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摘要：根據(jù)市場需要對天然氣進行長距離運輸需要進行管線的設計，長輸管道的設計過程需要考慮氣田的生產能力以及用戶的用氣性質，以及天然氣的價格等多種因素，因此對長輸管線的設計方案進行優(yōu)選十分必要。本文簡要對天然氣的長輸管線設計方案的優(yōu)選方法進行了研究，主要考慮方案的經濟性以及適用性。
關鍵詞：天然氣運輸；長輸管線設計；方案優(yōu)選；經濟性
天然氣的長距離運輸是天然氣從氣田開發(fā)，到用戶使用之間的重要環(huán)節(jié)，連接著眾多的城市居民以及工業(yè)用戶，線路的輸送穩(wěn)定性將影響到國家的能源利用效率，造成巨大的經濟損失。長線的輸送方案的設計之初，就應該考慮到天然氣輸送過程中容易出現(xiàn)的問題，并根據(jù)經濟性的原則對輸送方案進行優(yōu)選，既要考慮輸送過程中的經濟效益，同時也要保證長輸線路的穩(wěn)定運行。
1天然氣長線輸送過程中容易出現(xiàn)的問題
在巨大的市場需求的拉動下，國內的天然氣長輸管線的建設進入高峰期，跨區(qū)域的輸送管網逐步建立，天然氣輸送管道作為重要的基礎公共設施，其運行過程中的安全性和穩(wěn)定性將直接影響國家的能源安全，甚至關系到社會的穩(wěn)定性，加之天然氣運輸管道相比于原油運輸管道，其內輸送的氣體具有較大的毒性，更有易燃易爆的特點，一旦發(fā)生泄漏將對管線周圍的環(huán)境和居民造成極大的影響，所造成的能源浪費和財產損失都不可估量。目前我國的天然氣輸送管道大多數(shù)服役時間較長，存在比較嚴重的線路老化現(xiàn)象，容易發(fā)生穿孔以及開裂的現(xiàn)象；運輸管線附近的環(huán)境有較大的變化，環(huán)境中存在的安全隱患也威脅著管線的運輸狀況；輸氣管線在建成以后，需要進行定期的維護，一些設計方案不夠合理的長輸線路維護成本較大，影響了天然氣跨區(qū)域運輸?shù)慕洕б妫坏斐少Y源的浪費，也無法收回初期進行管道鋪設所進行的投資。因此，就應對天然氣長輸管線的設計方案進行優(yōu)化，進而解決上述問題。
2對天然氣長輸管線設計方案進行優(yōu)選的主要參考標準
在我國經濟水平不斷提升的大形勢下，國內的工業(yè)生產以及居民生活對能源的需求逐年增大，客觀上帶動了天然氣長線運輸行業(yè)的快速發(fā)展。在進行長距離天然氣輸送管道的設計時，需要考慮市場的承受能力，預測整個市場中近期以及遠期的天然氣需求，確定合理的輸送線路；根據(jù)用戶的承受能力及使用負荷，盡可能降低管道的維護費用，減輕用戶的使用負擔，保障整個輸送線路輸氣過程的經濟性。對長輸管線進行優(yōu)選的主要標準是經濟適用性，對輸送的目的地以及輸送線路的設計合理性進行考察，根據(jù)輸送線路周邊近年的經濟發(fā)展情況預測天然氣的使用需求，考察天然氣運輸?shù)臐撛诮洕б妫Ω黝愂褂糜脩舻呢摵商匦赃M行分析，保證輸氣線路建成以后的運行效益。天然氣的運輸過程對天然氣的使用價格有比較大的影響，從經濟學原理的需求關系上分析，管輸?shù)膬r格和管道設計之間有比較直接的關系，而供應價格又將直接影響市場對天然氣的需求量，因此以經濟性對輸送管線的合理性進行分析符合天然氣經營的實際要求。天然氣長線輸送的線路在運營過程中容易引發(fā)一定的環(huán)境風險，無論是管道泄漏、火災以及氣體爆炸現(xiàn)象，都會對沿線的站場內外的環(huán)境造成影響，事故不僅造成的直接的社會財產損失，對周邊的環(huán)境質量也會有長期的影響，因此在優(yōu)選設計方案時，需要將調查內容中發(fā)生的事故進行靜態(tài)分析或者趨勢分析，考慮設計方案的事故概率。
3優(yōu)選天然氣長輸管線的方法研究
建立優(yōu)選模型的目的是選擇出經濟適用的的長輸管線設計方案，所選擇的方案應該線路準確，具有可靠的穩(wěn)定性能，與實際的敷設計劃相符合，要想建立這樣的優(yōu)選模型，需要對設計方案進行分層評價。其中第一層為管線設計的目標的合理性，這個層次的標準要符合管線設計的經濟性標準，以更好地實現(xiàn)長輸管線的運營效益；第二層為相關的技術標準的要求，包括管線敷設過程中的相關參數(shù)的合理性，需要技術人員按照敷設經驗對設計參數(shù)進行研究，考察方案的參數(shù)設計是否符合技術指標的要求，包括管線所選擇的輸送管徑，輸送壓力等，以及各站之間的壓力指數(shù)，壓縮機臺數(shù)等技術指標，整個評價方案要建立全面合理的評價標準；第三層為設計指標的要求，包括管線運營過程中經濟指標的要求，以及線路周圍的環(huán)境對輸送過程的影響，結合實際的運營資料以類比以及趨勢圖分析事故的發(fā)生率；第四層為長輸線路設計方案發(fā)生運行故障的維護方案，即相關的應急方案以及備用方案的合理性，考察整個線路的維護費用以及安全使用年限等因素，詳見圖1。根據(jù)以上層次標準的要求，需要確定層次分析過程的主觀權重系數(shù)以及客觀權重系數(shù)，權重洗漱的確定由決策者建立長輸線路的目標制定，采用標度的方法將客觀要求處理成數(shù)據(jù)化的標準，以模糊層次和精確層次相結合的方法體現(xiàn)出數(shù)據(jù)標準對方案的篩選性；客觀權重系數(shù)的確定以熵權系數(shù)為主要標準，衡量整個運輸系統(tǒng)在沒有外界影響的情況下所受到的客觀影響，仍然以數(shù)據(jù)的方式對方案的可行性進行評估。建立評價標準之后可以將已經制定的設計方案分組，按照四層評價標準進行分層篩選，經過篩選之后的設計方案的優(yōu)點和缺點都十分明顯，增加了選擇方案時的針對性，可以選擇符合實際天然氣輸送工程的設計方案進行敷設工作。如在進行第四層的篩選時，按照目前國內天然氣長輸管線的運行數(shù)據(jù)，考察各種輸送標準下輸氣線路發(fā)生故障的概率以及年度維護費用，將需要進行篩選的方案代入對應的數(shù)據(jù)區(qū)間，即可大概分析出該方案的故障率以及維護費用。
4長輸管線優(yōu)化設計方案實例
假設某天然氣輸送管道長880km，其任務輸氣量為9×108m3/a，氣田供氣壓力為5.88MPa，全線總壓力不小于0.98MPa，天然氣密度為0.6，試對其進行優(yōu)化方案設計。首先計算其主觀權系數(shù)，建立長輸管線設計方案的層次圖，進而根據(jù)公式計算權重結果。公式為：其中0≤λi≤1，ni=1Σλi=1，給定10種優(yōu)選方案供以選擇，詳見表1。雖然設計選取了不同的優(yōu)選方案，但是對比分析發(fā)現(xiàn)，方案2，3，8都與AHP法相關聯(lián)，被確定為最優(yōu)設計方案。另外，不同的優(yōu)選法使用了不同的標準，產生了優(yōu)劣的方案，決策者們應根據(jù)工程實際情況選取適合的方案進行施工。
5結語
天然氣的管道建設是國家基礎建設項目的工作重點之一，長輸管線設計的合理性將直接影響到輸送線路周邊的環(huán)境，線路運行過程中的維護成本及天然氣入戶后的價格等，因此按照經濟性的原則對設計方案進行優(yōu)選十分必要。
作者：宋保輝 單位：華潤燃氣（鄭州）市政設計研究院有限公司
天然氣長輸管線設計方案篇2
1綜合評價系統(tǒng)在天然氣長輸管線設計方案的選擇中的應用
在天然氣輸送工程中,天然氣長輸管線的設計方案越來越多,而在多種設計方案中,如何選擇科學、合理的管線設計方案,對于天然氣的長距離輸送至關重要。我們在總結各天然氣系統(tǒng)對于長輸管線設計方案的優(yōu)選方法中,經過多種研究實踐的結果表明,應用于對天然氣長輸管線設計方案的綜合評價系統(tǒng)能夠優(yōu)選出既能滿足天然氣工程技術的工藝要求,又經濟合理的長輸管線設計最佳方案,可以說非常實用。這種輸氣管道設計方案的綜合評價系統(tǒng),結合層次分析法(即AHP)的研究成果,解決了模糊綜合評價中工藝參數(shù)和經濟指標的權重取值問題,有效地改進了模糊綜合評價法,然后在綜合研究現(xiàn)有評價方法的基礎上,提出適用于天然氣長輸管線多種設計方案綜合評價的效用函數(shù)法和密切值法,并成功引人最大兼容概念對評價方法進行綜合評判,并采用最大兼容度模型來得到兼容多種評價方法的排序結果,然后評選出最終的、科學的輸氣管線的設計方案。
2建立長輸管線設計方案優(yōu)選模型并運用綜合評價系統(tǒng)對其進行模糊評價
長輸管線設計方案優(yōu)選模型表示為:長輸管線最優(yōu)設計方案屬于目標層,管道工藝參數(shù)和管道經濟參數(shù)屬于參數(shù)層,管道工藝參數(shù)中的各指標包括壓縮機站的數(shù)量、管徑大小、輸送壓力、首站壓比、中間站壓比等;管道經濟參數(shù)中的的各指標包括管道建設費、建站費、運行費、折合費等。在對長輸管線設計方案的最優(yōu)選擇中,需要對管道的工藝參數(shù)和經濟參數(shù)分別對應的各自的指標進行權重分析,而經濟指標和工藝參數(shù)的重要程度本身就是一個模糊的概念,加上各指標之間的相互作用關系較復雜,所以采用模糊綜合評價對長輸管線指標進行權重分析,在一定程度上能夠解決其中的權重取值問題。現(xiàn)對各參數(shù)及指標進行權重分析如下:
2.1管道設計參數(shù)和其下的指標權重分析
在天然氣長輸管道的施工建設過程中,管道和壓縮機站的投資在整個工程建設中所占的份額較大,所以相對于其他參數(shù)指標,管道和壓縮機站的數(shù)量非常重要。管道直徑決定了管道投資的大小,而壓縮機站的數(shù)量會對工程建設的影響很大而且直接決定了管道建成后的運行費用。
2.2經濟技術參數(shù)和其下的指標的權重分析
總折算費相對于其他經濟參數(shù)指標來說所占的比例較多,直接影響了管線建設的投資力度,所以需要對總折算費進行全面的分析評價。
2.3按照層次分析法構建的權重矩陣選出最優(yōu)設計方案
在實際的管線工程建設中,按照層次分析法中的步驟構建各目標層和其下的各項指標的權重矩陣,然后得出目標層“最優(yōu)設計方案的確定”和指標層的權重,然后得出模糊綜合評價的從優(yōu)隸屬度計算公式,(注:這里不再介紹具體計算公式,詳見相關專業(yè)資料)最終根據(jù)所得的隸屬度值得出管線設計的最優(yōu)方案。
3將效用函數(shù)法和密切值法用于長輸管線設計方案的選擇
3.1效用函數(shù)法用于天然氣長偷管線設計方案的選擇
效用函數(shù)法的概念是將目標值轉換為效用值之后再進行加權,然后構成一個新的綜合的單目標函數(shù),直接利用效用函數(shù)來獲取目標的等價效用值的方法。效用函數(shù)法類似于線性加權法,不同之處在于效用函數(shù)法不直接對目標進行加權。對天然氣長輸管線設計方案評價的各項指標為:工藝參數(shù)指標包括壓縮機站的數(shù)量、管徑大小、輸送壓力、首站壓比、中間站壓比,經濟參數(shù)指標包括管道投資費、建站投資費、運行費、年折合費等。將各指標進行無量綱化處理,并綜合工程的實際情況,經過公示計算表明:工藝參數(shù)指標在管道強度約束、水力約束滿足的條件下,輸送壓力是越高越好,其他工藝參數(shù)的指標則是越小越好。在效用函數(shù)中效用函數(shù)值越大,設計方案越優(yōu)。(注:本文中不再對效用函數(shù)法的公示計算方法進行詳述,具體參見相關專業(yè)資料,以下同)
3.2密切值法對于天然氣長偷管線設計方案的選擇
密切值法的基本思路是:先找出關于方案決策的“最優(yōu)點”和“最劣點”,然后找出盡可能接近“最優(yōu)點”而遠離“最劣點”的決策點,即所求的最優(yōu)方案。密切值法的指標體系與效用函數(shù)法的指標體系在管道設計方案的選擇中的應用相同,不同的是在密切值的定義下,密切值越小,設計方案越佳。
4將兼容度法用于長輸管線設計方案的選擇
對于某個評價方案的兼容度是指該評價方案與其他評價方案的等級相關系數(shù)的加權平均值。兼容度法的應用方法是:先對天然氣長輸管線各種設計方案的工藝參數(shù)、經濟參數(shù)的計算方案采用單一評價方法進行評價,得到多個排序結果,再引人兼容度概念對各評價方法進行綜合評價,根據(jù)所得的兼容度值,并采用最大兼容度評價模型計算,得到最終的兼容多種評價方法的最佳天然氣長輸管線設計方案的排序結果。
5結論
本文介紹的用于選擇天然氣長輸管線設計方案的綜合評價系統(tǒng),包括了模糊評價法、效用函數(shù)法和密切值法、兼容度法等。經過天然氣長輸管道建設的實踐經驗表明,對于最佳設計方案的選擇只用單一的評價比較法進行評價的效果并不太理想,而采用多種評價方法進行綜合比較分析才能真正選擇出適合工程實際的長輸管線設計方案,所以天然氣的綜合評價系統(tǒng)在對長輸管線的設計方案的選擇中具有很好的實用效果。事實證明,在天然氣的長距離輸送事業(yè)中,對長輸管線的設計方案的選擇勢在必行,而在各種各樣的設計方案中,選出最佳的設計方案使管道施工具經濟又可靠,并在天然氣的運輸中具有很重要的作用。
作者：李民民 單位：西安長慶科技工程有限責任公司
天然氣長輸管線設計方案篇3
隨著我國社會主義建設進程的不斷深入，天然氣受到了各個領域的大力推廣，長距離輸送工程的重要性越來越明顯。長輸管道工程具有極為鮮明的特點，例如，風險性較大、資金成本較大以及技術含量較大等，在建設過程中，需要大范圍敷設管道，要想確保長輸管道在作業(yè)過程中具有良好的輸送效率與質量，設計方案的選擇極為重要。
1優(yōu)選設計方案的標準規(guī)范
1.1市場承受力
隨著我國社會經濟化建設的快速發(fā)展，我國經濟水平取得了大幅度上升，人們的生活與生產活動對能源提出了更高的需求，市場需求量不斷擴大，對天然氣長線運輸行業(yè)的發(fā)展有很大的推動作用。相關人員在設計天然氣長距離輸送管道時，需要對我國能源市場承受力進行有效調查，準確掌握市場需求量，然后依次為參考，對輸送線路進行合理設計，除此之外，還要對居民的使用負荷進行深入了解，確保管道維護費用在居民承受范圍內，降低居民使用負荷，確保長輸管道具有良好的經濟性。
1.2經濟適用性
經濟適用性是長輸管線優(yōu)選的最重要標準。相關人員要對天然氣輸送目的地進行詳細考察，深入了解周邊地區(qū)的經濟發(fā)展情況，并對天然氣需求量進行合理預測，確保設計方案具有良好的可行性與合理性；基于科學理論的指導下，評估天然氣運輸?shù)慕洕б妫⒕唧w分析居民在天然氣方面的使用負荷，促使天然氣運輸作業(yè)過程中，可以取得良好的使用效益。天然氣的輸送工程直接影響著其使用價格，以經濟需求為視角，對這種關系進行分析可知，管道設計直接決定輸送價格，輸送價格是市場需求量的主導因素，因此，將經濟適用性作為管線優(yōu)選標準，符合天然氣在實際經營過程中的具體要求。
1.3作業(yè)安全性
對天然氣進行長輸管道運送，存在著極大的環(huán)境風險，例如，氣體爆炸、火災以及管道泄漏等，不僅會對管道輸送工程的內外環(huán)境造成極大的破壞，降低環(huán)境質量，損害社會公共財產，還會對居民的生命健康造成巨大的威脅。因此，在對長輸管線的設計方案進行優(yōu)選時，相關人員需要對長輸管線的運行潛在事故進行有效調查，并對其進行合理分析，例如，趨勢分析、靜態(tài)分析，確保設計方案具有良好的質量以及較高的可行性，從而有效提高長輸管線的安全性能，降低事故發(fā)生率。
2天然氣長輸管線設計方案優(yōu)選方法研究
2.1構建優(yōu)選模型
構建優(yōu)選模型，可以幫助相關人員對長輸管線的設計方案進行準確選擇，確保設計方案具有良好的經濟適用性與穩(wěn)定性，符合實際工程對敷設的需求。不過，要想構建優(yōu)選模型，必須以分層的方式對設計方案進行評價。一是管線設計合理性，此層次主要是對設計方案的經濟性能進行評價，確保長輸管線具有良好的運營效益；二是技術標準，例如敷設參數(shù)的合理性，相關人員要基于敷設經驗的指導下，深入研究設計參數(shù)，確保其與技術要求指標相符，技術評價方案要參考各個相關參數(shù)，如壓縮機臺數(shù)、站壓力指數(shù)、輸送壓力以及輸送管徑等，對評價標準進行全面且合理規(guī)范；三是設計指標要求，主要包括兩個方面，分別是經濟指標、周邊環(huán)境，結合長輸管線的實際運行情況，通過趨勢分析以及類比分析的方法對事故發(fā)生概率進行有效預測；四是故障維護方案，對長輸管線的備用方案以及應急方案進行有效監(jiān)測，確保這兩個方案具有一定的科學性、合理性以及可靠性，并對長輸管線的使用年限以及維護費用進行有效考察。
2.2規(guī)范權重系數(shù)
分層對設計方案進行分析的同時，還要對權重系數(shù)進行有效明確。權重系數(shù)主要取決于長輸線路的建立目標，通過標度法對客觀要求進行處理，使其呈現(xiàn)數(shù)據(jù)化；對精確層次、模糊層次進行有機結合，通過此種方法可以將數(shù)據(jù)標準的方案篩選功能全面體現(xiàn)。權重系數(shù)可以分為兩個部分，一個是主觀權重系數(shù)，另一個是客觀權重系數(shù)，而熵權系數(shù)是客觀系數(shù)的主要參考標準；要想對運輸系統(tǒng)在外界零干擾下遭遇的客觀影響因素進行衡量，必須以數(shù)據(jù)標準評估設計方案，確保設計方案具有可行性。
2.3分層篩選
對評價標準進行明確規(guī)范后，要對設計方案進行分組處理，參考四層評價標準對設計方案進行篩選，以這種方式進行篩選，可以幫助相關人員準確把握方案的優(yōu)缺點，有利于方案形成良好的針對性，確保方案符合實際敷設需求。例如，在篩選第四層過程中，相關人員應該參考我國長輸管線在現(xiàn)階段運營的標準數(shù)據(jù)，對符合運輸標準的管路進行調查，調查內容包括維護費用、事故發(fā)生概率等，最后在篩選方案中代入相應數(shù)據(jù)，可以對設計管道的維護費用以及事故發(fā)生概率進行有效分析。
3結語
本文針對天然氣長輸管線設計方案的優(yōu)選提出了相關標準規(guī)范，并對優(yōu)選方法進行了具體分析，以期可以從根本上提高我國天然氣長輸管線的合理性、有效性以及可行性，提高我國能源使用效率，推動我國社會效益。
參考文獻：
[1]劉武.基于層次分析法的天然氣長輸管道設計方案優(yōu)選[J].石油規(guī)劃設計，2002(03).
作者：譚春桃 單位：四川省機械研究設計院
