川西地区天然气管网优化及仿真技术研究

【摘要】：本文调研了大量国内外文献，紧跟国内外在天然气管网系统优化及仿真技术方面的最新研究成果，结合川西地区天然气管网系统，在管网系统布局优化、结构参数优化、运行优化以及仿真方面进行了一系列深入研究。 根据气田开发阶段的不同，以管网投资为目标，提出了管网布局优化模型，由于该模型中既有连续变量又有离散变量，采用分步优化计算方法进行求解。 在管网布局的基础上，以管网投资净现值为目标，建立了管网结构参数优化模型，充分考虑了输气量、管径、输气压力、管长、增压比、压缩机数目之间的关系，采用离散混合变量优化方法进行求解。 以系统工程的观点，综合考虑天然气生产部门、经营部门和用户之间的关系，以天然气经营部门的最大经济效益为目标，通过对天然气管网系统采、输、配过程中各种影响因素的分析，建立了管网系统运行方案优化的数学模型，并采用可行方法和线性逼近法进行求解模型。 针对天然气集输配管网系统的特点，建立了能适用于各种结构形式的等温输气管网和一般输气管网系统稳态仿真数学模型，并采用节点压力法进行等温输气管网系统稳态仿真，采用松弛法进行一般输气管网系统稳态仿真。 针对天然气集输配管网系统及其运行的特点，建立了能适用于各种结构形式的等温输气管网和一般输气管网系统动态仿真数学模型。利用泛函分析理论和算子级数法进行等温输气管网系统动态仿真，采用中心隐式差分法进行一般输气管网系统动态仿真。 根据本文研究成果，编制了天然气管网系统优化及仿真软件包。该软件包具有适用性广、操作方便、计算精度高等特点，并成功应用于指导川西地区天然气管网的建设。同时该软件也能适用于其它气田天然气管网的优化分析和仿真。 【关键词】：天然气 集输系统 管道 优化设计 管网布局 优化运行 仿真 规划
【学位授予单位】：西南石油学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TE866
【目录】：

• 1 引言8-19
• 1.1 本文研究的目的意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-15
• 1.2.1 管网系统优化技术发展现状9-12
• 1.2.2 管道系统仿真发展现状况12-15
• 1.3 本文的研究目标与内容15-16
• 1.4 本文研究的技术路线16-17
• 1.5 本文的主要研究成果及创新点17-19
• 1.5.1 本文的主要研究成果17-18
• 1.5.2 本文的创新点18-19
• 2 管网系统优化布局19-25
• 2.1 引言19
• 2.2 管网系统优化布局数学模型19-20
• 2.3 管网系统优化布局数学模型求解20-25
• 2.3.1 井组划分20-22
• 2.3.2 站址优化22-25
• 3 管网系统结构参数优化设计25-32
• 3.1 引言25
• 3.2 管网系统结构参数优化数学模型25-30
• 3.2.1 目标函数25-27
• 3.2.2 约束条件27-30
• 3.3 管网系统结构参数优化数学模型求解30-32
• 3.3.1 初始离散复合形的产生30
• 3.3.2 最优解搜索30-32
• 4 管网系统优化运行32-43
• 4.1 引言32
• 4.2 管网系统优化运行数学模型32-35
• 4.2.1 目标函数32-33
• 4.2.2 约束条件33-35
• 4.3 管网系统优化运行数学模型求解35-43
• 4.3.1 可行方向法35-42
• 4.3.2 线性逼近法42-43
• 5 复杂输气管道系统稳态仿真43-50
• 5.1 引言43
• 5.2 等温输气管道稳态仿真43-48
• 5.2.1 数学模型43-44
• 5.2.2 管道系统稳态仿真方法44-45
• 5.2.3 管网系统稳态仿真模型的求解45-48
• 5.3 一般输气管道稳态仿真48-50
• 5.3.1 数学模型48-49
• 5.3.2 多点边值问题求解的松驰法49-50
• 6 复杂输气管道系统动态仿真50-63
• 6.1 引言50
• 6.2 等温输气管道系统动态仿真50-58
• 6.2.1 数学模型50-52
• 6.2.2 数学模型求解52-55
• 6.2.3 实例分析55-58
• 6.3 一般输气管道系统动态仿真58-63
• 6.3.1 数学模型58-59
• 6.3.2 数学模型求解59-61
• 6.3.3 复杂管网系统动态仿真模型求解61-63
• 7 天然气集输配系统优化及仿真程序的编制和考核63-71
• 7.1 软件需求分析63
• 7.1.1 目的63
• 7.1.2 需求63
• 7.2 软件编制63-64
• 7.3 软件测试64
• 7.4 软件的安装64-66
• 7.5 窗口及基本操作66-71
• 7.5.1 窗口的组成66-68
• 7.5.2 菜单、快捷键和工具按钮的使用68-71
• 8 川西地区管网系统优化与仿真研究71-111
• 8.1 管网布局分析71-75
• 8.1.1 基本情况71-73
• 8.1.2 优化结果73-75
• 8.2 管网结构参数优化75-84
• 8.2.1 基本情况75-80
• 8.2.2 优化结果80-84
• 8.3 川西地区管网运行优化84-92
• 8.4 川西地区天然气管网仿真分析92-111
• 8.4.1 一般工况分析95-100
• 8.4.2 调峰分析100-102
• 8.4.3 特殊工况分析102-105
• 8.4.4 事故工况分析105-111
• 9 主要结论及建议111-113
• 9.1 主要结论111-112
• 9.2 主要建议112-113
• 致谢113-114
• 参考文献114-117
• 附录117-133
• 附录A：天然气集输系统工艺计算基础117-126
• A.1 气体压缩系数计算117-119
• A.2 气体焓计算119
• A.3 气体定容比热计算119
• A.4 气体定压比热计算119-120
• A.5 气体比热比120
• A.6 气体动力粘度计算120
• A.7 气体运动粘度计算120
• A.8 气体导热系数计算120-121
• A.9 气体节流系数121
• A.10 摩阻系数计算121-123
• A.11 管道总传热系数计算123-126
• 附录B 常用无缝钢管重量及价格表126-133
• 附图1129-130
• 附图2130-131
• 附图3131-132
• 附图4132-133

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