陳 欣

(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

基于理想點法的煤基天然氣輸送方案優(yōu)化研究

陳 欣

(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

針對佳木斯市天然氣市場需求，考慮投資、運(yùn)輸成本、安全性、維修頻率等因素，擬定了CNG拖車輸送、天然氣液化后汽車運(yùn)輸和管道輸送等3個技術(shù)方案。采用理想點法對3個天然氣輸送技術(shù)方案進(jìn)行綜合評價，最終確定管道輸送方案為實施方案。該方案具有運(yùn)行成本低、安全穩(wěn)定性好、長遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點。

天然氣輸送；方案優(yōu)選；理想點法；權(quán)重系數(shù)

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.06.017

隨著天然氣工業(yè)的發(fā)展，天然氣的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性也更加突出。天然氣作為清潔能源，燃燒后幾乎無粉塵 、二氧化硫等污染物排放，二氧化碳排放量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于石油與煤，對大氣的溫室效應(yīng)作用約為石油和煤的一半，是一種十分有發(fā)展前景的清潔優(yōu)質(zhì)能源，是現(xiàn)代城市生活的首選能源，利于城市持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)。

1 研究背景

為落實黑龍江省委提出的10項利民工程，加快城市供水、供熱、供氣、污水治理和垃圾治理(簡稱“三供兩治”)工程建設(shè)，實現(xiàn)全省經(jīng)濟(jì)社會又好又快發(fā)展，佳木斯市委、市政府提出城區(qū)普及天然氣的戰(zhàn)略部署。

從2009年開始，佳木斯市面臨著湯原氣田天然氣資源即將枯竭的嚴(yán)峻形勢。湯原天然氣田的供氣量約為5萬m3/d，距佳木斯政府要求的供氣量11萬m3/d有很大差距。天然氣資源已經(jīng)不能滿足佳木斯天然氣用戶發(fā)展的需要，成為制約佳木斯市天然氣發(fā)展的重大瓶頸，氣源問題急需解決。

為此，中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司在市場需求調(diào)查的基礎(chǔ)上，開展煤基天然氣輸送方案的制定和優(yōu)化研究，以滿足佳木斯市天然氣用戶的實際需求，提高城市燃?xì)鈿饣?，為佳木斯市持續(xù)發(fā)展提供充足的清潔能源，提高居民生活質(zhì)量和水平，利于改善城市環(huán)境，加快城市現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程。

2 天然氣輸送工藝方案的制定

通過對佳木斯市居民用戶、CNG汽車市場、公共建筑及商服用戶和工業(yè)用戶的天然氣用量需求總量的調(diào)查分析可知，該市到2020年的天然氣開發(fā)總量可達(dá)到10 262.39萬m3，確定天然氣開發(fā)生產(chǎn)規(guī)模為6 000萬m3/a，進(jìn)而擬定了3個從中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司送至依蘭縣及佳木斯的煤基天然氣輸送工藝方案：①CNG鋼瓶拖車輸送；② 天然氣液化后汽車運(yùn)輸;③管道輸送。

2.1 CNG鋼瓶拖車輸送方案

在氣源地，天然氣首先經(jīng)計量、調(diào)壓后進(jìn)入凈化裝置，脫除水、硫化氫、二氧化碳，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。通過加壓站的高壓膠管和快裝接頭向CNG鋼瓶拖車充氣，當(dāng)鋼瓶壓力達(dá)到設(shè)定值后，壓縮機(jī)自動停機(jī)。CNG鋼瓶拖車通過公路運(yùn)輸?shù)竭_(dá)城鎮(zhèn)卸氣站，通過卸氣站的高壓膠管和快裝接頭卸氣。一部分CNG先后進(jìn)入各級換熱器加熱和調(diào)壓器減壓，加臭后進(jìn)入城鎮(zhèn)輸配管網(wǎng)作為城市燃?xì)猓硪徊糠诌\(yùn)輸至CNG加氣站母站及子站作為車用燃?xì)?。該工藝方案在技術(shù)上可行，具有工藝簡單、投資省、成本低、工期短、見效快的特點。其影響因素有供氣規(guī)模、用氣性質(zhì)、氣源位置及數(shù)量、運(yùn)距等。

2.2 天然氣液化后汽車運(yùn)輸方案

天然氣經(jīng)預(yù)處理脫除重質(zhì)烴、硫化物、CO2、水等雜質(zhì)后,經(jīng)過冷卻處理形成液化天然氣。液化天然氣(LNG)供氣時，LNG由低溫槽車運(yùn)到氣化站內(nèi)，用槽車自帶的增壓器給槽車增壓，利用壓差將槽車內(nèi)的LNG壓入站內(nèi)低溫儲罐儲存，儲罐中的LNG再經(jīng)自帶增壓系統(tǒng)壓入空溫式氣化器，在氣化器中LNG通過吸熱發(fā)生相變成為氣體，在氣化器的加熱段升高溫度(夏季氣體溫度最高達(dá)到20 ℃，冬季不低于-10 ℃)，然后經(jīng)過濾、降壓、計量后進(jìn)入管網(wǎng)系統(tǒng)，一部分作為城市燃?xì)?，其余部分作為車用燃?xì)狻７趴諝饣饕膊捎每諟厥綒饣?，站區(qū)各類管道的放散天然氣通過管道引至站內(nèi)放散塔進(jìn)行集中放散。

該方案投資高，在設(shè)計、設(shè)備采購、施工等方面需要大量的人力、物力和財力，并且由于設(shè)備多、管道復(fù)雜使得儲配站占地面積增大，運(yùn)行費(fèi)用高，投資巨大。但LNG氣源價格及運(yùn)輸費(fèi)用較CNG低，且供氣規(guī)模范圍大。

2.3 管道輸送方案

天然氣長輸管線是輸送天然氣的主要手段。實踐證明，采用管道大規(guī)模輸送天然氣是最經(jīng)濟(jì)、有效的輸送方式。但是長輸管線的建設(shè)受用氣量、地形、施工技術(shù)及裝備和用戶分布等的限制。該方案工程成本高、施工難度大、工期不易保證，管線維護(hù)費(fèi)用大，適合用氣量大、用戶集中的地區(qū)。

3 方案優(yōu)選方法

當(dāng)前，方案評價有模糊數(shù)學(xué)方法、灰色關(guān)聯(lián)評價方法、層次分析法、集對分析法和多屬性評價方法等[1]。其中，多屬性評價方法操作簡單，能較全面地客觀反映方案的基本信息，主要包括加權(quán)綜合評價法、理想點法和偏好排序法等。理想點法基于各評價方案和最優(yōu)方案的接近度，判斷方案的優(yōu)劣[2，3]。當(dāng)評價方案和正理想點的距離越短，則該方案越優(yōu)；評價方案和副理想點距離越遠(yuǎn)，則該方案越優(yōu)。理想點法的工作步驟如下：

(1) 建立決策矩陣(1)，并按公式(2)進(jìn)行規(guī)范化處理。

(1)

(2)

得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣：

(3)

采用兩兩對比法，得到各評價指標(biāo)的重要性系數(shù)(權(quán)重)為[4]：

W=(w1,w1,w1,…wn)

(4)

則加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣為Y′=Y·W

(5)

(3) 按公式(6)求各個評價方案與正理想點的近似度。

(4) 根據(jù)決策方案的近似度αi對評價決策方案進(jìn)行排序，αi越小，則方案越優(yōu)，進(jìn)而確定最優(yōu)方案。

4 煤基天然氣輸送方案優(yōu)化

天然氣輸送的3個預(yù)選方案，各有利弊，但3個方案輸送系統(tǒng)設(shè)計能力相同，因此，對輸送系統(tǒng)設(shè)計能力不做評價。對3個預(yù)選方案的不同屬性值進(jìn)行篩選整理，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和數(shù)據(jù)分析整理，選定工藝復(fù)雜性、運(yùn)輸距離、運(yùn)輸費(fèi)用、安全性、穩(wěn)定性、發(fā)生事故概率大小、維護(hù)頻率、日常維護(hù)成本、初期投資等9個屬性值，針對3個方案的9個屬性值進(jìn)行數(shù)據(jù)整理(見表1)，并對3個方案進(jìn)行綜合評價。

表1 方案比較匯總

注：3個方案輸送設(shè)計能力均為6 000萬m3/a。

由于各個方案中相關(guān)指標(biāo)有定性指標(biāo)和定量指標(biāo)，先將定性指標(biāo)定量化，采用10分制確定指標(biāo)值，結(jié)果見表2。

表2 方案定量化比較匯總

由此構(gòu)成了3個方案、9個屬性的多屬性決策問題。設(shè)I1、I2分別為極大型指標(biāo)和極小型指標(biāo)集合。這里屬性X4、X5屬I1集合，其余屬性屬于I2集合。

采用公式2中標(biāo)準(zhǔn)化函數(shù)，則：

采用兩兩對比法，得到各個評價指標(biāo)的重要性(權(quán)重)系數(shù)為：

W=(0.07，0.14，0.14，0.07，0.11，0.10，0.12，0.11，0.14)

則加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣為Y′=Y·W

此時，理想點為：

I*=(0.35,0.14,0.14,0.07,0.11,0.10,0.12,0.11,0.14)

采用公式(6)計算各個方案與正理想點(最優(yōu)方案)的相對接近度(見表3)。

表3 各個方案與正理想點(最優(yōu)方案的相對接近度)

依據(jù)近似度大小，可知第3個方案(管道運(yùn)輸方案)距離理想方案的距離最近，且該方案具有設(shè)備維護(hù)費(fèi)用低、運(yùn)輸成本低和安全性高的特點，從長遠(yuǎn)看經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)。故選擇該方案為最優(yōu)方案。

5 結(jié)語

為滿足佳木斯市天然氣用戶發(fā)展需要，中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司在對該市市場調(diào)查的基礎(chǔ)上，確定了煤基天然氣輸送產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模方案為6 000萬m3/a。綜合考慮投資、成本、運(yùn)輸距離、維護(hù)費(fèi)用、輸送安全穩(wěn)定性等因素，擬定了CNG拖車輸送方案、天然氣液化后汽車運(yùn)輸和管道輸送等3個工藝技術(shù)方案。采用理想點法對3個擬定的天然氣輸送技術(shù)方案進(jìn)行系統(tǒng)綜合分析，最終確定管道輸送方案為實施方案。該方案運(yùn)輸成本低，安全性高，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用低，長遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)效益高。

[1] 葉義成，柯麗華，黃德育.系統(tǒng)綜合評價技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[2] 馮樹民，吳海月，王弟鑫.基于理想點法的多目標(biāo)最短路求解算法研究[J].公路交通科技，2016(3):97-101.

[3] 董金萍.基于組合賦權(quán)的理想點法在水質(zhì)綜合評價中的應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，2016(8):28-31.

[4] 李影，劉治愚.基于組合賦權(quán)-理想點法的大壩安全評價模型[J].中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報，2016(1):60-66.

Optimization of Coal Based Natural Gas Transmission Scheme Based on Ideal Point Method

Chen Xin

(WuhuanEngineeringCo.,Ltd.,WuhanHubei430223China)

In view of the natural gas market demand of the city of Jiamusi, this paper, considering investment, transportation cost, safety, maintenance frequency and other factors, suggests three optional technical schemes including CNG trailer transportation, automobile transportation of the liquefied natural gas and pipeline translation.The ideal point method is used to carry out comprehensive evaluation of the three schemes.As a result, the pipeline transportation, due to its low operation cost, good safety and stability and long term economic benefits, has been adopted as the implementing scheme.

natural gas transport; scheme optimization; ideal point solution method; weight coefficient

陳欣(1975年-)，湖北武漢人，1997年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)工業(yè)與民用建筑專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)主要從事國際營銷等工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.06.017

X 701

A

1004-8901(2016)06-0057-03

2016-08-05