天然气长输管道运行优化及压气站负荷调度研究

【摘要】：随着世界对天然气这种优质清洁能源和燃料需求量的不断增长和大批边远气田的开发,天然气长输技术水平得到了很大提高,天然气管道系统也日趋庞大和复杂。这一方面使得人们更难于了解和掌握管道系统的运行规律、分析和处理管道系统的事故工况、论证和提出合理的运行方案:另一方面由于管道系统的运行状况直接影响天然气的产、供、销,因此人们迫切需要根据天然气管网中气体的流动规律,找出气体管网各个参数间的相互影响和流动关系,使其合理调度和可靠运行。如何实现管道的安全运行、低耗、节能、提高系统的经济效益,是科研攻关和运行管理的大目标。天然气管道运行优化问题(区别于设计优化)就成为管道运营商迫切关注的问题,也是市场经济发展的必然结果。基于这样的背景,提出了本文的研究课题——天然气长输管道运行优化和压气站负荷优化调度问题。 首先,通过对一般运行调度问题的引入和介绍,提出长输管道运行优化调度一般思路、优化调度方法和优化调度求解策略,为论文的创新点之一。这一部分内容为整个运行中的天然气长输管道统一的决策与调度管理提供一定的理论基础,同时也为论文的第七章压气站站内负荷的优化调度奠定理论基础。考虑到在压气站负荷调度时涉及到压缩机的选型,所以在本文的第四部分还针对这个问题,将压气站选型优化问题单独作为一章进行研究和讨论。 其次,通过对输气管道和压缩机各自工作特性以及联合工作的分析和介绍,为后续第五章和第六章的天然气管道运行优化(稳态与非稳态运行优化)问题的研究引入必要的基础知识,有利于后续两章论文内容的展开。 作为论文中研究的主要内容之一就是第五章的稳态天然气管网运行优化问题,在这部分内容中,通过对目前采用的稳态运行优化模型的介绍和分析,提出了一种新的、更具实际意义的运行优化模型——考虑越站和电(气)价因素的稳态运行优化,通过引入价格因素,在模型中兼顾了压气站驱动类型(电力驱动和以管输天然气为燃料的燃气轮机驱动),同时针对该模型中复杂天然气管网管段约束处理,提出了一种基于结构化思想的新的处理方法。其核心是逐级嵌套、逐级细分。这是论文的创新点之二。 作为论文主要内容之二,在第六章重点研究了天然气长输管道非稳态运行优化问题,首先由管道不稳定流动规律结合天然气流体特性,得出了长输管道天然气非稳态流动方程为一典型的抛物型方程,并对求解抛物型方程的算法作了比较详细的研究;然后根据输气管道系统特性,建立了基于压气站运行成本 【关键词】：天然气 长输管道 压气站 负荷调度 喘振 非稳态 运行优化 递阶算法
【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】：TE832
【目录】：

• 1 绪论11-29
• 1.1 引言11-20
• 1.1.1 世界管道建设与发展概况12-13
• 1.1.2 中国管道建设与发展概况13-18
• 1.1.3 世界输气管道发展趋势18-20
• 1.2 国内外天然气管道运行优化研究概况20-24
• 1.2.1 天然气管道运行优化实施原则20
• 1.2.2 国外输气管道运行优化研究现状20-24
• 1.2.3 国内输气管道运行优化研究现状24
• 1.3 本文研究的目的和意义24-25
• 1.3.1 研究目的24-25
• 1.3.2 研究的意义25
• 1.4 本文研究的主要内容25-27
• 1.5 本文主要创新点27-29
• 2 长输管道运行调度一般理论29-36
• 2.1 引言29
• 2.2 调度问题简述29-31
• 2.2.1 研究背景29-30
• 2.2.2 研究概况30-31
• 2.3 长输管道运行优化调度31-35
• 2.3.1 研究内容31-32
• 2.3.2 优化调度方法32
• 2.3.3 优化调度过程32-34
• 2.3.4 优化调度求解策略34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 3 输气管和压缩机工作基本理论研究36-58
• 3.1 引言36
• 3.2 气体在管道中的流动分析36-46
• 3.2.1 气体动力学方程36-37
• 3.2.2 天然气在管路中实用流动方程37-46
• 3.3 输气管道工作特性分析46-47
• 3.4 离心压缩机和燃气轮机工作特性研究47-55
• 3.4.1 离心式压缩机工作特性48-52
• 3.4.2 离心压缩机串并联工作特性52-53
• 3.4.3 燃气轮机模型53-55
• 3.5 压气站与输气管道的联合运行55-57
• 3.6 本章小结57-58
• 4 压气站系统优化选型研究58-63
• 4.1 引言58
• 4.2 压气站系统优化选型基本原则58-59
• 4.3 压气站系统优化选型分析59-62
• 4.3.1 压气站动力驱动类型选择59-60
• 4.3.2 备用方案的选择60
• 4.3.3 机组大小的选择60-61
• 4.3.4 燃气轮机和离心压缩机的配套选型61-62
• 4.4 本章小结62-63
• 5 天然气长输管道稳态运行优化模型研究63-80
• 5.1 引言63
• 5.2 以管道输送总成本为目标的运行优化模型63-64
• 5.3 压气站运行优化的MINLP模型64-65
• 5.4 基于黑箱方法的运行优化模型65-68
• 5.5 考虑越站和电(气)价的运行优化模型68-71
• 5.6 复杂枝状管网系统的管段约束处理方法71-78
• 5.7 本章小结78-80
• 6 天然气长输管道非稳态运行优化及其算法研究80-100
• 6.1 引言80
• 6.2 气体在长输管道中的不稳定流动分析80-88
• 6.2.1 气体管道非稳定流动方程组80-81
• 6.2.2 气体管道非稳态流动的抛物型方程81-84
• 6.2.3 输气管段非稳态流动方程算法研究84-88
• 6.3 非稳态运行优化模型研究88-92
• 6.3.1 非稳态运行优化概况88-90
• 6.3.2 非稳态运行优化目标函数的确定90-91
• 6.3.3 非稳态运行优化模型约束条件的确定91-92
• 6.4 非稳态运行的递阶优化算法研究92-98
• 6.4.1 目标函数(运行成本函数)的求解算法研究92-94
• 6.4.2 局部优化算法的基本过程94-98
• 6.4.3 大系统分解协调相关问题98
• 6.5 本章小结98-100
• 7 天然气长输管道压气站负荷调度的递阶优化研究100-128
• 7.1 引言100
• 7.2 输气管道运行工况分析100-107
• 7.2.1 输气管道热力计算100-103
• 7.2.2 压气站站间距和站数103
• 7.2.3 输气管和压气站联合工作模型103-105
• 7.2.4 压气站停运对输气工况的影响105-106
• 7.2.5 压气站站场压力损失106-107
• 7.3 压气站负荷调度优化模型的建立107-116
• 7.3.1 全管线压力优化分配107-110
• 7.3.2 递阶优化方法110-112
• 7.3.3 压气站负荷的优化调度模型112-116
• 7.4 压气站负荷调度基本算例116-126
• 7.4.1 基本假设和基础数据116-118
• 7.4.2 季节性负荷不均匀的优化调度118-121
• 7.4.3 站内压缩机组间的负荷分配121-123
• 7.4.4 压气站故障停机时负荷的优化调度123-125
• 7.4.5 输气管温度升高时压气站的优化调度125-126
• 7.5 本章小结126-128
• 8 结论及研究展望128-131
• 8.1 结论128-129
• 8.2 研究展望129-131
• 参考文献131-137
• 致谢137-138
• 博士期间参与科研项目及论文发表情况138-139

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