天然气集输管网优化
摘要：在我国，近些年来天然气集输管网系统向密闭化、复杂化、
大型化的方向发展，天然气的集输管网工程也是一个投资巨大，内
容繁琐的工程。因此，对于天然气输管网进行优化就有很现实的意
义，并且十分迫切，本文笔者通过大量调研中外相关资料的基础上，
概述了我国目前的天然气集输管网的现状，并分析我国天然气管网
的问题，进而提出了天然气输管的优化分析及其常见的优化方法以
供读者参考。
关键词：天然气；集输管网；现状；分析；优化
中图分类号：te832
寻找发现可供人类使用的新的第四代能源是这个世纪全世界的
一个重要问题，也是一个重要挑战。新一代能源，要求不仅在技术
及其存储量上能够满足人类人们日益增长的物质经济要求，还要实
现人与自然和谐发展，资源的再利用。新能源研究资料及其技术显
示未来核能，天然气及其氢气是未来有可能代替石油供人类使用的
新一代能源。其中天然气本身的清洁、环保的特点，当作为新一代
优质能源的首选。发展天然气，改善国内的能源结构，是目前我国
能源发展的大趋势。世界能源专家普遍认为我们将迈入天然气的时
代，世界上一些朱明的研究机构表明，未来中东地区交通运输行业
中能源消耗构成中，天然气将成为一个重要的能源发挥至关重要的
作用。伴随着天然气的使用及其天然气集输配网的规模的大型化，
密集化，同时为了能提高天然气的管网的利用率以及增加天然气的
经济效益，对天然气管网的优化显得越来越重要了。天然气集输管
网的建设耗资巨大，一旦建成不会轻易改动，因此在集输网管的设
计时，如何进行优化必须慎之又慎。
1、我国天然气集输管网的现状
进入二十一世纪，伴随着我国经济的快速增长，我国对能源的需
要越来越大，其中天然气由于它自身的一些优点，如低污染、便于
运输，存储等特点，受到了更多的关注。相应的天然气集输管网的
建设也越来越重要。我国已经开始了一批区域性管网建设，为以后
的市场做好铺垫。在开始建设“西气东输”工程之前，中国的已经
建设总长达9972km的输气管道，形成一个基础的三类区域性管线：
陕甘宁气区、川渝区环形管网、各油田自己的管网。这些管网与后
来“西气东输”工程的建设对我国天然气的集输有着至关重要的作
用。我国的第一区域性环形管网就是1989年从渠县到城都的川渝
气区，经过这些年的不断发展，川渝区天然气管网基础设施已经趋
于完善，目前已经建成超过6500km的输气管网。2001年青海气区
建设的涩宁兰管道工程是为了打通西宁至兰州的输气要求，东至甘
肃省兰州，途径青海、甘肃两省的十三个市区县，输管线总长930km。
1997年建成以京津为目标市场的环渤海地区的陕京线是我国大陆
上第一条大口径高压输气管道，为满足需要并缓解冬季供气压力，
在随后的2000年、2001年和2003年建成3个配套的地下储气室。
后来为了将川渝地区的天然气资源用在中南地区修建了忠武线，管
道总长1365km。后来的西气东输工程是我国最大的一项输气线路的
建设，目前一直在建过程中，部分已经投入使用。
2、天然气管网优化分析
2.1天然气管网中井组的优化分析
天然气集输管网系统优化设计中的井组的优化就是要确定集输
网系统中集气站和气井
之间的最佳归属关系，寻求整个集输系统里面气井与集气站的距
离和的最小值，从而达到集输管网的投资节约的效果，并且提高集
输管网的经济效益。通常情况下，集输管网井组的最优化是不考虑
管道流量的问题，只遵循井式条件极其集输半径，按照各个气井与
集气站的距离最近的最优化原则确定方案。但是这种优化方案由于
条件的局限性，通常在现实中实用性不强，并且不是很合理。所以
在集输管网的井网的优化设计时候，不仅要考虑集气站的集气规模
还要在计算井组和集气站之间的距离时加上各个计算点之间的高
差，用来提高精确度，除此之外，还应将传统井组优化的约束条件
作为迭代计算的初始条件进行保留处理。
2.2集输管网系统枝状管网的优化分析
天然气集输管网系统的枝状管网的最优化设计，其实就是为了是
集输管网系统中各个集气站之间的集气管线连接投资成本最小化，
以实现节约成本，提高效益。传统的集输管网系统枝状管网的优化
需要根据设计集输管网系统里枝状管网的图样，集输枝状管网布局
的中心集气站位置选择的优化情况分析，集输管网的枝状管网的连
接方式的优化这三者的基础之上进行最优化设计。在以往的集输管
网枝状管网的最优设计中，通常不清楚图样方向及其管网各段的流
向和流量，才用的顶点加权的方法的准确性不够。所以枝状管网优
化应先确定管网连接方式，再确定枝状管网的集气中心站位置，然
后调整有向生成树中调整管网布局，来实现枝状管网的最优方案。
3、集输管网的优化方法
3.1集输场站和集输管网的布局、选址要求应当一致
集输场站的选址布局是否合理与集输生产成本的高低有很大的
关系，要想做好集输管
网的优化，也就要求必须做好集输场站的优化，二者相结合才能
更好的实现集输管网的优化。在气田的集输系统工程建立的时候，
最先考虑的就是怎样确定合理的集输集气站的数目及其位置。由于
集输集气站的数量的多少与投资相关联，并且集输站位置的确定与
整个气田集输管网也就是网络布局的结构形成有很大的关系，集输
管网的投资费用很高，基本上达到每千米高达几十万元，在集输管
网的总投资中集输管线的投资占据十分是六七的比例，在集输管网
优化的过程中研究集气站的问题是很有现实意义的。
3.2寻求集输管网的最佳管径组合
集输管网的最佳管径组合就是集输管网的管道内的流动能够满
足使用要求的情况下尽可能使管道的直径最小，并寻求一种最佳的
管径组合方式，在管道的总长度保持恒定的情况下使得大直径管道
的长度在管道总的长度中的占有的比例尽可能的小。
3.3确定合理的制管方式及其选择合适的管道材质
集输管网管道的材质应当天然气的气质条件、集输管道在当地低
气温时金属能够正常工作的最低温度、已经确定的腐蚀防护做法对
集输管道的最低要求等相适应，其管道的强度应当由钢管制作工艺
和管道的计算壁厚共同确定的最小管壁厚度来决定，如果出现计算
壁厚远大于最小壁厚的情况，可以适当提高强度水平来降低最低计
算壁厚；如果出现最小壁厚与计算壁厚很相近的情况，可以以最小
壁厚为依据来确定金属管道材料强度值。在管道材质选择方面，对
于管道直径要求不大的集输管道可以采用无缝钢管，大直径集输管
道一般需要采用焊接钢管。但是应当注意的是：假如在湿状状态下
输送含有 的天然气时，不能使用螺旋缝埋弧焊或者高频电阻焊的
钢管。
总结：二十一世纪是信息时代，随着科技的进步，计算机的广泛
使用等为集输管网布局的优化提供了必要的理论基础和实现途径。
“最优化”已经成为现代工程技术的主题。集输管网的优化目标就
是不进要满足工艺和用户使用的需求，而且要求集输管网的建设投
资花费最少，确保整个集输管网的运行经济、可靠及安全。当前世
界的输气管网的发展方向是长远距、网络化、控制管理的自动化、
使用高级钢管道等等，因此在进行天然气集输管网系统的优化规划
过程中，应结合集输管网的集体情况，顺应时代发展，利用高科技，
确定相对应的规划设计准则，进而确定科学合理方案，达到设计的
合理性及其适用性，节约成本，提高效率。
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