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1、第23卷第11期油气储运·3·输气管道优化运行的研究现状初飞雪*吴长春(石油大学(北京))初飞雪吴长春:输气管道优化运行的研究现状,油气储运,2004,23(11)3～6。摘要经验表明,天然气在管路中流动时,压缩机大约消耗管道所输气体的3%～5%来提供能量,因此压缩机耗能巨大,优化输气管道或管网的运行非常必要。论述了输气管道优化运行的国内外研究现状及建模所需要考虑的目标函数和约束条件,讨论了几个常用的优化方法,结合目前输气管道优化运行的发展趋势,给出了具体意见和建议。主题词输气管道压缩机运行优化研究量的运行成本,降低压缩
2、机的运行维护费用,而且还可以减少CO等废气的排放,有利于环境保护。因一、输气管道优化运行研究的2此,对输气管道优化运行是非常必要的。目的和意义二、国内外输气管道优化运行的天然气在管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%～研究现状［1］85%,因此耗能巨大。以设计输量为120×103/a的西气东输管道为例,如果其中的4%用于能输气管道优化运行是降低输送成本的重要手m耗,那么折合成消耗掉的天然气为5×1083/a,以段,优化运行就是使管道在能耗最小的情况下,安全m3计,就是5×108元。如果能
3、耗削减1%,每可靠地完成天然气的输送和供应。1元/m年就可以减少支出500×104元。有关专家指出,通20世纪60年代,美国、欧洲等国家相继开始了过严密、精细的优化计算,优化运行比非优化运行至输气管道优化运行问题的研究。1961年,美国一家［1］少可以降低能耗20%。国外已有许多将稳态优输气管道公司与IBM公司合作研究输气管道模拟化应用于管道运行的实例。例如,20世纪80年代与优化运行的问题,自此拉开了输气管道优化运行中期,美国SSI(ScientificSoftwareIntercomp)软件研究的序幕。最初所做的数学
4、模型都是基于稳态的公司开发了输气管道优化运行软件,对美国自然资基础,以压缩机能耗最小为目标函数,通过一系列的源管理公司(ANR)的西南输气干线进行了方案优优化计算,确定压缩机的最优运行方案。随着输气［2］化,使管道的运行能耗降低了1%～5%。1997管道的发展,在美国、北欧等国家,输气管道形成了年,CGT(哥伦比亚海湾输气公司,拥有20100km区域性或全国性的输气管网,在对输气管道干线优管道,140多座压气站)采用稳态优化运行方案,使化运行的基础上,研究人员也开始了对输气管网优燃料消耗减少约13%(相当于600×104
5、美元),日化运行的研究。SeamandsPatrickaaron、Suming常管理和维护费用减少了约34×104美元,同时Wu和KimSeongBae三位博士所做的毕业论文都［3］4［1,5,14］CO2排放量也相应减少了17.5×10t。TETCO是与输气管网稳态优化运行降低能耗有关。公司通过采取稳态优化运行的措施,每年也节省约到20世纪末,输气管道或管网稳态模拟和优化运行4［4］300×10美元。减小输气能耗不但可以节省大技术已基本成熟。*102249,北京市昌平区府学路18号;电话:(010)89734831。·
6、4·油气储运2004年早期的应用研究推动了后续的科研工作,目前小或运行成本最小为目标函数,也有一些输气公司,仍有许多公司和科研人员进行优化运行的研究,希常常把防止或减少供气中断作为目标函数。此外,望通过对数学模型和求解方法上的改进,获得更好出于环境保护的目的,也可把减少废气(CO2、H2S的结果。美国能源部(DOE)投资110×104美元,由等)排放作为一个目标函数或目标函数之一。根据堪萨斯大学建立虚拟管道系统测试平台,优化美国不同的实际需求,可以建立不同的目标函数或多个［5］天然气输送系统。其主要的研究工作是建立精确的
7、目标函数。压缩机能耗是由质量流量、压比、压缩数学模型,对构成输气管网的压缩机、管道、气源和机绝热效率等构成的非凸函数。若驱动机为燃气轮用户等进行详细的模拟,其中对压缩机的模拟占很机,则还与燃气轮机耗气率有关。约束条件由管道大一部分,旨在对输气管道系统进行精确模拟的基约束和压气站约束构成。管道约束主要有,管道允础上,能够准确分析由于系统的变化对环境、安全和许最大操作压力以及由压力和流量所构成的非线性可靠性等造成的影响,达到优化运行天然气输送系函数关系。压气站约束基本上由几部分构成,即压［6］统的目的。缩机最大功率限制、压缩
8、机流量范围(最大流量、最输气管道市场的竞争日益激烈以及客户需求的小流量)、压缩机压比范围、压缩机进出口压力限制多样化,都要求管道具有更大的运行灵活性。近几(最小入口压力、最大出口压力)、压缩机运行可行域年来,国外的一些软件公司,如AdvanticaStone公(由流量和压力所构成的非凸集合)、压缩机的串并司和Simo
