聯(lián)。2018年，鄂--安--滄天然氣管道、蒙西煤制氣管道等設(shè)施互聯(lián)互通項目建設(shè)步伐加速，國內(nèi)天然氣串換與應(yīng)急調(diào)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(yè)發(fā)展成就顯著。尤其是管道斷裂控制試驗場的建設(shè)，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(chǔ)保障。在俄羅斯與美國等國外發(fā)達管道設(shè)計經(jīng)驗引導(dǎo)下，我國超大輸量管道技術(shù)研究步入正軌。

2.3 設(shè)備與控制系統(tǒng)自給自足

大型球閥、管道壓縮機等關(guān)鍵設(shè)備，基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化生產(chǎn)。隨后20MW電驅(qū)與30 MW燃驅(qū)的國產(chǎn)化壓縮機組正式投入使用。關(guān)鍵閥門與執(zhí)行機構(gòu)、流量計等管道設(shè)備基本實現(xiàn)自給自足。工業(yè)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(shè)中，首次使用了國產(chǎn)閥室PLC、RTU控制系統(tǒng)。國產(chǎn)設(shè)備與控制系統(tǒng)的研究成果，其轉(zhuǎn)化速度加快，推動了我國天然氣管道工程與控制系統(tǒng)國產(chǎn)化生產(chǎn)的進程。

2.4 智能化管道建設(shè)成為可能

在冀寧聯(lián)絡(luò)線項目中，數(shù)字化油氣管道建成后，信息技術(shù)整合力度加大，掀起了我國油氣管道建設(shè)信息化管理、機械化施工與數(shù)字化設(shè)計的新篇章。中俄東線當(dāng)作智能化管道建設(shè)試點，通過工程全生命周期管理，智能化運營與數(shù)字化移交，全面打開我國長輸智慧管網(wǎng)建設(shè)的新征程。

3 長輸管網(wǎng)天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化的有效途徑

3.1 管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)置布局優(yōu)化

3.1.1 天然氣田井組區(qū)域劃分優(yōu)化

通常情況下，多口氣井的組合和單口氣井的獨立聯(lián)接是氣田輸送技術(shù)系統(tǒng)的主要方式。通常按建設(shè)區(qū)的地理條件、物理條件、天然氣儲運與開發(fā)程度劃分。若油氣田氣井開采的數(shù)量和規(guī)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(shè)備采氣方便、高效。以最優(yōu)條件為前提，對各氣井及類似集輸站進行井組區(qū)域劃分，確保成本最低，使集輸管道保持最優(yōu)流量、直徑和長度。另外，相關(guān)設(shè)計人員還應(yīng)優(yōu)化主支管網(wǎng)布置，客觀分析管網(wǎng)流量，采用支管網(wǎng)連接形式，科學(xué)布置主支管網(wǎng)，合理連接，并借助集氣末站，將各集氣站納入統(tǒng)一的管網(wǎng)系統(tǒng)中，以最大限度地減少集氣管道的實際使用。

3.1.2 優(yōu)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(tǒng)的重要組成部分。儲層工程設(shè)計中，往往要根據(jù)已探明的地層結(jié)構(gòu)確定氣井的位置。

收集站一般設(shè)在其管轄內(nèi)的一組生產(chǎn)井中。當(dāng)前，我國油氣田地面集輸管網(wǎng)系統(tǒng)主要采用二級及三級布點方式。對集氣站進行優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)考慮到天然氣田的具體情況，以放射狀網(wǎng)式布置集氣站和氣井，再以樹狀網(wǎng)式結(jié)構(gòu)將各個集氣站組合成一個集氣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

3.1.3 優(yōu)化干支管網(wǎng)布局

對于主支管網(wǎng)的連接布置，應(yīng)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(wǎng)設(shè)計中，長輸管道天然氣集輸系統(tǒng)一般是采用分離式集氣終端，分離式分支網(wǎng)連接的方式建立。通過對集輸管網(wǎng)系統(tǒng)的分析、規(guī)劃和優(yōu)化，使總流量分配具有最小和最統(tǒng)一的目標(biāo)，并科學(xué)地調(diào)整系統(tǒng)，以保證主管和支管的正常運行。對主管和支管管網(wǎng)布局的優(yōu)化應(yīng)考慮以下問題：①利用管網(wǎng)聯(lián)接優(yōu)化主管網(wǎng)和支管網(wǎng)的布置，保證管網(wǎng)聯(lián)接及其位置的合理性;②在分支管網(wǎng)選擇集氣總站地質(zhì)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(yōu)化集輸天然氣管網(wǎng)的主支網(wǎng)時，要根據(jù)管網(wǎng)模式確定;④為保證合理設(shè)置，可考慮在集輸管網(wǎng)中增設(shè)配電點，并結(jié)合相關(guān)理論設(shè)置接入點、支線和主干。

3.2 管網(wǎng)設(shè)計優(yōu)化

管路設(shè)計是集輸管網(wǎng)總體設(shè)計的重要內(nèi)容。它的設(shè)計是否科學(xué)合理，直接關(guān)系到天然氣的后續(xù)運輸，是安全可靠運輸?shù)闹匾ＷC。對影響集輸管網(wǎng)建設(shè)和運行的各種因素進行綜合分析，并結(jié)合其特點，對長輸管線的布置位置進行圖形化設(shè)計。首先，要遵循管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計原則，根據(jù)長輸管道的規(guī)格、管徑等影響因素，合理確定壓力、流量等參數(shù)，使最終的管網(wǎng)系統(tǒng)能滿足不同地區(qū)的用氣需求，降低工程造價;同時，要保證集輸管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計，還要根據(jù)客觀分析和科學(xué)的原則，解決管道輸送過程中可能出現(xiàn)的諸多問題，設(shè)計出最符合管道輸送要求的參數(shù)，進一步完善管理模式，確保天然氣集輸管網(wǎng)的正常運行。另外，根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)計者還應(yīng)準(zhǔn)確掌握管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、布管方式、設(shè)計界限等具體要求，為管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計提供實用參考，確保各環(huán)節(jié)設(shè)計工作科學(xué)合理，為集輸管網(wǎng)安全運行奠定良好基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

伴隨著我國氣象事業(yè)發(fā)展規(guī)模的不斷擴大，集輸管道的數(shù)量和復(fù)雜度都在不斷增加。管道管道的安裝通常采用環(huán)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(wǎng)安裝、運行初期，必須考慮以上問題，對管網(wǎng)進行有效優(yōu)化，才能保證其安全運行，同時也為天然氣的生產(chǎn)、管理提供方便條件。

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