燃氣輸配管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計論文

燃氣輸配管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計論文

　　燃氣輸配管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計論文

　　1 燃氣輸配管網(wǎng)的現(xiàn)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(chǔ)的能源物資，越來越受到廣泛的關(guān)注。燃氣管網(wǎng)建設(shè)是一項前期投資數(shù)額大，投資回報周期長的建設(shè)項目，為此，國家也在大力推進燃氣輸配管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計，以實現(xiàn)利用最少的投入，實現(xiàn)最大的經(jīng)濟效益。因為燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)具有很大的可塑性，所以通過燃氣輸配管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計，對儲配站、調(diào)壓站的數(shù)量和分布進行合理的調(diào)配，在滿足各節(jié)點壓力要求，保證燃氣流量的基礎(chǔ)上，通過軟件進行燃氣輸配管網(wǎng)管道的直徑尺寸、管網(wǎng)金屬消耗量和投資進行估算，以實現(xiàn)減少不必要的重復(fù)建設(shè)，減少投資額度，實現(xiàn)最大經(jīng)濟效益。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，利用計算機軟件對燃氣輸配管網(wǎng)進行優(yōu)化，可以解決以往人工很多無法求解的大型復(fù)雜計算問題，從而提高了燃氣輸配管網(wǎng)的設(shè)計質(zhì)量和輸配效率。

　　輸配管網(wǎng)和調(diào)壓結(jié)構(gòu)是構(gòu)成燃氣輸配管網(wǎng)的兩大主要組成部分，輸配管網(wǎng)又分為高中壓管網(wǎng)和低壓管網(wǎng)[1]。在燃氣管網(wǎng)鋪設(shè)方案確定后，燃氣管網(wǎng)始末端的壓力和燃氣流量是決定高中壓管網(wǎng)直徑尺寸的關(guān)鍵因素。而低壓管網(wǎng)的直徑尺寸主要是取決于燃氣流量、燃氣器具的額定工作壓力和調(diào)壓站的布置狀況。燃氣輸配管網(wǎng)設(shè)計優(yōu)化的關(guān)鍵在于保證居民燃氣流量和壓力正常的前提下，根據(jù)已知管網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、燃氣系統(tǒng)的流量分布和壓力要求，分析確認管網(wǎng)的直徑尺寸、管網(wǎng)的分布以及調(diào)壓站的位置和數(shù)量。利用最少的投資，實現(xiàn)最大的經(jīng)濟收益和社會效益。

　　2 燃氣輸配管網(wǎng)的系統(tǒng)優(yōu)化

　　目前，在城市燃氣輸配系統(tǒng)，主要由燃氣輸配管網(wǎng)、燃氣儲配站、調(diào)壓計量站、運行管理操作和控制設(shè)施等部分組成，由此可見，燃氣輸配系統(tǒng)是一項極為復(fù)雜的綜合設(shè)施，要實現(xiàn)對燃氣輸配管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計，則必須對構(gòu)成管網(wǎng)系統(tǒng)的輸配管網(wǎng)和調(diào)壓站進行系統(tǒng)的分析研究，利用軟件的強大功能進行優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)優(yōu)化改善方案。

　　2.1 建立燃氣輸配管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型

　　隨著城市建設(shè)速度的加快，城市涵蓋范圍不斷加大，因此要求燃氣輸配系統(tǒng)呈現(xiàn)多級燃氣管網(wǎng)的狀態(tài)。為了盡量節(jié)省投資成本，對燃氣輸配管網(wǎng)系統(tǒng)進行整體優(yōu)化勢在必行。燃氣輸配管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計主要體現(xiàn)在調(diào)壓站的數(shù)量和布局優(yōu)化上。

　　2.2 調(diào)壓站數(shù)量的優(yōu)化確認

　　在對燃氣輸配管網(wǎng)進行系統(tǒng)優(yōu)化過程中，調(diào)壓站的數(shù)量和分布比較難以確定，所以，在利用軟件進行模擬優(yōu)化時，只能采用近似值的方案，來計算中、低壓管網(wǎng)的費用計算，確定管網(wǎng)的直徑尺寸和流向。利用GCAD軟件，可以將相關(guān)的數(shù)據(jù)資料進行輸入，對于不能確定的數(shù)據(jù)利用近似值代替，就可以計算出燃氣輸配管網(wǎng)系統(tǒng)需要的調(diào)壓站的最佳數(shù)量[2]。

　　2.3 調(diào)壓站的優(yōu)化布置

　　根據(jù)計算機軟件GCAD計算出調(diào)壓站的數(shù)量和分布位置，對于整個燃氣輸配管網(wǎng)進行整體優(yōu)化設(shè)計仍是一下十分龐大的工程。燃氣輸配管網(wǎng)的'主要作用和目的是為居民提高質(zhì)量可靠的燃氣服務(wù)，將燃氣輸送到千家萬戶。因此，對于低壓管網(wǎng)而言，調(diào)壓站優(yōu)化的目的在于滿足居民的用氣需求。要對燃氣輸配管網(wǎng)進行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，則需盡可能的縮短調(diào)壓站到用戶的管道鋪設(shè)距離，這不僅可以節(jié)省管網(wǎng)費用，還可以最大可能的為用戶提供穩(wěn)定的燃氣輸送。所以，以一個調(diào)壓站為例，利用軟件求得所有用戶中位點的位置，即設(shè)置調(diào)壓站的位置，然后利用此原理，求出燃氣輸配管網(wǎng)中多個調(diào)壓站的具體位置。由于燃氣輸配管網(wǎng)系統(tǒng)是一個龐大的系統(tǒng)工程，在燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)中存在無數(shù)個調(diào)壓站，要將每個調(diào)壓站都利用計算機軟件分析計算出來，顯然是不可能完成的任務(wù)，并且在調(diào)壓站定位時，還需考慮為調(diào)壓站設(shè)置一個節(jié)點集，因工作量過大一般計算機很難完成。因此，在開發(fā)GCAD軟件時，采用啟發(fā)式數(shù)字計數(shù)法分析得出效果最優(yōu)化的解，以完成輸配管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計。

　　2.4 燃氣管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計方案

　　對燃氣輸配管網(wǎng)進行優(yōu)化，既是對目前已知的管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)管中用到的管道直徑尺寸進行優(yōu)化，以實現(xiàn)在可以滿足用戶所需燃氣流量和壓力的前提下，利用最少的投資數(shù)額，鋪設(shè)最優(yōu)化的管道網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)低成本運行[3]。利用計算機軟件GCAD中的梯度法、最短路徑法、拉格朗日乘數(shù)法和網(wǎng)管平差等規(guī)劃燃氣輸配方案，以求得最佳的管網(wǎng)鋪設(shè)方案，從而可以解決目前燃氣輸配管網(wǎng)配置過程中存在的問題。

　　3 開發(fā)更優(yōu)軟件

　　燃氣輸配系統(tǒng)作為一個龐大的系統(tǒng)工程，僅靠以前的人工計算方式已經(jīng)不能滿足行業(yè)的發(fā)展需求，開發(fā)更加智能化，可以實現(xiàn)燃氣輸配優(yōu)化的新型軟件已是迫在眉睫。在設(shè)計開發(fā)軟件過程中，除了可以實現(xiàn)對燃氣輸配管網(wǎng)系統(tǒng)進行優(yōu)化之外，還要能夠及時生成圖檔，便于列印，提供給相關(guān)的行業(yè)專家和學(xué)者進行探討。

　　4 結(jié)束語

　　綜上所述，燃氣輸配管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的重點在于燃氣管網(wǎng)的優(yōu)化和調(diào)壓站數(shù)量和位置的優(yōu)化。在進行優(yōu)化的過程中，主要是實現(xiàn)調(diào)壓站的合理布置，以盡量減少燃氣管網(wǎng)到用戶之間的距離，從而節(jié)省成本，實現(xiàn)最大化的經(jīng)濟效益和社會效益

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