基于理想点法的煤基天然气输送方案优化研究

陈 欣

(中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223)

基于理想点法的煤基天然气输送方案优化研究

陈 欣

(中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223)

针对佳木斯市天然气市场需求，考虑投资、运输成本、安全性、维修频率等因素，拟定了CNG拖车输送、天然气液化后汽车运输和管道输送等3个技术方案。采用理想点法对3个天然气输送技术方案进行综合评价，最终确定管道输送方案为实施方案。该方案具有运行成本低、安全稳定性好、长远经济效益高等优点。

天然气输送；方案优选；理想点法；权重系数

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.06.017

随着天然气工业的发展，天然气的应用范围日益扩大，在国民经济中的重要性也更加突出。天然气作为清洁能源，燃烧后几乎无粉尘 、二氧化硫等污染物排放，二氧化碳排放量也远远小于石油与煤，对大气的温室效应作用约为石油和煤的一半，是一种十分有发展前景的清洁优质能源，是现代城市生活的首选能源，利于城市持续发展和环境保护。

1 研究背景

为落实黑龙江省委提出的10项利民工程，加快城市供水、供热、供气、污水治理和垃圾治理(简称“三供两治”)工程建设，实现全省经济社会又好又快发展，佳木斯市委、市政府提出城区普及天然气的战略部署。

从2009年开始，佳木斯市面临着汤原气田天然气资源即将枯竭的严峻形势。汤原天然气田的供气量约为5万m3/d，距佳木斯政府要求的供气量11万m3/d有很大差距。天然气资源已经不能满足佳木斯天然气用户发展的需要，成为制约佳木斯市天然气发展的重大瓶颈，气源问题急需解决。

为此，中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司在市场需求调查的基础上，开展煤基天然气输送方案的制定和优化研究，以满足佳木斯市天然气用户的实际需求，提高城市燃气气化率，为佳木斯市持续发展提供充足的清洁能源，提高居民生活质量和水平，利于改善城市环境，加快城市现代化建设进程。

2 天然气输送工艺方案的制定

通过对佳木斯市居民用户、CNG汽车市场、公共建筑及商服用户和工业用户的天然气用量需求总量的调查分析可知，该市到2020年的天然气开发总量可达到10 262.39万m3，确定天然气开发生产规模为6 000万m3/a，进而拟定了3个从中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司送至依兰县及佳木斯的煤基天然气输送工艺方案：①CNG钢瓶拖车输送；② 天然气液化后汽车运输;③管道输送。

2.1 CNG钢瓶拖车输送方案

在气源地，天然气首先经计量、调压后进入净化装置，脱除水、硫化氢、二氧化碳，达到标准要求。通过加压站的高压胶管和快装接头向CNG钢瓶拖车充气，当钢瓶压力达到设定值后，压缩机自动停机。CNG钢瓶拖车通过公路运输到达城镇卸气站，通过卸气站的高压胶管和快装接头卸气。一部分CNG先后进入各级换热器加热和调压器减压，加臭后进入城镇输配管网作为城市燃气，另一部分运输至CNG加气站母站及子站作为车用燃气。该工艺方案在技术上可行，具有工艺简单、投资省、成本低、工期短、见效快的特点。其影响因素有供气规模、用气性质、气源位置及数量、运距等。

2.2 天然气液化后汽车运输方案

天然气经预处理脱除重质烃、硫化物、CO2、水等杂质后,经过冷却处理形成液化天然气。液化天然气(LNG)供气时，LNG由低温槽车运到气化站内，用槽车自带的增压器给槽车增压，利用压差将槽车内的LNG压入站内低温储罐储存，储罐中的LNG再经自带增压系统压入空温式气化器，在气化器中LNG通过吸热发生相变成为气体，在气化器的加热段升高温度(夏季气体温度最高达到20 ℃，冬季不低于-10 ℃)，然后经过滤、降压、计量后进入管网系统，一部分作为城市燃气，其余部分作为车用燃气。放空气化器也采用空温式气化器，站区各类管道的放散天然气通过管道引至站内放散塔进行集中放散。

该方案投资高，在设计、设备采购、施工等方面需要大量的人力、物力和财力，并且由于设备多、管道复杂使得储配站占地面积增大，运行费用高，投资巨大。但LNG气源价格及运输费用较CNG低，且供气规模范围大。

2.3 管道输送方案

天然气长输管线是输送天然气的主要手段。实践证明，采用管道大规模输送天然气是最经济、有效的输送方式。但是长输管线的建设受用气量、地形、施工技术及装备和用户分布等的限制。该方案工程成本高、施工难度大、工期不易保证，管线维护费用大，适合用气量大、用户集中的地区。

3 方案优选方法

当前，方案评价有模糊数学方法、灰色关联评价方法、层次分析法、集对分析法和多属性评价方法等[1]。其中，多属性评价方法操作简单，能较全面地客观反映方案的基本信息，主要包括加权综合评价法、理想点法和偏好排序法等。理想点法基于各评价方案和最优方案的接近度，判断方案的优劣[2，3]。当评价方案和正理想点的距离越短，则该方案越优；评价方案和副理想点距离越远，则该方案越优。理想点法的工作步骤如下：

(1) 建立决策矩阵(1)，并按公式(2)进行规范化处理。

(1)

(2)

得到标准化矩阵：

(3)

采用两两对比法，得到各评价指标的重要性系数(权重)为[4]：

W=(w1,w1,w1,…wn)

(4)

则加权标准化矩阵为Y′=Y·W

(5)

(3) 按公式(6)求各个评价方案与正理想点的近似度。

(4) 根据决策方案的近似度αi对评价决策方案进行排序，αi越小，则方案越优，进而确定最优方案。

4 煤基天然气输送方案优化

天然气输送的3个预选方案，各有利弊，但3个方案输送系统设计能力相同，因此，对输送系统设计能力不做评价。对3个预选方案的不同属性值进行筛选整理，根据现场调查和数据分析整理，选定工艺复杂性、运输距离、运输费用、安全性、稳定性、发生事故概率大小、维护频率、日常维护成本、初期投资等9个属性值，针对3个方案的9个属性值进行数据整理(见表1)，并对3个方案进行综合评价。

表1 方案比较汇总

注：3个方案输送设计能力均为6 000万m3/a。

由于各个方案中相关指标有定性指标和定量指标，先将定性指标定量化，采用10分制确定指标值，结果见表2。

表2 方案定量化比较汇总

由此构成了3个方案、9个属性的多属性决策问题。设I1、I2分别为极大型指标和极小型指标集合。这里属性X4、X5属I1集合，其余属性属于I2集合。

采用公式2中标准化函数，则：

采用两两对比法，得到各个评价指标的重要性(权重)系数为：

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

则加权标准化矩阵为Y′=Y·W

此时，理想点为：

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

采用公式(6)计算各个方案与正理想点(最优方案)的相对接近度(见表3)。

表3 各个方案与正理想点(最优方案的相对接近度)

依据近似度大小，可知第3个方案(管道运输方案)距离理想方案的距离最近，且该方案具有设备维护费用低、运输成本低和安全性高的特点，从长远看经济效益优。故选择该方案为最优方案。

5 结语

为满足佳木斯市天然气用户发展需要，中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司在对该市市场调查的基础上，确定了煤基天然气输送产品生产规模方案为6 000万m3/a。综合考虑投资、成本、运输距离、维护费用、输送安全稳定性等因素，拟定了CNG拖车输送方案、天然气液化后汽车运输和管道输送等3个工艺技术方案。采用理想点法对3个拟定的天然气输送技术方案进行系统综合分析，最终确定管道输送方案为实施方案。该方案运输成本低，安全性高，设备维护费用低，长远经济效益高。

[1] 叶义成，柯丽华，黄德育.系统综合评价技术及其应用[M].北京：冶金工业出版社，2006.

[2] 冯树民，吴海月，王弟鑫.基于理想点法的多目标最短路求解算法研究[J].公路交通科技，2016(3):97-101.

[3] 董金萍.基于组合赋权的理想点法在水质综合评价中的应用[J].水电能源科学，2016(8):28-31.

[4] 李影，刘治愚.基于组合赋权-理想点法的大坝安全评价模型[J].中国水利水电科学研究院学报，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

陈欣(1975年-)，湖北武汉人，1997年毕业于武汉理工大学工业与民用建筑专业，高级工程师，现主要从事国际营销等工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.06.017

X 701

A

1004-8901(2016)06-0057-03

2016-08-05