燃氣輸配管網系統最佳化設計論文

　　1 燃氣輸配管網的現狀概述

　　目前，隨著城市化步伐的加快，天然氣作為保障居民生活水平最為基礎的能源物資，越來越受到廣泛的關注。燃氣管網建設是一項前期投資數額大，投資回報週期長的建設專案，為此，國家也在大力推進燃氣輸配管網的最佳化設計，以實現利用最少的投入，實現最大的經濟效益。因為燃氣管網系統具有很大的可塑性，所以透過燃氣輸配管網的最佳化設計，對儲配站、調壓站的數量和分佈進行合理的調配，在滿足各節點壓力要求，保證燃氣流量的基礎上，透過軟體進行燃氣輸配管網管道的直徑尺寸、管網金屬消耗量和投資進行估算，以實現減少不必要的重複建設，減少投資額度，實現最大經濟效益。隨著計算機技術的不斷髮展，利用計算機軟體對燃氣輸配管網進行最佳化，可以解決以往人工很多無法求解的大型複雜計算問題，從而提高了燃氣輸配管網的設計質量和輸配效率。

　　輸配管網和調壓結構是構成燃氣輸配管網的兩大主要組成部分，輸配管網又分為高中壓管網和低壓管網[1]。在燃氣管網鋪設方案確定後，燃氣管網始末端的壓力和燃氣流量是決定高中壓管網直徑尺寸的關鍵因素。而低壓管網的直徑尺寸主要是取決於燃氣流量、燃氣器具的額定工作壓力和調壓站的佈置狀況。燃氣輸配管網設計最佳化的關鍵在於保證居民燃氣流量和壓力正常的前提下，根據已知管網的網路結構、燃氣系統的流量分佈和壓力要求，分析確認管網的直徑尺寸、管網的分佈以及調壓站的位置和數量。利用最少的投資，實現最大的經濟收益和社會效益。

　　2 燃氣輸配管網的.系統最佳化

　　目前，在城市燃氣輸配系統，主要由燃氣輸配管網、燃氣儲配站、調壓計量站、執行管理操作和控制設施等部分組成，由此可見，燃氣輸配系統是一項極為複雜的綜合設施，要實現對燃氣輸配管網的最佳化設計，則必須對構成管網系統的輸配管網和調壓站進行系統的分析研究，利用軟體的強大功能進行最佳化設計，實現最佳化改善方案。

　　2.1 建立燃氣輸配管網系統最佳化設計的數學模型

　　隨著城市建設速度的加快，城市涵蓋範圍不斷加大，因此要求燃氣輸配系統呈現多級燃氣管網的狀態。為了儘量節省投資成本，對燃氣輸配管網系統進行整體最佳化勢在必行。燃氣輸配管網系統的最佳化設計主要體現在調壓站的數量和佈局最佳化上。

　　2.2 調壓站數量的最佳化確認

　　在對燃氣輸配管網進行系統最佳化過程中，調壓站的數量和分佈比較難以確定，所以，在利用軟體進行模擬最佳化時，只能採用近似值的方案，來計算中、低壓管網的費用計算，確定管網的直徑尺寸和流向。利用GCAD軟體，可以將相關的資料資料進行輸入，對於不能確定的資料利用近似值代替，就可以計算出燃氣輸配管網系統需要的調壓站的最佳數量[2]。

　　2.3 調壓站的最佳化佈置

　　根據計算機軟體GCAD計算出調壓站的數量和分佈位置，對於整個燃氣輸配管網進行整體最佳化設計仍是一下十分龐大的工程。燃氣輸配管網的主要作用和目的是為居民提高質量可靠的燃氣服務，將燃氣輸送到千家萬戶。因此，對於低壓管網而言，調壓站最佳化的目的在於滿足居民的用氣需求。要對燃氣輸配管網進行系統最佳化設計，則需儘可能的縮短調壓站到使用者的管道鋪設距離，這不僅可以節省管網費用，還可以最大可能的為使用者提供穩定的燃氣輸送。所以，以一個調壓站為例，利用軟體求得所有使用者中位點的位置，即設定調壓站的位置，然後利用此原理，求出燃氣輸配管網中多個調壓站的具體位置。由於燃氣輸配管網系統是一個龐大的系統工程，在燃氣管網系統中存在無數個調壓站，要將每個調壓站都利用計算機軟體分析計算出來，顯然是不可能完成的任務，並且在調壓站定位時，還需考慮為調壓站設定一個節點集，因工作量過大一般計算機很難完成。因此，在開發GCAD軟體時，採用啟發式數字計數法分析得出效果最最佳化的解，以完成輸配管網的最佳化設計。

　　2.4 燃氣管網的最佳化設計方案

　　對燃氣輸配管網進行最佳化，既是對目前已知的管網網路結構、網管中用到的管道直徑尺寸進行最佳化，以實現在可以滿足使用者所需燃氣流量和壓力的前提下，利用最少的投資數額，鋪設最最佳化的管道網路，實現低成本執行[3]。利用計算機軟體GCAD中的梯度法、最短路徑法、拉格朗日乘數法和網管平差等規劃燃氣輸配方案，以求得最佳的管網鋪設方案，從而可以解決目前燃氣輸配管網配置過程中存在的問題。

　　3 開發更優軟體

　　燃氣輸配系統作為一個龐大的系統工程，僅靠以前的人工計算方式已經不能滿足行業的發展需求，開發更加智慧化，可以實現燃氣輸配最佳化的新型軟體已是迫在眉睫。在設計開發軟體過程中，除了可以實現對燃氣輸配管網系統進行最佳化之外，還要能夠及時生成圖檔，便於列印，提供給相關的行業專家和學者進行探討。

　　4 結束語

　　綜上所述，燃氣輸配管網系統最佳化設計的重點在於燃氣管網的最佳化和調壓站數量和位置的最佳化。在進行最佳化的過程中，主要是實現調壓站的合理佈置，以儘量減少燃氣管網到使用者之間的距離，從而節省成本，實現最大化的經濟效益和社會效益