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燃氣輸配管網(wǎng)系統優(yōu)化設計論文
燃氣輸配管網(wǎng)系統優(yōu)化設計論文
1 燃氣輸配管網(wǎng)的現狀概述
目前，隨著(zhù)城市化步伐的加快，天然氣作為保障居民生活水平最為基礎的能源物資，越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注。燃氣管網(wǎng)建設是一項前期投資數額大，投資回報周期長(cháng)的建設項目，為此，國家也在大力推進(jìn)燃氣輸配管網(wǎng)的優(yōu)化設計，以實(shí)現利用最少的投入，實(shí)現最大的經(jīng)濟效益。因為燃氣管網(wǎng)系統具有很大的可塑性，所以通過(guò)燃氣輸配管網(wǎng)的優(yōu)化設計，對儲配站、調壓站的數量和分布進(jìn)行合理的調配，在滿(mǎn)足各節點(diǎn)壓力要求，保證燃氣流量的基礎上，通過(guò)軟件進(jìn)行燃氣輸配管網(wǎng)管道的直徑尺寸、管網(wǎng)金屬消耗量和投資進(jìn)行估算，以實(shí)現減少不必要的重復建設，減少投資額度，實(shí)現最大經(jīng)濟效益。隨著(zhù)計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，利用計算機軟件對燃氣輸配管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，可以解決以往人工很多無(wú)法求解的大型復雜計算問(wèn)題，從而提高了燃氣輸配管網(wǎng)的設計質(zhì)量和輸配效率。
輸配管網(wǎng)和調壓結構是構成燃氣輸配管網(wǎng)的兩大主要組成部分，輸配管網(wǎng)又分為高中壓管網(wǎng)和低壓管網(wǎng)[1]。在燃氣管網(wǎng)鋪設方案確定后，燃氣管網(wǎng)始末端的壓力和燃氣流量是決定高中壓管網(wǎng)直徑尺寸的關(guān)鍵因素。而低壓管網(wǎng)的直徑尺寸主要是取決于燃氣流量、燃氣器具的額定工作壓力和調壓站的布置狀況。燃氣輸配管網(wǎng)設計優(yōu)化的關(guān)鍵在于保證居民燃氣流量和壓力正常的前提下，根據已知管網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )結構、燃氣系統的流量分布和壓力要求，分析確認管網(wǎng)的直徑尺寸、管網(wǎng)的分布以及調壓站的位置和數量。利用最少的投資，實(shí)現最大的經(jīng)濟收益和社會(huì )效益。
2 燃氣輸配管網(wǎng)的系統優(yōu)化
目前，在城市燃氣輸配系統，主要由燃氣輸配管網(wǎng)、燃氣儲配站、調壓計量站、運行管理操作和控制設施等部分組成，由此可見(jiàn)，燃氣輸配系統是一項極為復雜的綜合設施，要實(shí)現對燃氣輸配管網(wǎng)的優(yōu)化設計，則必須對構成管網(wǎng)系統的輸配管網(wǎng)和調壓站進(jìn)行系統的分析研究，利用軟件的強大功能進(jìn)行優(yōu)化設計，實(shí)現優(yōu)化改善方案。
2.1 建立燃氣輸配管網(wǎng)系統優(yōu)化設計的數學(xué)模型
隨著(zhù)城市建設速度的加快，城市涵蓋范圍不斷加大，因此要求燃氣輸配系統呈現多級燃氣管網(wǎng)的狀態(tài)。為了盡量節省投資成本，對燃氣輸配管網(wǎng)系統進(jìn)行整體優(yōu)化勢在必行。燃氣輸配管網(wǎng)系統的優(yōu)化設計主要體現在調壓站的數量和布局優(yōu)化上。
2.2 調壓站數量的優(yōu)化確認
在對燃氣輸配管網(wǎng)進(jìn)行系統優(yōu)化過(guò)程中，調壓站的數量和分布比較難以確定，所以，在利用軟件進(jìn)行模擬優(yōu)化時(shí)，只能采用近似值的方案，來(lái)計算中、低壓管網(wǎng)的費用計算，確定管網(wǎng)的直徑尺寸和流向。利用GCAD軟件，可以將相關(guān)的數據資料進(jìn)行輸入，對于不能確定的數據利用近似值代替，就可以計算出燃氣輸配管網(wǎng)系統需要的調壓站的最佳數量[2]。
2.3 調壓站的優(yōu)化布置
根據計算機軟件GCAD計算出調壓站的數量和分布位置，對于整個(gè)燃氣輸配管網(wǎng)進(jìn)行整體優(yōu)化設計仍是一下十分龐大的工程。燃氣輸配管網(wǎng)的'主要作用和目的是為居民提高質(zhì)量可靠的燃氣服務(wù)，將燃氣輸送到千家萬(wàn)戶(hù)。因此，對于低壓管網(wǎng)而言，調壓站優(yōu)化的目的在于滿(mǎn)足居民的用氣需求。要對燃氣輸配管網(wǎng)進(jìn)行系統優(yōu)化設計，則需盡可能的縮短調壓站到用戶(hù)的管道鋪設距離，這不僅可以節省管網(wǎng)費用，還可以最大可能的為用戶(hù)提供穩定的燃氣輸送。所以，以一個(gè)調壓站為例，利用軟件求得所有用戶(hù)中位點(diǎn)的位置，即設置調壓站的位置，然后利用此原理，求出燃氣輸配管網(wǎng)中多個(gè)調壓站的具體位置。由于燃氣輸配管網(wǎng)系統是一個(gè)龐大的系統工程，在燃氣管網(wǎng)系統中存在無(wú)數個(gè)調壓站，要將每個(gè)調壓站都利用計算機軟件分析計算出來(lái)，顯然是不可能完成的任務(wù)，并且在調壓站定位時(shí)，還需考慮為調壓站設置一個(gè)節點(diǎn)集，因工作量過(guò)大一般計算機很難完成。因此，在開(kāi)發(fā)GCAD軟件時(shí)，采用啟發(fā)式數字計數法分析得出效果最優(yōu)化的解，以完成輸配管網(wǎng)的優(yōu)化設計。
2.4 燃氣管網(wǎng)的優(yōu)化設計方案
對燃氣輸配管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，既是對目前已知的管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )結構、網(wǎng)管中用到的管道直徑尺寸進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現在可以滿(mǎn)足用戶(hù)所需燃氣流量和壓力的前提下，利用最少的投資數額，鋪設最優(yōu)化的管道網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現低成本運行[3]。利用計算機軟件GCAD中的梯度法、最短路徑法、拉格朗日乘數法和網(wǎng)管平差等規劃燃氣輸配方案，以求得最佳的管網(wǎng)鋪設方案，從而可以解決目前燃氣輸配管網(wǎng)配置過(guò)程中存在的問(wèn)題。
3 開(kāi)發(fā)更優(yōu)軟件
燃氣輸配系統作為一個(gè)龐大的系統工程，僅靠以前的人工計算方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足行業(yè)的發(fā)展需求，開(kāi)發(fā)更加智能化，可以實(shí)現燃氣輸配優(yōu)化的新型軟件已是迫在眉睫。在設計開(kāi)發(fā)軟件過(guò)程中，除了可以實(shí)現對燃氣輸配管網(wǎng)系統進(jìn)行優(yōu)化之外，還要能夠及時(shí)生成圖檔，便于列印，提供給相關(guān)的行業(yè)專(zhuān)家和學(xué)者進(jìn)行探討。
4 結束語(yǔ)
綜上所述，燃氣輸配管網(wǎng)系統優(yōu)化設計的重點(diǎn)在于燃氣管網(wǎng)的優(yōu)化和調壓站數量和位置的優(yōu)化。在進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，主要是實(shí)現調壓站的合理布置，以盡量減少燃氣管網(wǎng)到用戶(hù)之間的距離，從而節省成本，實(shí)現最大化的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益
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