我国城市天然气管网规划的现状与特点

王丽新

【摘要】天然气作为一种重要的矿石能源，在城市居民的日常生活中发挥着非常大的作用，城市天然气管网作为天然气能源的主要输送方式，也越来越受到人们的关注与重视。城市天然气管网规划通常情况下会涉及到诸多方面，同时其本身也具有一定的复杂性，不仅要对现有天然气管网的供求关系进行实时分析，还要对天然气管网结构进行最优化选择，在不影响质量的前提下实现天然气管网铺设成本的最小化。

【关键词】城市天然气管网；管网规划；现状

一、天然气特点

多气源城市，常常会遇到以下两种情况：一是某一地区原来使用的燃气要由性质不同的另一种燃气所代替；二是在主气源产生紧急事故，或在用气高峰时由于主气源不足，需要在供气系统中混入性质不同的其它燃气。当城镇燃气具有多种天然气气源时，如果它们的组成不同，其沃泊指数和燃烧势就会不同。此外，即使它们发热量类似，但沃泊指数和燃烧势也可能差别较大，不一定属于同一互换性范围，故必须将其进行分类，并依此定出与之适应的互换性范围，以保证天然气的使用效果。

二、市政规划中天然气管网规划原则

在市政天然气管网规划过程当中，需要严格遵循以下几个基本原则：（1）对于站场和管线布置，应当切实符合当地以及整个区域的城市规划要求、燃气管网规划的要求；（2）对于站场与管线的布置，需要具有适宜的地形条件、良好的工程地质条件等；（3）站场需要结合区域长输管线的具体位置予以确定；（4）对于站场、燃气管线与站外建（构）筑物的防火间距，需要与现行的国家标准及相关规定相符。

三、城市天然气管网规划现状

就现阶段来说，根据管网用途的不同，可以将城市天然气管网分为工业化天然气输送管道、城市天然气输送管道、長距离天然气输送管道三种类型；根据铺设方法的不同，可以将城市天然气管网分为高空燃气管道、地下燃气管道两种类型。根据输气压力进行划分，城市天然气管道主要可以分为四种类型：第一种是高压燃气管道，这种管道的压力范围在1.6兆帕至4兆帕之间；第二种是次高压燃气管道，这种管道的压力范围在0.4兆帕至1.6兆帕之间；第三种是中压力燃气管道，这种管道的压力范围在0.01兆帕至0.4兆帕之间；第四种是低压燃气管道，这种管道的压力范围在0.01兆帕以下。

从根本上来说，城市天然气管网规划现状主要取决于城市的实际发展状况，必须严格遵循城市天然气管网规划原则的要求来实际进行布线。基于这样的原因，城市天然气管网规划开始之前，应综合调查、全面认识规划区域的道路状况以及发展现状，确保准备充分、勘察无误之后，方可进行布线。除此之外，实际进行城市天然气管网规划的时候，也要进行前瞻性的考虑，对于城市的经济发展、人口规模变化等情况应具有一定的预见性，并综合考虑上述因素，来计算天然气管网线路。与此同时，也要充分考虑街道路面的实际情况，尽量减少跨越河流、铁路、公路等工程，以实现成本的降低。

四、城市天然气管网规划方法

（一）动态规划法

动态规划法指的是优化管网中各个节点的压力，得到最优的压力后以此来选择相应的管网元件，最大程度地降低管网建设和运行的费用。利用这种方法时，必须预先给定压气站的数目和位置以及各管段的长度和管径，但是这种规划方法对于处理较多的网络元件时并不适用。这是因为用该方法求解时若一维状态取值为m个，对n维状态就有mn个这对于n稍大的问题在实际情况中都是不现实的。

（二）约束导数法

国外学者经过多年的研究发现约束导数法可以解决那些具有等式约束的输气管道工艺参数优化设计问题。国外学者Flanigan采用约束导数法优化了天然气管网系统中管道的直径和压缩机功率，优化时预先给定管网中压气站的数量与位置，将设计变量分成决策变量和状态变量2类。在数学史上，这种方法是一种很有代表意义的数学规划方法，但是仅仅局限于设计问题的局部优化。

（三）广义既约梯度法

广义既约梯度法首次被Edgar等学者成功应用于天然气输送网络的最优设计。该方法的应用能同时确定压气站的数目、优化两个压气站之间的管段长和管径以及压气站中压缩机的操作工况等，大大降低管网铺设及运行费用。在解决非线性天然气管网规划问题上，该方法具有很高的效率。但是要想得到离散的最优管道直径值还需要借助于其他的方法如分支定界法、次梯度优化法等。

总之，我国天然气输气管网还处在初期阶段，仍然在实践中不断地进行探索， 特别是天然气管网在城市规划中的特殊性，从数学的方面进行分析，可以把供水管网和天然气输气管网都划分为城市市政管网规划问题，所以，在输气管网进行相关布局研究的时候， 可以有选择地借鉴一些供水管网布局的成功之处和规划能力。 输气管道气在输气运行中，因为具有输送压力比较高、输送距离长以及大口径等特点，因此在城市市政规划过程中应该注意这些特征， 并且有效地针对这些特点提出了相应的解决措施。对现有研究文献的综合来看， 天然气管道网络在市政管网规划中具有广阔的发展前景和发展潜力， 应该逐步对其进行深入思考和研究，并且在基于相关研究的基础上，开发出市政规划软件。

五、结语

目前，天然气作为城市居民生活的主要能源物质发挥着极大的作用，城市管道系统作为输送天然气的一种工具也越来越得到重视。

参考文献

[1]孔川.区域天然气管网规划设计理论研究[J].煤气与热力，2016，36（03）：40～44.