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1、第27卷第1期天然气工业储运与集输工程3气田地面集输管网运行优化及其应用研究1,2222杨毅李长俊廖柯熹向敏(1.中国石油西南油气田公司天然气经济研究所2.西南石油大学)杨毅等.气田地面集输管网运行优化及其应用研究.天然气工业,2007,27(1):1112113.摘要国内某些老气田地面集输设备已运行多年,部分旧管道承压能力和集输站集输能力都有所下降,给集输管网运营带来了安全隐患。因此,有必要开展现有设备集输能力优化研究工作,充分利用现有集输设备的工作能力,确保集输管网系统安全、高效地运行,并指导集输设备的更换和改造。在分析集输管网实际运营状况的基础上,以集输管网内
2、天然气最大流量为目标函数,综合考虑集输站工作能力、管道承压能力以及管输系统运行工况条件,建立了气田地面集输管网运行优化数学模型,并采用线性化算法求解了该优化模型。实例分析结果表明,建立的集输管网运行优化模型和采用的优化算法切实可行。此集输管网优化方案既可用于优化该集输管网的日常运营,又可用于指导集输管网的改造和未来规划。主题词气田管网最优化运行数学模型应用3Qjmin表示用户用气量或输气站的最小气量,m/d;一、气田集输管网运行优化模型3Qjmax表示用户用气量或输气站的最大气量,m/d;1.目标函数Nout表示用户用气量或输气站的总数。气田地面集输管网优化模型的目
3、标函数是最大(4)管网节点压力约束[1]化地利用管网的集输能力:pimin≤pi≤pimax(i=1,2,⋯,Nn)(5)Nin式中:pi为第i节点压力,Pa;pimin为第i节点允许的maxF=∑Qi(1)i=1最小压力,Pa;pimax为第i节点允许的最大压力,Pa;式中:Qi表示第i口气井产量或集气站集气能力,Nn为管网中的节点数。m3/d;N[2]in表示集输管网中气井和集气站的总数。(5)管道压力降方程2.约束条件225π[pQ(1-CΔh)-pZ]DM=(6)(1)管道强度约束4CΔhλZRTL1-pa≤pamax(a=1,2,⋯,Np)(2)23式中:
4、pa表示管道a中的压力,Pa;pamax表示管道a式中:M为通过管道的气体流量,m/s;pQ为管道起的最大允许操作压力,Pa。点压力,Pa;pZ为管道终点压力,Pa;T为气体流动(2)气井(或集气站)气量约束温度平均值,K;L为管道长度,m;D为管径,m;ΔhQimin≤Qi≤Qimax(i=1,2,⋯,Nin)(3)为管道起始端与终端高程差,m;Z为气体压缩系数,式中:Q3按BWRS状态方程计算;λ为气体摩阻系数。i表示气井或集气站的气量,m/d;Qimin表示[2]气井或集气站的最小气量,m3/d;Q(6)阀门方程imax表示气井或集3气站的最大气量,m/d。M
5、f=K0pi(pi-pj)(7)3(3)用户用气量或输气站的气量约束式中:Mf表示通过阀门的气体流量,m/s;K0表示Qjmin≤Qj≤Qjmax(j=1,2,⋯,Nout)(4)阀系数,与阀结构和开度有关,m·s;pi表示阀的入3式中:Qj表示用户用气量或输气站的气量,m/d;口压力,Pa;pj表示阀的出口压力,Pa。3本文为四川省重点学科建设项目(SZD0416)。作者简介:杨毅,1977年生,2006年毕业于西南石油大学油气储运工程专业,获得工学博士学位;现为中国石油西南油气田公司在站博士后,主要从事天然气经济及油气储运研究工作。地址:(610051)四川省成
6、都市建设北路一段60号。电话:(028)86012332,13882202733。E2mail:yangyi_yangyi@tom.com·111·©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net储运与集输工程天然气工业2007年1月[2][6](7)管网节点流量平衡约束化法的初始点。∑αikMik+Qi=0(8)三、实例分析k∈Ci式中:Ci表示与第i个节点相连元件集合;Mik表示某气田的地面集输管网如图1所示。将集气站与第i个
7、节点相连元件k流入(出)i节点流量的绝和配气站及阀室作为节点,则管网由17条管道,18对值;Qi表示i节点与外界交换的流量(流入为正,个节点组成(其中有12个集气站,3个配气站和2个流出为负);αik为系数,当k元件中流量流入i节点时为+1,流出i节点时为-1。通过分析总结出集输管网优化模型的优化变量为节点的压力和流量。设优化变量为x,则:x=[p1,Q1,p2,Q2,⋯,pN,QN](9)nn[3]该优化问题可写成下述标准化优化模型:minf(x)(10)x∈Rs.t.hi(x)=0(i=1,2,⋯,m)(11)gi(x)≤0(i=1,2,⋯,l)(12)图1
