长输天然气管线系统优化设计

【摘要】：管道是连接天然气开发与利用的纽带,大量的天然气经过管道输送至远离气田的城镇和工业区。近十年来,随着天然气管道的大规模建设,管网将以前所未有的速度快速增长,使得管网系统日益大型复杂化,管线的建设投资和运行费用相应增大。如何保证管网系统安全、合理、经济地运营,成为管道建设者首要关注的问题。但在管网的初期建设和运行维护过程中,在保证输量的前提下,如何实现经济效益的最大化是企业的终极目标,因此管道建设者希望对管道系统的建设和运行进行优化研究,从而实现管线系统经济效益最大化的目的。首先,通过分析天然气输气管线总费用的构成,建立了以输气管线系统总费用最小为目标函数的优化设计数学模型。其次,本文选取目前认为较为精确的BWRS状态方程计算气体物性,用连续性方程和运动方程推导并确定了输气管道稳定流动的基本方程式,为数学模型推导计算提供了基础理论依据。充分分析考虑了该函数的约束条件,包括边界条件约束、管道强度约束和水力约束等,并对约束条件及边界条件进行处理,建立遗传算法评价函数'C,确定算法参数,设计算法流程图,利用Visual Basic6.0编写计算程序。最后,将所建立的输气经济性数学模型应用于西气东输二线东段的干线设计,通过编写的程序计算,得到了一组使总费用最小的设计方案。优化结果表明,模型比较合理的反映出管径、输气压力和壁厚等参数对总费用的影响,优化设计得到的压缩机布置方案与实际设计的压缩机布置方案误差较小,可以作为实际压缩机站布置的基础方案,对实际管线的设计具有一定的指导作用。 【关键词】：天然气 长输管道 优化设计 方案比较
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE973.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-19
• 1.1 课题的研究背景与意义8-9
• 1.2 国内外天然气管网概述9-14
• 1.2.1 国外天然气管网概况9-10
• 1.2.2 国内输气管网概况10-14
• 1.3 国内外优化研究现状14-17
• 1.3.1 国外管网优化现状14-15
• 1.3.2 国内管网优化现状15-17
• 1.4 本文主要研究内容17-18
• 1.5 课题的技术路线图18-19
• 第二章 长输天然气管线系统相关参数的确定19-31
• 2.1 天然气的相关物性计算19-21
• 2.1.1 天然气分子量19
• 2.1.2 天然气的密度和相对密度19-20
• 2.1.3 天然气的虚拟临界参数和对比参数20-21
• 2.2 天然气在管道内流动的基本方程21-22
• 2.2.1 输气管道流动过程的基本方程[22]21-22
• 2.2.2 输气管道稳定流动过程基本方程22
• 2.3 气体状态方程22-25
• 2.3.1 BWRS状态方程23-24
• 2.3.2 混合气体状态方程24-25
• 2.4 利用BWRS计算相关参数25-26
• 2.4.1 利用BWRS状态方程计算密度25
• 2.4.2 利用BWRS状态方程计算压缩因子25-26
• 2.5 摩阻系数与输气管道流量公式26-30
• 2.5.1 雷诺数与流态的划分26-27
• 2.5.2 摩阻系数的确定27-28
• 2.5.3 输气管道稳定流动流量公式28-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 天然气输气管线系统优化设计研究31-43
• 3.1 输气管线系统优化设计问题31
• 3.2 输气管线系统优化设计的数学模型31-37
• 3.2.1 基本假设32
• 3.2.2 天然气输气管线系统总费用构成32-34
• 3.2.3 输气管线优化设计的目标函数34-35
• 3.2.4 约束条件35-36
• 3.2.5 优化变量36-37
• 3.2.6 优化设计的数学模型37
• 3.3 数学模型求解策略37-41
• 3.3.1 求解方法选择37-39
• 3.3.2 遗传算法概述39
• 3.3.3 遗传算法应用于输气系统优化设计模型39-41
• 3.4 程序设计41-43
• 3.4.1 程序的功能模块41-42
• 3.4.2 程序设计流程图42-43
• 第四章 计算实例43-51
• 4.1 案例应用研究43-46
• 4.1.1 案例描述和基础参数数据43-46
• 4.2 求解过程分析46-47
• 4.3 结果分析和讨论47-51
• 第五章 结论与建议51-52
• 5.1 结论51
• 5.2 建议51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-56
• 攻读硕士学位期间发表的论文56-57

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