城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計中的幾個問題

摘 要：天然氣作為一種非常重要的能源，在城鎮(zhèn)居民的日常生活和生產(chǎn)中得到了廣泛應用。城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)的優(yōu)化設計一方面關(guān)系到城鎮(zhèn)居民、工商業(yè)用戶的用氣安全，另一方面影響著城鎮(zhèn)燃氣事業(yè)的經(jīng)濟效益實現(xiàn)。發(fā)展城鎮(zhèn)燃氣事業(yè)，做好燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計十分重要。本文首先對燃氣管網(wǎng)的優(yōu)化設計進行介紹，并對城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計中面對的問題進行探討。

關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)燃氣；管網(wǎng)；優(yōu)化設計；存在的問題

改革開放以來，我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，能源產(chǎn)業(yè)也處在飛速發(fā)展中，然而，我國的能源結(jié)構(gòu)一直存在很大的問題。煤炭能源的消耗比重過高，對于日益惡化的生態(tài)環(huán)境來說，這無疑是雪上加霜。發(fā)展清潔能源、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)迫在眉睫了。天然氣作為一種清潔能源，在我國城鎮(zhèn)居民的生產(chǎn)生活中得到了越來越普遍的應用。為推廣天然氣使用、保證城鎮(zhèn)居民及工商業(yè)用戶的燃氣，尤其是天然氣的使用，我國自1998年起就開始醞釀“西氣東輸”的國家重點工程項目，并且在2000年2月由國務院批準啟動了“西氣東輸”工程項目。而我國能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃中更明確指出，天然氣消費比重要提高1.9%。未來，天然氣事業(yè)發(fā)展前景無量。城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)的優(yōu)化設計對天然氣的安全使用和經(jīng)濟效益實現(xiàn)有著深遠影響，因此，重視城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計十分必要。

一、城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計的概述

隨著我國發(fā)展清潔能源和調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略實施，我國城鎮(zhèn)居民對天然氣使用的需求日益增長，隨之而來的是城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)輸氣量和輸氣距離的增加。然而，擴大城鎮(zhèn)燃氣輸氣管網(wǎng)建設規(guī)模將增加相應的建設費用，而且，為配合城鎮(zhèn)整體規(guī)劃設計，燃氣管網(wǎng)的建設受到諸多因素的影響，這也增加了城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)建設的成本投入。為滿足日益擴大的市場需求，同時取得企業(yè)經(jīng)濟效益，降低燃氣管網(wǎng)建設的成本投入，優(yōu)化城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)設計，提升燃氣管網(wǎng)性能是未來天然氣事業(yè)發(fā)展的必由之路。計算機技術(shù)、三維立體技術(shù)等多種先進技術(shù)的應用使得燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計可以有效地實現(xiàn)，而先進的理論推廣也幫助開拓了管網(wǎng)優(yōu)化設計的思路。當下正是提升燃氣管網(wǎng)設計質(zhì)量、縮短施工周期、降低優(yōu)化成本的好時期。

二、城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計的發(fā)展方向

城鎮(zhèn)然氣管網(wǎng)建設受到多重因素的影響，為配合城市整體規(guī)劃設計，未來燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計的發(fā)展主要有三個方向：多目標化，自動化和快速化。

城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計的主要目的是利用現(xiàn)有的資源，在充分考慮管網(wǎng)結(jié)構(gòu)的性能、降低管網(wǎng)輸送與投資成本、提高管網(wǎng)輸送效率等多方面因素的同時，完成管網(wǎng)熱力能耗、動力能耗、投資成本等多項指標的狀態(tài)提升，進而達到城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)的最佳狀態(tài)，同時滿足用戶使用需求。由此可見，城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計是一個多目標化的課題。城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)在運行中有很多人工難以迅速操作的細節(jié)，而且對于大面積的燃氣管網(wǎng)，人力是難以完成監(jiān)控和管理的。因此，優(yōu)化城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)設計的一大發(fā)展趨勢正是自動化。例如目前大多城市已經(jīng)投入，或正在完善中的SCADA系統(tǒng)，在城鎮(zhèn)燃氣主管網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點和各重點用戶位置設置SCADA系統(tǒng)，通過自動化信號反饋各種管網(wǎng)運行的參數(shù)，為下一步規(guī)劃管網(wǎng)建設的完善和優(yōu)化提供了重要依據(jù)，確保城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)建設與實際需求同步，并取得最佳的經(jīng)濟效益。保障燃氣的安全使用一直是天然氣事業(yè)的重要任務。一旦燃氣管網(wǎng)發(fā)生泄露，很容易發(fā)生火災、爆炸等嚴重威脅居民人生安全的安全事故，進而造成嚴重的社會影響?？焖俜磻蛻碧幚頇C制是降低燃氣事故的重要保障。所以，未來燃氣管網(wǎng)的優(yōu)化設計要具備可靠且快速的優(yōu)化算法，不斷探索和完善優(yōu)化快速反應模型。

三、城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計中面對的問題

根據(jù)城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計的發(fā)展方向，結(jié)合城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)的運轉(zhuǎn)情況，當前，我國城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計中面對的問題主要有以下幾個：

1.調(diào)壓裝置選擇問題。合理選擇壓力調(diào)節(jié)裝置是城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)設計優(yōu)化與方案實現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)之一。城鎮(zhèn)燃氣的設計，最終面對的是終端用戶，如居民生活用氣，商業(yè)用氣，工業(yè)用氣等等。燃氣工程設計時，應根據(jù)不同類型的項目，不同客戶的需求，選擇正確的調(diào)壓方式。通常情況下，燃氣管網(wǎng)設計時會優(yōu)先選擇具有主、副兩套調(diào)壓器，并且調(diào)壓設備要具備智能識別超壓以及自動切斷管網(wǎng)供應等功能。這樣的調(diào)壓裝置選擇一方面可以確保燃氣管網(wǎng)安全、順暢運行，另一方面也降低了出現(xiàn)安全事故的機率。此外，選擇調(diào)壓裝置時還要注意設備的參數(shù)性能要匹配所在區(qū)域的燃氣需求量。

2.參數(shù)優(yōu)化問題。城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計的一個重要工作就是優(yōu)化燃氣管網(wǎng)的基本參數(shù)。管網(wǎng)的內(nèi)徑參數(shù)、節(jié)點輸出流量及其壓力值、以及管網(wǎng)路徑區(qū)域的相關(guān)參數(shù)等的科學、合理優(yōu)化是保證燃氣管道建成之后的經(jīng)濟效益實現(xiàn)和未來發(fā)展的需要。在管網(wǎng)設計優(yōu)化時，要綜合考慮各項參數(shù)的設定，并且要結(jié)合管網(wǎng)所在區(qū)域的街區(qū)面積以及街區(qū)人口數(shù)量，現(xiàn)有工商業(yè)用戶和潛在發(fā)展用戶等實際參數(shù)，進而保障管網(wǎng)優(yōu)化設計的科學合理性。準確的計算和判斷當前管網(wǎng)的負荷和遠期的發(fā)展余量，是做出正確實用，同時又經(jīng)濟效益俱佳的管網(wǎng)設計的重要保證。

3.管網(wǎng)布置與選材問題。城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)布置要結(jié)合城市規(guī)劃建設的實際情況，并不能做到隨心所欲的管網(wǎng)布置。城市地下管道錯綜復雜，且地面常有大型施工作業(yè)，又要考慮實際施工中的協(xié)調(diào)難度，這些都給城鎮(zhèn)燃氣管道布置增加了無形的難度。為保障施工順利安全實施，在燃氣管網(wǎng)優(yōu)化中可能會占用土地、或者暫停供氣，對于占用土地，一般都有相應的補貼政策，然而，還是有很多居民不理解，協(xié)調(diào)難度大，這也增加了燃氣管網(wǎng)布置的難度。

城市中燃氣管道一旦埋設之后，便長期處于地下封閉狀態(tài)，尤其是鋼制燃氣管道很容易受到地下土壤各種因素的腐蝕，造成管網(wǎng)運行隱患，如在設計壓力小于等于0.4MPa的中低壓埋地城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)中，已經(jīng)大面積普及的聚乙烯管（PE管），和鋼管比較，PE管施工工藝簡單，有一定的柔韌性，更主要的是不用作防腐處理，將節(jié)省大量的工序。缺點是器械性不如鋼管，施工中特別的注意熱力供暖的安全間距，并且不能裸露于空氣中陽光下，并且對化學物品敏感，防止污水管道的泄露造成傷害，因此根據(jù)實際情況，合理的選擇燃氣管網(wǎng)的材質(zhì)，管徑顯得尤為重要。而地上的架空燃氣管道受到空氣污染，雨水腐蝕等多種因素的影響，選擇普通的傳統(tǒng)管材，也不能滿足安全供氣的需求，如目前針對地上燃氣管道，國內(nèi)各企業(yè)已經(jīng)正在試點建設，并考慮逐步推廣使用的環(huán)氧樹脂涂覆管。因此，燃氣管網(wǎng)的選材問題是城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)優(yōu)化的重點研究對象。一些應用了新型的耐腐蝕、抗氧化的材料的管材被選擇作為燃氣管網(wǎng)的材料，可以延長燃氣管網(wǎng)的壽命，降低安裝以及維護的難度和成本，大大縮減了燃氣管網(wǎng)的優(yōu)化成本，提高了燃氣管網(wǎng)的運行效率，更保障了居民的用氣安全，降低了安全事故的發(fā)生概率。

四、結(jié)語

發(fā)展清潔能源、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為我國能源產(chǎn)業(yè)的重要任務。天然氣作為一種重要的清潔能源，已經(jīng)在城鎮(zhèn)居民的生產(chǎn)、生活中得到了廣泛的認可。保障居民生活，生產(chǎn)用氣安全，提升燃氣管網(wǎng)的運行效率，提高燃氣事業(yè)的經(jīng)濟效益，是城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)優(yōu)化的主要目標。為滿足燃氣管網(wǎng)發(fā)展的多目標化、自動化和快速化，我國城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計工作面對著合理選擇調(diào)壓裝備、優(yōu)化管網(wǎng)參數(shù)、選擇管網(wǎng)布置與選材三方面的主要問題。這些問題既給燃氣管網(wǎng)優(yōu)化設計指明了方向，也給燃氣管網(wǎng)設計提出了挑戰(zhàn)。

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