论城市天然气管网规划设计

论城市天然气管网规划设计

于鹏昌

蓬莱市渤海管道工程有限公司山东蓬莱265600

摘要：天然气管网的设计对于市政规划来说，是一项具有长期性的工作。由于天然气管网的设计具有复杂性、普遍性，这也给天然气管网的规划和设计提出了更高的要求，要在一些特定城市的规划建设中，对天然气管网和供求之间的关系进行科学合理的分析，对天然气管道的结构进行逐步的优化。通过进行最大利润和最少的投资资金以及最小的成本、最大的利润为原则，制定经济最优化标准定，并将其作为选择系统功能及系统发展目标的主要策略。本文简要合理的剖析和论述在市政规划中的天然气管网设计。

关键词：城市天然气；管网；规划设计

1.城市天然气管网规划现状

天然气作为一种重要的矿石能源，在城市居民的日常生活中发挥着非常大的作用，城市天然气管网作为天然气能源的主要输送方式，也越来越受到人们的关注与重视。城市天然气管网规划通常情况下会涉及到诸多方面，同时其本身也具有一定的复杂性，不仅要对现有天然气管网的供求关系进行实时分析，还要对天然气管网结构进行最优化选择，在不影响质量的前提下实现天然气管网铺设成本的最小化。与此同时，天然气本身便具有一定的易燃性、易爆性以及毒性，这也给城市天然气管网规划增加了很大的难度。

就现阶段来说，根据管网用途的不同，可以将城市天然气管网分为工业化天然气输送管道、城市天然气输送管道、长距离天然气输送管道三种类型；根据铺设方法的不同，可以将城市天然气管网分为高空燃气管道、地下燃气管道两种类型；根据输气压力进行划分，城市天然气管道主要可以分为四种类型：第一种是高压燃气管道，这种管道的压力范围在1.6兆帕至4兆帕之间；第二种是次高压燃气管道，这种管道的压力范围在0.4兆帕至1.6兆帕之间；第三种是中压力燃气管道，这种管道的压力范围在0.01兆帕至0.4兆帕之间；第四种是低压燃气管道，这种管道的压力范围在0.01兆帕以下。从根本上来说，城市天然气管网规划现状主要取决于城市的实际发展状况，必须严格遵循城市天然气管网规划原则的要求来实际进行布线。基于这样的原因，城市天然气管网规划开始之前，应综合调查、全面认识规划区域的道路状况以及发展现状，确保准备充分、勘察无误之后，方可进行布线。

除此之外，实际进行城市天然气管网规划的时候，也要进行前瞻性的考虑，对于城市的经济发展、人口规模变化等情况应具有一定的预见性，并综合考虑上述因素，来计算天然气管网线路。与此同时，也要充分考虑街道路面的实际情况，尽量减少跨越河流、铁路、公路等工程，以实现成本的降低。

2.城市天然气管网规划方法

2.1广义既约梯度法

广义既约梯度法是一种常用的城市天然气管网规划方法，其是被Edger等研究学者首次成功应用于城市天然气管网规划之中。广义既约梯度法在城市天然气管网规划中的有效应用，可以同时确定压气站中压缩机的实际操作情况、压气站的数目以及对2个压气站间的管径、管段长进行优化等方面的内容，从而有利于城市天然气管网铺设费用、城市天然气管网运行费用的降低。除此之外，广义既约梯度法在解决非线性天然气管网规划问题的方面，也有着一定的优越性，但是，如果要获得离散的最优管道直径，还需要其他方法的配合与帮助，例如次梯度优化法、分支定界法等。

2.2动态规划法

动态规划法是城市天然气管网规划中的一种常用方法，其主要通过对城市天然气管网中各节点的压力进行优化，获取最优压力后，以此为根据，选择出一种适合的管网元件，以尽可能地降低城市天然气管网建设、城市天然气管网运行的费用。在利用动态规划法的时候，应提前确定各管段的管径、长度以及压气站的位置、数目。动态规划法不适合对多网络元件的城市天然气管网进行处理，究其原因在于，使用动态规划法进行求解的时候，假设一维状态为x个，那么y维状态就有xy个，这对于y稍大的现象，在实际情况中并不现实。

2.3约束导数法

约束导数法也是较为常见的一种城市天然气管网规划方法，国外众多研究学者经过长时间的研究，结果发现这种方法可以用于解决那些具有等式约束的输气管道工艺参数优化设计问题。例如，利用约束导数法，Flanigan等人对天然气管网中压缩机功率、管道直径进行了优化，同时，在进行优化的过程中，提前确定了城市天然气管网中压气站的位置、压气站的数量，也将设计变量分成了状态变量、决策变量两个类型。从数学角度上来看，约束导数法是一种典型的数学规划方法，但却仅适用于设计问题的局部优化。

3.天然气管网规划发展趋势

3.1天然气管网规划发展趋势

天然气是人们生产、生活中的一种常用能源，在推动经济发展、保障社会稳定等方面具有非常重要的作用。随着市场经济的迅速发展，人们的生活水平与生活质量不断提高，这样的背景下，对天然气资源的需求量不断增加、应用范围不断扩大，这就给城市天然气管网规划工作提出了更高的要求。现阶段，城市天然气管网已经成为了城市现代化发展的一个重要标志，因此，必须加强对城市天然气管网规划方面的研究。天然气管网的规划其本身具有复杂、系统的特点，其规划有众多目的。如果仅仅以降低管网的动力能耗和减少管网投资为主要目的，在选用相对较大管径的条件下，虽然减少了电力消耗，然而投资成本势必会在管道方面有所增加。但是，假如管道的尺寸相对来说比较小的话，那么投资成本就能够有所降低，但是相应的，管道网络的动力能耗就会增加，并且天然气的输送阻力也会增加。由于目标函数的冲突和多样性特性，在进行优化设计方案的时候，使用评价方法并不是单一不变的。解决多目标规划方法主要是层次法和增量系数法以及价函数法。从多种选择中选择最佳方案，这个也是多目标规划的优势之一。

3.2天然气规划建议

综上所述，我国天然气输气管网还处在初期阶段，仍然在实践中不断的进行探索，特别是天然气管网在城市规划中的特殊性，从数学的方面进行分析，可以把供水管网和天然气输气管网都划分为城市市政管网规划问题，所以，在输气管网进行相关布局研究的时候，可以有选择地借鉴一些供水管网布局的成功之处和规划能力。输气管道气在输气运行中，因为具有输送压力比较高、输送距离长以及大口径等等特点，因此在城市市政规划过程中应该注意这些特征，并且有效的针对这些特点提出了相应的解决措施。在今后的市政管道网络规划和设计规划中，必须要充分注意利用先进的技术，用高科学技术的力量以及知识的力量为市政管网规划设计中，天然气管道网络规划和设计提供了一个比较科学规范的指导，并能有效的提高管网的综合效率，并且在此基础上，注意对应城市的整体环境，提高整体美感，提高生产管理和规划设计的水平。

4结语

综上所述，天然气能源在我国各行各业中均有着十分广泛的应用，并为推动城市经济的发展、保障城市居民的生活稳定做出了非常重要的贡献，城市天然气管网是输送天然气能源的重要工具，因此，城市天然气管网建设一直以来都是社会各界普遍关注的问题。本文中，笔者主要对城市天然气管网的规划现状进行了分析，并探讨了城市天然气管网规划的方法，望可以对促进我国城市天然气管网事业的健康、可持续发展提供一定的帮助。

参考文献：

[1]王文想，田英帅，陈飞．城市天然气高压输配系统建设与运行安全有关问题探讨[J].城市燃气，2013（2）：376~378．

[2]苏欣，袁宗明，张琳，胡安鑫.城市天然气管网规划现状[J].管道技术与设备，2016，（04）：5-7.

[3]樊彩红．山西省运城市钟楼小区天然气工程设计难点讨论[J].经济师，2013（1）：219~220．

[4]马焦涛.浅析城市天然气管网规划现状与特点[J].科技展望，2016，（10）：317.

[5]王勃，杨光，王遇冬.大型城市天然气管网建设特点探讨[J].天然气与石油，2014，（04）：12-15+92.