长输管道天然气集输管网优化设计

张燕军 李石宽 牛媛 李会 罗宇鹏

关键词：长输管道;天然气集输管网优化设计

1 长输管网天然气集输管网优化设计概述

1.1 天然气管网系统优化设计

输气管网系统是一个庞大而复杂的系统。开发气田地面工程建设时，应考虑集输管网的规划。油田开发地面工程布置第一级到第二级集气站，井口到第一级集气站管网，并对各级集气站和各集气站进行合理布置。过去管网及集气站的布设，由于计算机技术等多方面原因，缺乏对布设的综合考虑，造成集气管网系统后期运行难以满足运行要求，造成二次建设或工程改造，浪费人力物力，增加了项目投资。所以对天然气集输管网进行优化设计是非常必要的。

天然气长输管道集输管网优化设计涉及图论的数理基础、运筹学、技术经济评价、计算机技术的优化与应用等多个学科，其中最重要的是布局优化问题：一是确定管网拓扑结构，特别是确定站场的布局方式和管网连接方式。第二，优化选址，确定具体的中间站。优化了相关参数，明确了管壁厚度、管径等相关参数;综合考虑各子问题，设计合理的长输管道天然气集输系统优化方案。

1.2 关键节点设计

目前集输管网系统比较复杂，对管网设计提出了更高的要求。所以在设计过程中，要综合考虑关键节点，保证整体设计的合理性。第一，枢纽站。枢纽站具有各种管道联络、通讯、应急、调度功能，独立运行，是应急通风的主要场所。在设计过程中，要结合管网的总体设计方案和规划来完成，以保证管道运输的安全性。第二，它是一个联合施工的车站。联建站是集工艺、站控、电力、通信等为一体的综合性控制系统，必须对联建站进行合理设计，确保施工质量。此外，邻近施工站的关键节点设计不可忽视。作为保证联合站各单元独立运行的重要设施，在设计过程中应予以重视。第三，管网运行参数的科学设计。以前，确定路网布局方案时，一般以年运量作为参考，没有考虑季节变化，不能保证设计方案合理。

2 天然气管道发展趋势

2.1 设施改造力度加大

在北方地区清洁取暖、冬季天然气保供等工程与会议精神的影响下，中石化与中石油等主要油气企业，加大了基础设施改造力度，各企业所属管道的独立问题逐渐得到解决，使得干线管道互联互通成为了可能，应急保供能力随之提高，如西二线广州末站、管网鳌头分输站的互联。2018年，鄂--安--沧天然气管道、蒙西煤制气管道等设施互联互通项目建设步伐加速，国内天然气串换与应急调峰等能力随之加强。

2.2 管道输送能力加强

为提高管道输送能力，提出了提升钢级以及加大管径、压力等措施计划，在政策等支持影响下，管道行业发展成就显著。尤其是管道断裂控制试验场的建设，展开了管材X80与1422 mm管径的直缝管爆破试验，为这一措施计划落实提供了基础保障。在俄罗斯与美国等国外发达管道设计经验引导下，我国超大输量管道技术研究步入正轨。

2.3 设备与控制系统自给自足

大型球阀、管道压缩机等关键设备，基本实现了国产化生产。随后20MW电驱与30 MW燃驱的国产化压缩机组正式投入使用。关键阀门与执行机构、流量计等管道设备基本实现自给自足。工业性试验56"Class900全焊接球阀、管道流量计已完成验收工作。呼和浩特--鄂尔多斯成品油管道建设中，首次使用了国产阀室PLC、RTU控制系统。国产设备与控制系统的研究成果，其转化速度加快，推动了我国天然气管道工程与控制系统国产化生产的进程。

2.4 智能化管道建设成为可能

在冀宁联络线项目中，数字化油气管道建成后，信息技术整合力度加大，掀起了我国油气管道建设信息化管理、机械化施工与数字化设计的新篇章。中俄东线当作智能化管道建设试点，通过工程全生命周期管理，智能化运营与数字化移交，全面打开我国长输智慧管网建设的新征程。

3 长输管网天然气集输管网优化的有效途径

3.1 管网系统设置布局优化

3.1.1 天然气田井组区域划分优化

通常情况下，多口气井的组合和单口气井的独立联接是气田输送技术系统的主要方式。通常按建设区的地理条件、物理条件、天然气储运与开发程度划分。若油气田气井开采的数量和规模较大，通常将气井划分为若干组。同一组资源，可采用同一采气站，保证设备采气方便、高效。以最优条件为前提，对各气井及类似集输站进行井组区域劃分，确保成本最低，使集输管道保持最优流量、直径和长度。另外，相关设计人员还应优化主支管网布置，客观分析管网流量，采用支管网连接形式，科学布置主支管网，合理连接，并借助集气末站，将各集气站纳入统一的管网系统中，以最大限度地减少集气管道的实际使用。

3.1.2 优化站址

一般而言，压气站、集气站和气井是气田地面集输系统的重要组成部分。储层工程设计中，往往要根据已探明的地层结构确定气井的位置。

收集站一般设在其管辖内的一组生产井中。当前，我国油气田地面集输管网系统主要采用二级及三级布点方式。对集气站进行优化设计时，应考虑到天然气田的具体情况，以放射状网式布置集气站和气井，再以树状网式结构将各个集气站组合成一个集气网络系统。

3.1.3 优化干支管网布局

对于主支管网的连接布置，应对气井及其集气站进行合理的连接。以前的天然气集输管网设计中，长输管道天然气集输系统一般是采用分离式集气终端，分离式分支网连接的方式建立。通过对集输管网系统的分析、规划和优化，使总流量分配具有最小和最统一的目标，并科学地调整系统，以保证主管和支管的正常运行。对主管和支管管网布局的优化应考虑以下问题：①利用管网联接优化主管网和支管网的布置，保证管网联接及其位置的合理性;②在分支管网选择集气总站地质条件，保证所有集气站都能集中，尽量减少对集气管道的消耗;③优化集输天然气管网的主支网时，要根据管网模式确定;④为保证合理设置，可考虑在集输管网中增设配电点，并结合相关理论设置接入点、支线和主干。

3.2 管网设计优化

管路设计是集输管网总体设计的重要内容。它的设计是否科学合理，直接关系到天然气的后续运输，是安全可靠运输的重要保证。对影响集输管网建设和运行的各种因素进行综合分析，并结合其特点，对长输管线的布置位置进行图形化设计。首先，要遵循管网系统的设计原则，根据长输管道的规格、管径等影响因素，合理确定压力、流量等参数，使最终的管网系统能满足不同地区的用气需求，降低工程造价;同时，要保证集输管网的优化设计，还要根据客观分析和科学的原则，解决管道输送过程中可能出现的诸多问题，设计出最符合管道输送要求的参数，进一步完善管理模式，确保天然气集输管网的正常运行。另外，根据设计要求，设计者还应准确掌握管网结构、布管方式、设计界限等具体要求，为管网优化设计提供实用参考，确保各环节设计工作科学合理，为集输管网安全运行奠定良好基础。

4 结束语

伴随着我国气象事业发展规模的不断扩大，集输管道的数量和复杂度都在不断增加。管道管道的安装通常采用环管、支管和径向管道。所以在管道安装过程中存在着很多安全隐患，主要原因是管道穿越、管道连接造成的。因此，在管网安装、运行初期，必须考虑以上问题，对管网进行有效优化，才能保证其安全运行，同时也为天然气的生产、管理提供方便条件。

参考文献：

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