复合型压缩天然气加气站供应模式研究

【摘要】：压缩天然气（CNG）作为燃气供应的一种有效方式，运营方式灵活，日益成为车用及管网未达区域民用市场共同的气源，逐渐形成复合型压缩天然气加气站供应系统。本文对该系统的核心环节进行了研究：加气站站型适用性比较研究、影响加气站规模的储气安全性研究、加气站供应规律研究、运输调度的合理优化研究，从而使燃气供应系统更合理、安全，促进国内压缩天然气行业的发展。 本文主要内容如下： 从国内压缩天然气行业发展的研究背景出发，以北京市压缩天然气车用、民用两大供应系统为例，对其现状进行了分析，在综合分析国、内外研究目标的基础上，明确了压缩天然气加气站方面的研究重点和存在的问题，确定了复合型压缩天然气供应系统模式的研究思路；针对单一母子站供应系统的弊端，将车用气常规站作为（母子站供应系统）的有效补充；采用模糊综合评价模型对母子站和常规站进行了综合分析，为合理匹配各种站型提供指导；通过建立稳态（静态）、瞬变流状态的数学模型，采用流体稳态、动态仿真计算软件，对加气站周边管网进行了不同工况条件的静、动态模拟分析，对模型参数的确定进行了研究，明确了进行加气站选址需要满足的天然气管网条件。 运用综合分析方法，结合人工神经网络模型、线性回归模型和ARMA模型的优缺点，引入主成分分析法PCA，参考大量历史数据，建立了复合型加气站的压缩天然气负荷预测模型，实际预测效果良好；通过研究压缩天然气负荷全年各段时间变化规律，在不同时段采用相应的模型预测，包括神经网络、时间序列、线性回归等，使得全年综合预测模型最优化。以北京市为例，对历史数据进行了用气规律分析，得出了加气（母子）站年、月、日、时不均匀系数，为复合型压缩天然气加气站的规划布局、负荷分配提供预测方法和依据。 以影响加气站供应规模和安全间距的储气设施为典型（分析对象），确定了储气利用率的提高方法和储气瓶组的分配方案；通过对可能引发储气瓶组的泄漏火灾事故的调查，构建了CNG储气瓶组的故障树，对实例进行了危险等级的判断。借鉴管道失效泄漏模型，对储气设施泄漏发生火灾的个人、社会风险进行了分析研究，为衡量加气站的安全措施、建站规模提供了分析方法。 通过建立加气环节的转运车排队模型、多车场（目标）运输的最小费用模型，对母子加气站供应系统中的CNG转运车的运输问题，进行了全过程的优化研究，应用实例验证了模型的可行性；引入运输风险指数，作为评价CNG转运车的运输道路事故和泄漏事故及后果的指标，构造了多目标路径优化模型。为优化CNG转运车的运输调度系统提供了理论依据和方法。 以北京市压缩天然气供应系统为例，把加气站作为城市天然气管网的有机组成部分进行研究，利用建立的管网动、静态负荷预测模型、失效泄露模型、运输模型，对影响加气站发展规模的站型模式、管网条件、负荷变化规律、储气规模和危险范围及连接站点的运输方式进行了分析总结；取得的储气设施火灾影响程度、加气站负荷不均匀系数、运输合理调配方案，可为其他城市的相关产业发展提供参考。研究结果表明，加气站对管网瞬态影响、转运车运输过程中的风险评价，涉及到流体分析、自控联网、交通、环境等多方面动态因素，应该与燃气管网的SCADA系统、交通指挥系统等联动控制，统一规划和调度。 【关键词】：压缩天然气 加气站 常规站 规划 发展 模型
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TE974
【目录】：

• 中文摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 压缩天然气供应系统介绍14-16
• 1.3 压缩天然气汽车发展前景分析16-17
• 1.3.1 天然气汽车的环保性分析16-17
• 1.3.2 天然气汽车的经济性17
• 1.4 民用压缩天然气发展前景17-18
• 1.5 加气站建设及相关产业链18
• 1.6 相关技术研究现状18-21
• 1.7 存在的问题21
• 1.8 技术路线21-22
• 1.9 主要研究内容22-23
• 1.10 本章小结23-25
• 第二章 常规站与母子站模式比较研究25-53
• 2.1 加气站模式25-26
• 2.2 我国 CNG 加气站模式的分析26-28
• 2.3 母子站与常规站应用范围28
• 2.4 母子站建设与运行存在的问题28-30
• 2.5 加气站站型方案比较模糊综合评价模型30-38
• 2.6 加气站站型方案比较模糊综合评价指标的确定38-46
• 2.7 加气站站型方案模糊综合评价计算46-51
• 2.8 模糊综合评价结论51
• 2.9 本章小结51-53
• 第三章 压缩天然气常规站管网条件研究53-74
• 3.1 稳态（静态）仿真模型53-56
• 3.2 瞬变流动态模型56-57
• 3.3 初始条件和边界条件57-58
• 3.4 稳态（静态）仿真模拟58-69
• 3.5 子站改为常规站管网必要条件69-70
• 3.6 改进管网压力控制方案70-73
• 3.7 本章小结73-74
• 第四章 压缩天然气负荷预测模型研究74-99
• 4.1 影响因素分析74-75
• 4.2 负荷预测方法75-82
• 4.2.1 神经网络与 PCA（principal component analyze）方法75-77
• 4.2.2 BP 算法77-79
• 4.2.3 PCA （primary component analyze）理论79-81
• 4.2.4 线性回归分析法81-82
• 4.3 压缩天然气负荷预测模型82-86
• 4.3.1 压缩天然气负荷预测三层神经网络模型82-83
• 4.3.2 压缩天然气负荷时间序列预测模型83-86
• 4.4 CNG 负荷预测结果分析86-88
• 4.5 CNG 负荷预测结论88-89
• 4.6 CNG 加气母站不均匀系数汇总89-94
• 4.7 CNG 加气母站的负荷曲线94-95
• 4.8 CNG 加气母站的日加气量与日平均气温的关系95-97
• 4.9 本章小结97-99
• 第五章 压缩天然气加气站储气利用率及安全性分析99-121
• 5.1 加气母子站储气方式及利用率99-103
• 5.1.1 加气站储气瓶组储气利用率分析100-102
• 5.1.2 储气利用率分析结论102-103
• 5.2 储气设施安全风险性分析103-104
• 5.3 加气站工作环境危险特性分析104-106
• 5.4 高压储气瓶组故障树安全评价106-111
• 5.4.1 理论基础107-108
• 5.4.2 压缩天然气加气站储气瓶组火灾爆炸事故分析108-109
• 5.4.3 构建故障树109-110
• 5.4.4 结果及分析110-111
• 5.5 加气站高压储气瓶组火灾事故后评价111-117
• 5.5.1 压力容器的失效模式111-113
• 5.5.2 储气瓶组失效概率模型113-114
• 5.5.3 储气瓶组泄露危害概率模型114-117
• 5.6 储气瓶组火灾失效后果评价模型应用117-119
• 5.7 本章小结119-121
• 第六章 CNG 气瓶转运车运输调度优化模型121-141
• 6.1 大系统优化理论121-122
• 6.2 基于 Markov 理论建立母站转运车加气排队时间最小化模型122-129
• 6.2.1 加气排队模型的建立122-126
• 6.2.2 实例分析126-129
• 6.3 费用最小的母子站间运输调度方案129-136
• 6.3.1 转运车母子加气站站间运输调度模型的建立129-132
• 6.3.2 站间运输调度模型的求解132-133
• 6.3.3 站间运输调度模型的实例应用133-136
• 6.4 压缩天然气运输路径优化模型136-139
• 6.4.1 最优路径模型的建立137-139
• 6.4.2 最优路径模型的实用意义139
• 6.5 本章小结139-141
• 第七章 结论及建议141-144
• 7.1 结论141-142
• 7.2 本文的主要创新之处142-143
• 7.3 对后续工作的建议143-144
• 参考文献144-151
• 发表论文和科研情况说明151-153
• 附录153-157
• 致谢157

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