2008年第1期內(nèi)蒙古石油化工51天然氣集輸系統(tǒng)優(yōu)化配產(chǎn)劉世甲(華北油田分公司第三采油廠,河北河間062450)摘要:天然氣集輸系統(tǒng)優(yōu)化配產(chǎn)是以地面天然氣集輸管網(wǎng)為研究對(duì)象,并在管網(wǎng)建設(shè)完成后,按照氣田對(duì)集輸管網(wǎng)的充分合理輸氣,配氣站對(duì)天然氣用戶的充分合理配產(chǎn),進(jìn)而達(dá)到供給平衡和滿足天然氣消費(fèi)為目的，從而使氣田獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益和銷售公司獲得的最大經(jīng)濟(jì)利益為目標(biāo)，并根據(jù)不同季節(jié)和時(shí)段的用氣量不同,通過對(duì)天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)輸配氣過程中各種影響因素,包括壓氣站、管道內(nèi)壓力降分析以及管內(nèi)流動(dòng)性分析,其中通過壓力降方程的推導(dǎo)，用Newton-Raphson方法對(duì)管網(wǎng)模擬集統(tǒng)方程的求解,并給出各節(jié)點(diǎn)壓力和流入流出量的實(shí)例。本文還可以將模型推廣到其它種類的管道類型,以及其他領(lǐng)域,如供水管網(wǎng)優(yōu)化問題等。關(guān)鍵詞:壓氣站;輸氣管道;壓力降;Newton- Raphson;數(shù)學(xué)模型;集輸配產(chǎn);時(shí)間序列;罰函數(shù)1緒論2.2數(shù)學(xué)模型的建立隨著由計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)過渡在各大油氣銷maxF= isat- ioQi- hiAQ售的推進(jìn)進(jìn)程,天然氣越來越成為人們生活中的必[(e)*-1]須燃?xì)饽茉?在氣田內(nèi)部，每一口井由于其輸往氣田s;一銷售企 業(yè)向用戶j銷售天然氣的售氣價(jià)，集氣總站所經(jīng)過的管線長(zhǎng)度和輸氣壓力的不同,從元/萬m'而造成了每口氣井外輸單位氣量的成本消耗不同。-銷售企業(yè)在氣源i處的購氣價(jià),元/萬m'氣田的實(shí)際產(chǎn)氣的多少,除了與各氣井的產(chǎn)量有關(guān)系,而更多的是受到市場(chǎng)對(duì)天然氣的需求量影響,而Qs一-在時(shí)間段t,銷售公司向用戶j銷售天然天然氣的需求量多少是取決于用戶的用氣量,用戶氣的流量,萬m*/h的用氣量不是恒定不變的,不但隨著季節(jié)的不同而Qi一-在時(shí)間段t,銷售公司從氣源i的購氣變化甚至每天的時(shí)間段的用氣量也是不均衡的。量,萬m*/h作為天然氣生產(chǎn)企業(yè)的各氣田,只有適應(yīng)這種h,-.壓氣站z的單位運(yùn)行費(fèi)用;元/(kW●h)需求變化,制定合理的輸配氣運(yùn)行方案和各氣井的Q%mn一壓氣站z 的天然氣吸入流量,萬m*/h合理配產(chǎn),才能實(shí)現(xiàn)其最大的經(jīng)濟(jì)效益。A一-代表壓氣站功率計(jì)算公式中所有的常系在氣田內(nèi)部如何合理的調(diào)度生產(chǎn)和配置各氣井?dāng)?shù)之積的產(chǎn)量以適應(yīng)季節(jié)性和時(shí)段性的需求量變化,進(jìn)而a- ,k為氣體的絕熱指數(shù)通過各種自動(dòng)化儀表,靈活的調(diào)度氣田的生產(chǎn),進(jìn)而2.3約束條件實(shí)現(xiàn)自己的最大經(jīng)濟(jì)效益。2.3.1氣井的產(chǎn) 量的約束:inSQi:SQ' li/max2優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建立2.3.2氣源供 氣壓力的約束:P'/mim SPiSP/mx,t2.1決策變量的確定=1,2,",T;Qi:-在時(shí)間段t,銷售公司從氣源i的購氣2.3.3壓氣站處理能力的限制:AQwm[(e)*-1]量,萬m2/h; .Qz一在時(shí)間段t, 銷售公司向用戶j銷售天然SNm,t= 1,2,.T;2.3.4用戶天然氣需求量約束:Q2mim≤Qi≤Qimx氣的流量,萬m*/h;Q一- 在時(shí)間段t,管段mn內(nèi)的天然氣流量，2.3.5管路壓降方程:Q- 5020d$tg°ze]as萬m*/h;3模型的求解fu一在時(shí)間段t,壓氣站z的運(yùn)行費(fèi)用,元。3.1構(gòu)造罰函數(shù)收稿日期:2007-09- 15作者簡(jiǎn)介:刈世甲(1970- -),男,1990 年畢業(yè)于華北石油學(xué)校石油礦場(chǎng)機(jī)械專業(yè),助理工程師,在讀河北工業(yè)大學(xué)石油工程專業(yè)。長(zhǎng)期從事油田機(jī)械設(shè)計(jì)與維修工作。52內(nèi)蒙古石油化工2008年第1期構(gòu)造罰函數(shù),將原非線性約束問題轉(zhuǎn)化為無約允許誤差e,即束問題:3 d2(1Sd2SD2)使得-Co2(X!)>eminP(X,M)=.三scQis+三立h:AQ .[(pou/或者存在某-一個(gè)等式約束函數(shù)基于步驟B求得的最優(yōu)解的函數(shù)值的絕對(duì)值大于步驟A確定的允許p:%)*-1]-. 3S,Q% +Ms.2 [Ca(X)]* +MS誤差e,即[Car(X)]'pa(Ca2(X))3 d1(1≤d1≤D1)使得|Ca(X*)|>e式中:M--罰因子;則需要取M= Mn+1>Mu,然后繼續(xù)回到步驟D1- 模型中等式約束個(gè)數(shù)，模型中為B;否則,停止迭代，得到本文模型的最優(yōu)解。2;4結(jié)論D2---模型中不等式約束個(gè) 數(shù),模型中本文根據(jù)歷年數(shù)據(jù)資料,用時(shí)間序列預(yù)測(cè)對(duì)氣為9;井產(chǎn)量和用戶的消費(fèi)進(jìn)行短期的預(yù)測(cè),其中氣井產(chǎn)3.2具體實(shí)現(xiàn)步驟量分穩(wěn)產(chǎn)期與遞減期來分別預(yù)測(cè),穩(wěn)產(chǎn)期也用時(shí)間序列建立數(shù)學(xué)模型;遞減期則利用J.J.Arps建立的minP, (X,M)= 2.cQi + 2hlAQimn [(poul三種遞減模型,即指數(shù)遞減,雙曲線遞減和調(diào)和遞減照來判別預(yù)測(cè),然后用二元回歸分析法來求解,最終建pl)'-1]-Ess,Q&s+M[Ca(X,)]"+M [Cn立了有壓氣站的輸配氣管網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，(X,)]pua(Cax(X,))(1)并使用罰函數(shù)法實(shí)現(xiàn)了對(duì)該非線性規(guī)劃問題模型求我們按照如下的步驟求解上面的約束規(guī)劃模解。型:[參考文獻(xiàn)]A.取定一個(gè)罰因子M=M1>0,確定一個(gè)允許[1] 李仕倫.天然氣工程.北京:石油工業(yè)出版社，誤差e>01998.B.求解由約束極值問題轉(zhuǎn)化成的無約束極值[2]胡運(yùn)權(quán),郭耀煌.運(yùn)籌學(xué). 北京:清華大學(xué)出版問題的最優(yōu)解:社,1998.minP,(X.,Mu)=. zcQi+ (:iQ(i[:(u/i[3] 曾自強(qiáng),張育芳.天然氣集輸工程.北京:石油工業(yè)出版社,2001.-1]- SQs+ Mu之[Ca(X,)]*+Mn 3[Cn[4] 江茂譯,徐羽鏜,王壽喜，曾自強(qiáng).輸配氣管網(wǎng)的模擬分析.北京:石油工業(yè)出版社,1993.(X)]'ua(Ca(X,))(2)[5] 李長(zhǎng)俊.天然氣管道輸送.北京:石油工業(yè)出版式中:k1表示罰因子的迭代序號(hào)。社,2000.用最優(yōu)下降法找到(2)的最優(yōu)解,計(jì)為X".C.檢驗(yàn)是否滿足停止迭代條件(檢驗(yàn)是否已經(jīng)[6]Battelle Columbas Division. Guidelines forHazardEvaluation procedure. NewYork :求得最優(yōu)解)如果,存在某一個(gè)不等式約束函數(shù)基于步驟BAmerican Institute of ChemicalEngineers,1985 .求得的最優(yōu)解的函數(shù)值的相反數(shù)大于步驟A確定的Optimized Distributing Production of Natural Gas Gathering and Transportation SyetemLIU Shi- jia(The Third Oil Production Factory of Huabei Petroleum Company, Hejian, Hebei, 062450)Abstract: The optimize ration and produce of natural gas' gathering and transportation syetem studynatural gas' gathering and transportation pipeline network on the ground ,when finished the construction ofthe pipe net , gas field rationally transport gas to gathering pipeline network and the station of rationing gasrationally ration gas, we want gas field and selling corporation get the most benefit when we satisfy thebalance of supply and consume of gas , but we must consider different season and period the time to resultin different consumption of gas and other effect factors , for example the station of pressing gas ,fall of pressin the pipeline and streaming analyze on the pipeline. When we constituted the mathematic model,we solveit with Newton - Raphson method ,lastly,we will give some instance. This text extend to other pipe typesand other fields ,such as water suply pipe optimize problems.Key words: Station of pressing gas; Ipeline of tranpotation gas ;Fall of press Newton - Raphson;Mathematic model; Time sequence ; Penalized function