【正文】 源壓力降低 59 分區(qū)模式下可靠性值影響因素 42 管段水力可靠度 40 城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)水力可靠性的特點(diǎn) 39 第 4 章 基于分區(qū)模式管網(wǎng)水力 可靠性模型計(jì)算 34 各種事故工況綜合對(duì)比 29 水力計(jì)算結(jié)果及工況分析 25 分區(qū)環(huán)狀管網(wǎng)求解方法 18 本章小結(jié) 15 高峰系數(shù)的確定 13 總用氣量預(yù)測 12 創(chuàng)新點(diǎn) 11 論文 研究的方法 10 研究 的內(nèi)容 10 研究的 可行性分析 5 國 內(nèi) 外 管網(wǎng)分區(qū)模式研究現(xiàn)狀 Partition Model。介紹了燃?xì)夤芫W(wǎng)可靠性管理的概念，對(duì)管網(wǎng)全生命周期的各階段可靠性管理內(nèi)容進(jìn)行了探究。 2) 提出了燃?xì)夤芫W(wǎng)采用分區(qū)模式的條件 及分 區(qū) 方法。 大型集中型管網(wǎng)存在低壓點(diǎn)集中在管網(wǎng)中部、門站及各調(diào)壓站供氣范圍不明確、停氣放散面積大、 設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理不能有效結(jié)合 等問題。這些問題是由管網(wǎng)結(jié)構(gòu)造成的，是不能通過管網(wǎng)的優(yōu)化計(jì)算、可靠性設(shè)計(jì)所能夠改善的，只有采用新的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)才有可能解決這些問題。分區(qū)模式 適用于集中型管網(wǎng)、壓力級(jí)制為高 （ 次高 ） 壓 中壓二級(jí)管網(wǎng) 、有 2 個(gè)及以上高 （ 次高 ） 壓 中壓區(qū)域調(diào)壓站，分區(qū)時(shí)以各區(qū)域調(diào)壓站為中心 各成 獨(dú)立系統(tǒng) ， 并且 為保證事故工況，管網(wǎng)不能完全隔 斷，各區(qū)域之間用管道連通，連通管上安裝隔離閥，正常工況下隔離閥關(guān)閉，事故時(shí)打開。 提出了管網(wǎng)分區(qū)模式提高可靠性的措施。 Hydraulic Calculation。 2 城市燃?xì)夤芫W(wǎng) 分區(qū)模式 國內(nèi)外研究 現(xiàn)狀 5 管網(wǎng)分區(qū)模式目前研究的不足 16 管網(wǎng)計(jì)算流量的確定 17 增長率法預(yù)測 21 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)分區(qū)原則 25 分區(qū)管網(wǎng)水力計(jì)算特點(diǎn)及求解步驟 25 分區(qū)管網(wǎng)水力特點(diǎn) 26 解環(huán)方程法計(jì)算步驟 27 常用水力計(jì)算軟件介紹 37 本章小結(jié) 42 燃?xì)夤芫W(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)果分析 43 計(jì)算工況可靠性比較 43 事故工況 56 可靠性管理概念 58 可靠性狀態(tài)良好時(shí)分區(qū)管理模式 68 III 展望 70 參考文獻(xiàn) 71 攻讀碩士生期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及科研成果 1 The necessity and significance of research 10 Feasibility analysis of research 13 The index method of the gas consumption 13 The forecast of the total gas consumption 15 The determination of peak coefficient 23 The choice of the state equation for hydraulic calculation 25 The characteristics of hydraulic calculation partition work 26 The steps of calculation for circular equation method 29 The city gas pipeline work profiles of southwest 31 The analysis and parison for accident hydraulic conditions 34 V The prehensive contrast for all kinds of accidents condition 42 The work system reliability analysis of gas pipe work 59 The management methods of hydraulic reliability based on the partition model 68 Acknowledgments 20世紀(jì) 50年代以來，根據(jù)美孚石油公司等多家機(jī)構(gòu)的估算，世界天然氣最終可采資源量大致在 140萬億～ 450萬億 m3之間 [1]。我國天然氣主要用于民用、商用、工業(yè)、交通運(yùn)輸、化工、發(fā)電等，發(fā)改委頒布的天然氣利用政策確定了天然氣發(fā)展的原則，未來天然氣使用結(jié)構(gòu)將不斷趨于優(yōu)化。城鎮(zhèn)燃?xì)庾鳛樘烊粴猱a(chǎn)業(yè)鏈的下游，直接關(guān)系到千家萬戶的用氣工況和企業(yè)的高效管理，對(duì)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行合理科學(xué)的分區(qū)供氣和計(jì)量是極為重要的，目前國內(nèi)對(duì)此研究正處于初級(jí)階段。城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的壓力級(jí)制通常有一級(jí)系統(tǒng)、二級(jí)系統(tǒng)、三級(jí)系統(tǒng)以及多級(jí)系統(tǒng)，其中高 （ 次高 ） 壓 中壓二級(jí)系統(tǒng)應(yīng)用最為普遍。 3) 氣源由人工燃?xì)饣蛞夯瘹飧某商烊粴夂螅腥細(xì)庠O(shè)施能否利用以及怎樣利用是個(gè)復(fù)雜的問題，若解決的不好，會(huì)造成市政設(shè)施浪費(fèi)或影響天然氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。而對(duì)于 大型燃?xì)夤芫W(wǎng)而言，存在著低壓點(diǎn)集中在管網(wǎng)中部、門站及各調(diào)壓站供氣范圍不明確、事故時(shí)放散面積大等問題，管網(wǎng)越大，這些問題越嚴(yán)重 [6]。這正是目前集中式燃?xì)夤芫W(wǎng)面臨的一個(gè)主要問題，并且城市越大，調(diào)壓站越向外移，中心城區(qū)壓力越低。對(duì)于多氣源集中式管網(wǎng)，目前還不能明確各氣源的供氣范圍。而環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流向不唯一，需關(guān)閉的隔離閥數(shù)量多，一般放散區(qū)域較大，放散量多，放散區(qū)域的大小與隔離閥的數(shù)量和布置有關(guān)。另外閥門如果存在內(nèi)漏等問題，在停氣動(dòng)火時(shí)就不能徹底關(guān)閉，會(huì)使微量燃?xì)庑孤度雱?dòng)火操作區(qū)域，引發(fā)安全事故，這樣，多一個(gè)閥門就多一個(gè)安全隱患。 ④ 目前城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)的設(shè)計(jì)思路比較單一，計(jì)算工具不夠先進(jìn) 管 網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)壓力級(jí)制一般根據(jù)城市情況確定為單級(jí)中壓、高 （ 次高 ） 壓 中壓二級(jí)或多級(jí)，配氣管網(wǎng)為中壓，管網(wǎng)盡量成環(huán)網(wǎng)，有大型自然或人工障礙時(shí)進(jìn)行分區(qū)。因此燃?xì)夤芫W(wǎng)的設(shè)計(jì)思路還不夠開闊。但是大面積的環(huán)網(wǎng)在運(yùn)行維護(hù)時(shí)不方便，特別是當(dāng)搶險(xiǎn)、維修，需要把某一段管道從管網(wǎng)中隔離時(shí)，往往要關(guān)閉很多閥門，具體的數(shù)量與管網(wǎng)結(jié)構(gòu)有關(guān) [810]。這些問題是由管網(wǎng)結(jié)構(gòu)造成的，是難以避免的。 蘇欣提出了采用累積法模型來預(yù)測城市燃?xì)庳?fù)荷 [24]，將城市人口和工業(yè)產(chǎn)值這兩個(gè)影響城市燃?xì)庳?fù)荷的主要因素引入預(yù)測模型，得到了交友的預(yù)測結(jié)果，且該模型簡單易懂，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算編程?？偨Y(jié)了牛頓 拉夫遜法、擬牛頓法、蒙特卡羅方法以及延拓法這幾種算法的特點(diǎn)，并用這些算法對(duì)同一實(shí)例進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析節(jié)點(diǎn)方程法數(shù)學(xué)模型的求解。在最短生成樹的基礎(chǔ)上嘗試使用貪心算法確定天然氣調(diào)壓站的最佳作用半徑，以使得天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)初投資最省。在可靠性計(jì)算中利用了推導(dǎo)出來的可用度公式，同時(shí)采用了圖論理論，即求解圖的最小路并進(jìn)行不交化處理。目前國內(nèi)對(duì)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)分區(qū)模式進(jìn)行的研究 包括： 1) 適用的管網(wǎng)類型進(jìn)行分區(qū) 目前，燃?xì)夤芫W(wǎng)受地形限制，按照天然或人工障礙進(jìn)行分區(qū)的比較多，如圖 11。 另一種燃?xì)夤芫W(wǎng)分區(qū)是因?yàn)楣芫W(wǎng)歸屬不同的運(yùn)營公 司。這種集中式城市或區(qū)域進(jìn)行燃?xì)夤芫W(wǎng)布置時(shí)，傳統(tǒng)的方案是中壓管網(wǎng)連成一個(gè)大的環(huán)網(wǎng)，分區(qū)模式就是把中壓管網(wǎng)按照一定的標(biāo)準(zhǔn)分成 若干個(gè)區(qū)域，進(jìn)行分區(qū)管理。采用分區(qū)模式，不影響管網(wǎng)壓力級(jí)制，不改變高壓 （ 次高壓 ） 管網(wǎng)參數(shù)，不影響門站或調(diào)壓站的位置及供氣量。分區(qū)模式布置管網(wǎng)時(shí)，要盡量將調(diào)壓站置于負(fù)荷中心，并且將最不利環(huán)路長度控制的比較小，這樣可以使每個(gè)小區(qū)域最低點(diǎn)壓力比較高，水力工況比較理想。采用分區(qū)模式，每個(gè)小區(qū)域的大小和形狀可以控制，可以在管網(wǎng)布置時(shí)，將調(diào)壓站置于負(fù)荷中心，并且將最不利環(huán)路長度控制的比較小，這樣就可以使相同條件下，系統(tǒng)壓力降較小 ，最低點(diǎn)壓力得到提高。 3) 閥門數(shù)量少，關(guān)閥影響區(qū)較小，放散時(shí)間短 在要求的隔離效果確定的情況下，管段數(shù)與環(huán)數(shù)越多，需要安裝的閥門數(shù)量越多 [10]。 管網(wǎng)分區(qū)模式目前研究的不足 刁克功對(duì)分區(qū)管理模式給水管網(wǎng)的水力分析與模擬技術(shù)進(jìn)行了研究 [31]，提出了一種基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)演化的給水管網(wǎng)自動(dòng)分區(qū)方法； 提出了基于動(dòng)態(tài)場景的校核方法來服務(wù)于分區(qū)模式管網(wǎng)；通過對(duì)分區(qū)模式下管網(wǎng)流量特性的分析，同時(shí)采用了峰值流量系數(shù)中不同的方法，提出了關(guān)于分區(qū)模式下管網(wǎng)改造及設(shè)計(jì)的可行性建議。在探討北京市 DMA 劃分方法的基礎(chǔ)上，建立了兩個(gè) DMA 示范區(qū)進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐，檢驗(yàn)了 DMA 分區(qū)方法合理性和分區(qū)后 DMA 內(nèi)部的供水水壓和水質(zhì)變化。陶其育等對(duì)城市給水管網(wǎng)實(shí)用分區(qū)進(jìn)行了探討與實(shí)踐 [35]，闡述了給水管網(wǎng)實(shí)用優(yōu)化分區(qū)步驟，包括選擇區(qū)域系統(tǒng)階層數(shù)、劃定區(qū)域規(guī)模、確定進(jìn)水點(diǎn)數(shù)目和 位置 、劃定區(qū)域邊界等。 研究的可行性分析 結(jié)合文獻(xiàn)分析出城市燃?xì)夤芫W(wǎng)分區(qū)供氣模式的方案、劃分原則及優(yōu)越性，研究分析了我國城市燃?xì)夤芫W(wǎng)在分區(qū)供氣模式中存在的不足和必然性，具備了以下可行方案： 1) 我國城市燃?xì)庑袠I(yè)發(fā)展迅速，已經(jīng)形成了行業(yè)的國家規(guī)范、地區(qū)規(guī)范及行業(yè)規(guī)范，對(duì)城市各行業(yè)的用氣量預(yù)測也逐漸走向科學(xué)化和精確化，從理論的角度分析城市用戶的用氣標(biāo)準(zhǔn)和理論計(jì)算公式。 研究的內(nèi)容 論文所提出來的燃?xì)夤芫W(wǎng)分區(qū)是針對(duì)中壓管網(wǎng)，以門站和調(diào)壓站為中心， 通過對(duì)某中壓燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行分區(qū)供氣管理。 2) 管網(wǎng)分區(qū)模式的水力計(jì)算及工況分析 確定了管網(wǎng)分區(qū)的原則， 通過介紹管網(wǎng)分區(qū)模式的水力計(jì)算方法，對(duì)計(jì)算的特點(diǎn)、求解方法、求解步驟進(jìn)行系統(tǒng)分析 和介紹，同時(shí)對(duì)常用的水力計(jì)算軟件進(jìn)行分析。 論文研究的方法 由于本 論文 的研究對(duì)象是 城市燃?xì)夤芫W(wǎng) ，若采用傳統(tǒng)的 安全分析 方法會(huì)使模型 適用性不強(qiáng) ， 同時(shí)所建立的可靠性模型運(yùn)用價(jià)值得不到體現(xiàn) 。 調(diào)研文獻(xiàn)資料 分析管網(wǎng)問題 確定管網(wǎng)分區(qū)模式 用戶用氣量預(yù)測 管網(wǎng)流量計(jì)算 經(jīng)濟(jì)預(yù)測法預(yù)測 增長率法預(yù)測 管網(wǎng)水力計(jì)算 水力可靠 性分析 分區(qū)管網(wǎng)運(yùn)行管理 增強(qiáng)可靠性措施 案例計(jì)算 圖 12 論文研究的技術(shù)路線框圖 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 13 第 2 章 城市燃?xì)夤芫W(wǎng) 用氣量預(yù)測 燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測指由過去一段時(shí)