天然氣區(qū)域管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計理論研究.pdf

1、本世紀中葉天然氣將成為驅(qū)動全球經(jīng)濟發(fā)展所需能源的三駕馬車之一。近十多年來我國天然氣利用已取得了顯著的進步，但與世界平均水平相比仍有較大的差距，這既是挑戰(zhàn)也是機遇。隨著經(jīng)濟實力的增強和城鎮(zhèn)化率的提高，我國已從過去的城市燃氣發(fā)展到了當(dāng)前的城鎮(zhèn)燃氣，今后必將朝著全民氣化的方向發(fā)展。在這一進程中，城市的天然氣輸配管網(wǎng)不斷向外擴張、聯(lián)絡(luò)、交結(jié)，覆蓋城市群的天然氣管道網(wǎng)絡(luò)悄然而生，呈持續(xù)發(fā)展之勢。針對這一前沿現(xiàn)象，本文開展了城市群天然氣管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計

2、理論的研究。
　　首先，在歸納國內(nèi)外天然氣管網(wǎng)建設(shè)、特別是我國近年來出現(xiàn)的類似城市群天然氣管網(wǎng)建設(shè)的嘗試或規(guī)劃成果的基礎(chǔ)上，將隱約可見的城市群天然氣管網(wǎng)現(xiàn)象抽象為天然氣區(qū)域管網(wǎng)這一新的工程概念，描述了天然氣區(qū)域管網(wǎng)的功能和構(gòu)成，分析了天然氣區(qū)域管網(wǎng)的各種特性，明確了天然氣區(qū)域管網(wǎng)在天然氣管網(wǎng)鏈中的位置和界限范圍，探討了天然氣區(qū)域管網(wǎng)的形成機理。
　　其次，提出天然氣區(qū)域管網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計應(yīng)建立起適應(yīng)于其持續(xù)發(fā)展的規(guī)劃設(shè)計體系。這

3、個體系有三個方面的特征，一是我國現(xiàn)有天然氣管道的兩類規(guī)劃設(shè)計體系的綜合；二是具有現(xiàn)代體系的三個層次，即遵從國家和地方法規(guī)的法律體系層次，以建設(shè)行政管理體系為主的縱向行政體系層次，由政府規(guī)劃和企業(yè)設(shè)計共同構(gòu)成的規(guī)劃設(shè)計工作體系層次；三是具有符合天然氣區(qū)域管網(wǎng)特性的規(guī)劃設(shè)計理論體系。
　　第三，構(gòu)建了天然氣區(qū)域管網(wǎng)的規(guī)劃理論，主要有：適用于測算區(qū)域供氣規(guī)模的預(yù)測模型和方法；復(fù)雜多變的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)劃形式；以重要節(jié)點連線法、匯流法和中點法為

4、代表的管網(wǎng)布局規(guī)劃方法；包括超高壓（6.0MPa）在內(nèi)的多壓力級別和多壓力級制規(guī)劃模式；多氣源、調(diào)峰儲氣等規(guī)劃和布局原則等。認為天然氣區(qū)域管網(wǎng)規(guī)劃目標(biāo)的決策應(yīng)重視天然氣區(qū)域管網(wǎng)具有的區(qū)域能源基礎(chǔ)設(shè)施的功能價值，應(yīng)有利于充分發(fā)揮其促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和促進城鄉(xiāng)資源共享的功能及作用。
　　第四，探索了天然氣區(qū)域管網(wǎng)的設(shè)計理論，主要有：基于三大定律的天然氣管道流動理論；基于不同應(yīng)用條件的強度理論；基于本質(zhì)安全等各要素的安全理論；基于多因素和

5、多目標(biāo)的管道設(shè)計優(yōu)化理論等。分析了輸氣管道和配氣管道的個性特征，提出了用輸送效率來劃分輸氣管道和配氣管道的共性判則。進一步總結(jié)出天然氣區(qū)域管道分別具有輸、儲、配功能時對應(yīng)的三種流動工況特性；推導(dǎo)了管道實際流動工況與設(shè)計流動工況對比的、有多種影響因子耦合的無因次方程，以此計算并分析了多種影響因子變化的耦合作用對設(shè)計流動工況的影響程度。
　　第五，探究了天然氣區(qū)域管道的流動特性。提出了勢能因子的概念，推導(dǎo)出有勢能因子的天然氣非水平管道

6、流動基本方程、實用方程和工程計算公式，它不僅適用于天然氣區(qū)域管道，也適用于壓力不超過6.0MPa的天然氣輸氣管道和城鎮(zhèn)天然氣管道，而且它這一個公式可以替代既有的非水平管道和水平管道的兩個公式，使用方便。
　　最后，對普遍存在的天然氣區(qū)域管道儲氣能力進行了研究。提出了流動管道儲留比、流動管道儲氣效能和儲氣效率等概念和定義，以第一、二工況的管道儲留比為特征參數(shù)，給出了第一、二工況流動管道儲氣效能和儲氣效率數(shù)學(xué)表達式，進一步將第一、二工

7、況的組合擴展為第三工況，得到第三工況的數(shù)學(xué)表達式；論證了各壓力級別以及相鄰壓力級別組合為一級的流動管道具有的最大儲氣效能和最大儲氣效率；提出了管道流動最低負荷系數(shù)，并在此基礎(chǔ)上，分析了提高管道儲氣效能的方法和手段。
　　研究表明，天然氣區(qū)域管網(wǎng)在功能價值、作用、結(jié)構(gòu)、布局、流動工況、建設(shè)條件等方面都有清晰的特征體現(xiàn)，這是由其被逐漸發(fā)現(xiàn)的獨特性質(zhì)所決定的。深入分析和研究天然氣區(qū)域管網(wǎng)的工程特性，以及天然氣區(qū)域管網(wǎng)中輸、儲、配不同功能