起伏地形天然气长输管道运行优化研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2008年2月第30卷第1期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Feb．2008Vo1．30Noi1。起伏地形天然气长输管道运行优化研究姚麟昱，孟庆华(中石化西南油气分公司工程技术研究院，四川德阳8i8ooo)张刘樯(西南石油大学，四川成都8iosoo)[摘要]分析了长距离输气管道系统中影响管道运营费用的各种因素，考虑了沿线高程差的影响，以管道运行的终值费用最小为目标函数，加以水力、热

2、力、流态等约束条件，建立了长距离输气管道优化运行数学模型，并利用惩罚函数法对模型进行求解。实例计算结果表明，该模型对实际工作有一定的指导作用。[关键词]高程差；天然气；长输管道；运行优化[中图分类号]TE832[文献标识码]A[文章编号]1000—9752(2008)01—0357—03天然气在管道内流动的动力由压缩机提供，由于压缩机所消耗的天然气占管道所输气体的3～5¨，因此耗能巨大。有关专家指出，通过严密、精细的优化计算，优化运行比非优化运行至少可以降低能耗2O引。因此，对输气管道优化运行是非常必要的。1数学模型的建立1．1基本假

3、设为了对实际问题进行合理简化，方便建模，可作了如下假设：①气体在管道内作稳定、单相、等温流动，天然气压缩因子沿线不变；②全线使用直径相同的管道，沿途无进气和分气，全线管道内水力摩阻系数为一常数；③所有压缩机站使用相同型号的离心式压缩机机组；④税收、保险以及其他一些经济因素不包括在内。1．2设计变量对于设计变量的选择，需要对影响管理运行费用的各种参数进行分析。影响管理运行费用的参数很多，大体上可分为以下3类。1)不由运行部门决定的参数包括：输量，由计划部门和用户需求决定的；管径、各站间距及高程差，由设计部门决定的；地温及土壤物性，由自然

4、条件决定的；燃料及电力的价格，由物价部门决定的。2)由运行部门决定的参数包括：各站的温升及调压，由调度人员决定。3)随前2类参数变化的参数包括：天然气密度、比容、压比、压缩机效率。从以上分析可以看出，由管道运行部门掌握的参数主要是各站的温升及调压，由于分析中假设全线等温输送，所以主要考虑调压。1．3目标函数由于以往的输气管线经济公式中，存在着不合理因素引，因此，利用终值费用作为管线的技术经济指标。终值计算法是将前期或前几期使用的资金折算到某一后期时的货币金额计算方法Ⅲ。所以，所研究的终值费用就是将管道与压气站的各年运行管理费用均按相同

5、的年利率折算到设备寿命末年时的费用。第i个压缩机站需要的功率：[收稿日期]2007—11一l5[作者简介]姚麟昱(1983一)，女，2004年大学毕业，硕士，助理工程师，现主要从事天然气管网规划设计工作。维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2008年2月N一[e()一]cD式中，N为第站功率，kW；叩为压缩机效率；k为多变指数；Q为管道流量，m。／s；T，Z分别为各站压缩机进口条件下的气体温度和压缩系数为各站压缩比。管道和压气站投入使用后第i年运行管理费

6、为：S一8640×10yq×∑Ni(2)折算到回收期末年为：s一8640×1Y,flyq×妻×(3)式中，为燃料气价格，元／m。；为运行费附加系数，>1；q为单位功率单位时问压气站自耗气量，m3／(kW．h)；m为设备使用寿命，年；C为资金年利率。由式(1)～(3)可得到天然气长输管道优化运行的目标函数：minF=8s4。×y加××耋fTi)一]㈤1．4约束条件1)流量约束在管道沿线高程差较大的情况下，必须考虑高差和地形的影响嘲。起伏地形输气管道流量计算公式为：Q—C“一g_ZRT(5)式中，Q为天然气流量，m。／s；Pq为管道计算段

7、起点压力或上一压缩机站的出站压力，MPa；P为管道计算段终点压力或下一压缩机站的进站压力，MPa；C为常数，随公式中各参数的单位不同而不同，如果都用国际单位制，则C===0．03848；△为天然气相对密度；D为管道内经，m；为水利摩阻系数；为天然气压缩系数；T为气体温度，K；R为天然气气体常数，m／(s·K)；S，Si_为第i点和第i～1点的高程，m；L为第i点和第一1点之间的水平距离，m；L为管道计算段总长度或压缩机站站间距，m。2)水力约束(能量平衡约束)能量平衡指压气站提供的能量与气体输运所消耗的能量相平衡。站间能量平衡方程为：

8、一P(1一1)===。C一·‘(6)式中，Q为管道流量，m／s；P为设计压力，MPa；e为压缩比。3)进站气压约束对个压气站，每一个站的进站气压必须大于一定的值，即：P五≥Pi一1，2，⋯，(7)式中，Pz、P分别为第i