摘 要：針對天然氣集輸管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計問題，本次研究從我國天然氣集輸管網(wǎng)的優(yōu)化現(xiàn)狀出發(fā)，對優(yōu)化設(shè)計的基本原則進(jìn)行介紹，在此基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行深入研究，最后提出天然氣管網(wǎng)設(shè)計優(yōu)化方案，為推動我國天然氣集輸管網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。研究表明：在對天然氣管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化的過程中必須遵循安全性以及經(jīng)濟性兩大原則，其結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要可以分為三個方面，分別是環(huán)形優(yōu)化、樹狀優(yōu)化以及星形優(yōu)化;隨著科技的不斷發(fā)展，采用智能算法對天然氣集輸管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)成為了一種可行的方案，未來需要加快智能算法在該領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：天然氣;集輸管網(wǎng);優(yōu)化設(shè)計;優(yōu)化原則;結(jié)構(gòu)優(yōu)化

隨著社會對能源需求量的不斷增加，我國相關(guān)油氣田單位都在擴大生產(chǎn)規(guī)模，隨著氣田單位生產(chǎn)規(guī)模的不斷增加，對天然氣集輸管網(wǎng)的要求也越來越高，不但要求集輸管網(wǎng)需要滿足生產(chǎn)的基本要求，也必須滿足安全的基本性能。因此，相關(guān)氣田單位需要對已有的集輸管網(wǎng)進(jìn)行改造和優(yōu)化。我國新出現(xiàn)的氣田單位在集輸管道設(shè)計的過程中，為了保證安全性和經(jīng)濟性，也需要對其進(jìn)行一定的優(yōu)化設(shè)計[1]。由于天然氣集輸管網(wǎng)較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的計算方法已經(jīng)不能滿足優(yōu)化設(shè)計的基本要求。近些年來，隨著智能算法的不斷發(fā)展，將智能算法應(yīng)用到天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化中成為了一種可能。

1 天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化原則

在對天然氣集輸管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的過程中，必須滿足經(jīng)濟性和安全性兩大基本原則，首先在安全性方面，天然氣本身就具有一定的危險性，天然氣中還含有一定量的腐蝕性物質(zhì)，經(jīng)過長期的運行后，必然會對集輸管道產(chǎn)生一定的腐蝕，如果天然氣集輸管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)較為混亂，就會使得腐蝕的速率增加，進(jìn)而使得集輸管網(wǎng)的安全性受到嚴(yán)重的威脅[2]。同時由于氣田單位需要進(jìn)行的生產(chǎn)環(huán)節(jié)相對較多，如果天然氣集輸管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)較為混亂，也會使得生產(chǎn)受到一定的影響。在另一方面，降低生產(chǎn)成本已經(jīng)成為我國各個單位的基本要求，對于天然氣的集輸工作而言，由于集輸管道的數(shù)量相對較多，管道沿線需要的設(shè)備也相對較多，因此，如何降低建造成本成為了一項關(guān)鍵問題，通過天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計可以使得建設(shè)成本得到一定的降低，進(jìn)而滿足經(jīng)濟性的基本要求，這完全符合我國可持續(xù)發(fā)展的基本目標(biāo)。

2 天然氣集輸管網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

目前，常見的天然氣集輸管網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以分為三種類型，分別是環(huán)形管網(wǎng)、樹狀管網(wǎng)及星型管網(wǎng)。首先，在環(huán)形管網(wǎng)方面，天然氣集輸管網(wǎng)中的干線與支線之間通過串聯(lián)的方式相互連接，各條管道內(nèi)的壓力將處于平衡的狀態(tài)，如果氣田的氣井呈現(xiàn)出了環(huán)形分布結(jié)構(gòu)，則可以將各個井口采用環(huán)形連接的方式進(jìn)行連接，該種類型的連接形式有利于天然氣集輸管網(wǎng)的管理[3]。在樹狀管網(wǎng)方面，一條干線將多條支線相互連接，進(jìn)而使得天然氣的集輸管網(wǎng)呈現(xiàn)出了樹狀的結(jié)構(gòu)，該種類型的天然氣集輸管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可以使得集輸管網(wǎng)的建設(shè)成本大大降低，但是并不利于各條管道的管理以及各氣井的管理，同時在應(yīng)用該種類型集輸管網(wǎng)的過程中還會出現(xiàn)各支線分流不均勻的問題，進(jìn)而使得整個生產(chǎn)過程不夠平穩(wěn)，如果氣田單位的氣井呈現(xiàn)出了直線分布的結(jié)構(gòu)，則可以采用該種類型的集輸管網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式。星型管網(wǎng)是一種較為先進(jìn)的集輸管網(wǎng)布局形式，如果某氣田呈現(xiàn)出了以某口氣井為中心的氣井分布結(jié)構(gòu)，則可以采用該種集輸管網(wǎng)布置形式，這種形式的集輸管網(wǎng)不但可以保證天然氣分流的均勻性，而且還可以使得天然氣集輸管網(wǎng)的建造成本降低，目前該種形式的集輸管網(wǎng)已經(jīng)在我國氣田處理廠內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。

3 天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計

由于氣田單位的集輸管網(wǎng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的過程中，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法已經(jīng)不再適用，近些年來，隨著智能算法的發(fā)展，蟻群算法和粒子群算法都已經(jīng)在集輸管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計中得到了成功的應(yīng)用。首先在蟻群算法方面，這是一種參數(shù)優(yōu)化以及求解較為先進(jìn)的算法，該種算法基于螞蟻群落生存的基本原理，與其他類型的優(yōu)化設(shè)計算法相比，該種類型算法求解速度相對較快，且求解的精度相對較高，但是該種算法在應(yīng)用的過程中也存在一定的缺陷，該種算法在求解的過程中對循環(huán)次數(shù)的要求相對較高，如果求解循環(huán)次數(shù)不足，則求解的精度就會受到一定的影響，另一方面，該種算法在應(yīng)用的過程中需要人為設(shè)定一些參數(shù)，如果人為設(shè)定的參數(shù)不合理，也會影響求解精度。在粒子群算法方面，該種算法應(yīng)用的最大優(yōu)勢在于在保證精度的情況下可以大大縮短結(jié)構(gòu)優(yōu)化所需要的時間，該種算法在應(yīng)用的過程中，可以自身調(diào)節(jié)某些參數(shù)的數(shù)值以此來實現(xiàn)提高精度的基本要求，但是該種類型的算法也存在一定的缺陷，該種算法在應(yīng)用的過程中容易陷入局部最優(yōu)的問題，且在較短的時間內(nèi)收斂性相對較差，這對于結(jié)構(gòu)優(yōu)化而言十分不利。因此，目前智能算法在集輸管網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)用方面仍然存在一定的問題。

4 結(jié)論

天然氣集輸管網(wǎng)的優(yōu)化必須滿足安全性以及經(jīng)濟性兩大原則，盡管目前粒子群算法和蟻群算法都已經(jīng)在天然氣集輸管網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化中得到了成功應(yīng)用，但是兩種算法都存在一定的缺點，因此，未來相關(guān)研究人員需要加快智能算法在天然氣集輸管網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的應(yīng)用研究，進(jìn)而使得天然氣集輸管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)可以得到進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計。

參考文獻(xiàn)：

[1]李征.天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計方法研究[J].內(nèi)蒙古石油化工，2009，34（6）：19-21.

[2]丁萍.天然氣集輸管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計優(yōu)化研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013（6）：255.

[3]李學(xué)軍.長輸管道天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計[J].油氣田地面工程，2015（4）：24-26.

作者簡介：

張丙賀（1964- ），男，畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè)，工程師，從事油氣儲運設(shè)計工作。