【導(dǎo)讀】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。因此本文提出了燃?xì)夤芫W(wǎng)分區(qū)模式，希望能對燃?xì)夤芫W(wǎng)模式提出新的。本文研究的主要內(nèi)容如下：。認(rèn)為指標(biāo)法指標(biāo)選取合理，統(tǒng)計(jì)分析科學(xué)，是適合的燃?xì)庥昧款A(yù)測方法。壓力級制為高（次高）壓-中壓二級管網(wǎng)、有2個及以上高（次高）壓-中壓區(qū)域調(diào)壓站，分區(qū)時以各區(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，事故時打開。概念，對管網(wǎng)全生命周期的各階段可靠性管理內(nèi)容進(jìn)行了探究。高可靠性的措施。了分區(qū)模式的可行性結(jié)論。

　　

【正文】 是目前集中式燃?xì)夤芫W(wǎng)面臨的一個主要問題，并且城市越大，調(diào)壓站越向外移，中心城區(qū)壓力越低。 ② 門站及各調(diào)壓站供氣范圍不明確 中壓管網(wǎng)上門站、調(diào)壓站都是氣源，中壓管網(wǎng)是個多氣源管網(wǎng)，在水力計(jì)算時，無城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)分區(qū)模式下的水力可靠性研究 4 論采用哪種初始流量賦值方法，都不能明確各氣源的供氣比例，也不能反映出各管段、節(jié)點(diǎn)的流量組成，管網(wǎng)流量分布是各氣源總體貢獻(xiàn)的結(jié)果，在管網(wǎng)氣量調(diào)度、調(diào)配，或調(diào)壓站故障時管網(wǎng)流量分布難以作為合理有效的依據(jù)。張 川東為解決這個問題，提出了“ 配比因子 ” 的概念 [7]，認(rèn)為每一節(jié)點(diǎn)所獲得流量均為各氣源按照一定比例提供的，該比例即為配比因子，各氣源配比因子相加等于 1，通過求解各節(jié)點(diǎn)流量連續(xù)性方程組，即可得每一節(jié)點(diǎn)、管道的配比因子。但是該作者沒有進(jìn)行實(shí)例計(jì)算，也沒法與實(shí)際工況相比較，因此不能說明這種算法的實(shí)際應(yīng)用價值。對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。 ③ 停氣放散面積大 燃?xì)夤芫W(wǎng)在事故或維修時，考慮到燃?xì)獾囊兹家妆?，一般采用停氣動火，即對管道的焊接等動火作業(yè)要在停氣的情況下進(jìn)行，這樣就需要對管網(wǎng)進(jìn)行放 散。放散時關(guān)閉與動火點(diǎn)相關(guān)的隔離閥，在放散區(qū)域安裝放散管放散燃?xì)狻Ｖ罟芫W(wǎng)，因?yàn)榱飨虼_定，動火點(diǎn)的上下游非常明確，需關(guān)閉的隔離閥容易確定，一般放散區(qū)域較小，放散量不多。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)。管網(wǎng)越大，放散時需關(guān)斷的區(qū)域越大，則放散量越大，放散的時間越長，安全隱患越大。多安裝隔離閥可以減小放散區(qū)域，隔離閥多，管道故障時關(guān)閉較小的區(qū)域就可使故障管道與管網(wǎng)隔離，放散時間短，維搶修速度快；隔離閥少，放散時間長，維搶修速度 慢。但是隔離閥多，會增加閥門的日常維修保養(yǎng)工作量，也會增加閥門故障的幾率。另外閥門如果存在內(nèi)漏等問題，在停氣動火時就不能徹底關(guān)閉，會使微量燃?xì)庑孤度雱踊鸩僮鲄^(qū)域，引發(fā)安全事故，這樣，多一個閥門就多一個安全隱患。因此隔離閥的數(shù)量受安全運(yùn)行的限制，不能安裝太多。大型集中式燃?xì)夤芫W(wǎng)，停氣放散的區(qū)域很難縮小。一些研究提出了一些算法，并編寫了程序，能夠在事故時準(zhǔn)確、快速的搜索出需關(guān)閉的隔離閥 [8,9]，但是不能從根本上解決環(huán)網(wǎng)放散區(qū)域大，放散時間長的問題。 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)時壓力級制一般根據(jù)城市情況確定為單級中壓、高 （ 次高 ） 壓 中壓二級或多級，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進(jìn)行分區(qū)。而實(shí)際上集中型的大城市或特大城市采用大面積的環(huán)網(wǎng)配氣不一定適合，或者認(rèn)為管網(wǎng)過大，其配氣效率可能會受影響。但是現(xiàn)在燃?xì)庖?guī)劃中沒考慮過這個問題，還是按照規(guī)范的要求盡量成環(huán)。燃?xì)庑袠I(yè)內(nèi)也沒見到過這方面的研究。因此燃?xì)夤芫W(wǎng)的設(shè)計(jì)思路還不夠開闊。目前燃?xì)庑袠I(yè)的商業(yè)水力計(jì)算軟件大多數(shù)都只能進(jìn)行水力平差計(jì)算，不能進(jìn)行管網(wǎng)的優(yōu)化，這樣管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、管徑都不能達(dá)到最優(yōu)，而管網(wǎng)優(yōu)化的研究 成果又不能轉(zhuǎn)化成商業(yè)成果，得不到廣泛的應(yīng)用，因此目前燃?xì)夤芫W(wǎng)的計(jì)算工具還不夠先進(jìn)。 ⑤ 設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理不能有效結(jié)合 管網(wǎng)的計(jì)算主要從水力工況、事故可靠性等水力條件出發(fā)，來確定管網(wǎng)型式、管徑，西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 5 沒有考慮過管網(wǎng)運(yùn)行的要求。大面積的環(huán)網(wǎng)被認(rèn)為水力可靠性最好，事故時流量減少不多，對供氣的影響最小，因此是首選的配氣管網(wǎng)模式。但是大面積的環(huán)網(wǎng)在運(yùn)行維護(hù)時不方便，特別是當(dāng)搶險、維修，需要把某一段管道從管網(wǎng)中隔離時，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]。如果閥門設(shè)置不合理，就會使關(guān)斷區(qū)域較大，區(qū)域內(nèi)燃?xì)夥?散量就會比較大，放散時間也長，既造成燃?xì)饫速M(fèi)，也給運(yùn)行管理部門工作帶來一定麻煩。如果這些截?cái)嚅y內(nèi)漏，那么在需要的時候不能完全關(guān)閉，還會對動火作業(yè)產(chǎn)生安全隱患。 分析上述問題后，總結(jié)出燃?xì)夤芫W(wǎng)目前在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、水力計(jì)算、改造等方面存在上述問題，其中集中型管網(wǎng)最為突出，而且管網(wǎng)規(guī)模越大，問題越嚴(yán)重。這些問題是由管網(wǎng)結(jié)構(gòu)造成的，是難以避免的。采用先進(jìn)的水力計(jì)算方法，如各種優(yōu)化算法 [1120]，可靠性算法 [2123]等，雖然能優(yōu)化管徑，提高管網(wǎng)可靠性，并使管道達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)，但是因?yàn)闆]有改變管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所以并不 能從根本上解決這些問題，因此有必要對管網(wǎng)提出新的結(jié)構(gòu)模式。針對集中型管網(wǎng)過于集中的問題，本文提出了集中型燃?xì)夤芫W(wǎng)的分區(qū)模式，將集中型管網(wǎng)按照一定規(guī)律分成若干個小區(qū)域，進(jìn)行分區(qū)供氣，實(shí)施區(qū)域管理，為解決城市燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、事故后影響范圍廣、科學(xué)規(guī)劃用氣、優(yōu)化城市用氣結(jié)構(gòu)等有一定的實(shí)用意義。 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)分區(qū)模式國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外管網(wǎng)分區(qū)模式研究現(xiàn)狀 目前燃?xì)夤芫W(wǎng)的研究集中在負(fù)荷預(yù)測；穩(wěn)態(tài)、動態(tài)模擬；建模、優(yōu)化；安全評價、可靠性分析、完整性管理； GIS 相關(guān)設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程控制等方面。 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。 彭世尼對各種燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測方法進(jìn)行了概述及分析 [25]，認(rèn)為常用的方法包括時間序列法、灰色理論預(yù)測法、回歸分析法、專家系統(tǒng)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，并從研究角度和適用條件、數(shù)據(jù)形式、計(jì)算復(fù)雜程度、預(yù)測方法發(fā)展程度、適用的時間分類等五個方面進(jìn)行了分析，認(rèn)為各種預(yù)測方法都具有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，可采用結(jié)合小波分析技術(shù)、遺傳算法的混合神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型來提高燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測精度。 張中秀，郝天文研究了燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測的經(jīng)濟(jì)性評價與風(fēng)險控制方面的問題 [26]，建立了燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測的經(jīng)濟(jì)性評價模型，量化分析了提高預(yù)訂氣量、利用儲氣設(shè)施等風(fēng)險控制方法的效果，提出了降低燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測風(fēng)險的控制策略。 白建輝研究和總結(jié)了國內(nèi)外管網(wǎng)穩(wěn)態(tài)分析的研究狀況 [27]，闡述了天然氣管網(wǎng)穩(wěn)態(tài)分城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)分區(qū)模式下的水力可靠性研究 6 析不同方法的特點(diǎn)，通過對比研究了節(jié)點(diǎn)方程法的數(shù)學(xué)模型?？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。經(jīng) 過對比得出延拓法的計(jì)算效果最優(yōu)。 張勇研究了燃?xì)夤芫W(wǎng)的計(jì)算機(jī)平差計(jì)算過程 [28]，在有限元節(jié)點(diǎn)法的基礎(chǔ)上，建立了燃?xì)夤芫W(wǎng)穩(wěn)態(tài)模擬計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，編制了相應(yīng)的仿真軟件。 王鑫在分析和研究最新給水管網(wǎng)計(jì)算的基礎(chǔ)上 [11]，對天然氣管網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了評價。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。 孫圣廣研究了雨水管網(wǎng)的可靠性問題 [21]，針對現(xiàn)行雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)方法的可靠性不足的問題，對已建的雨水管網(wǎng)單管段采用蒙特卡羅法計(jì)算其可靠性和管網(wǎng)系統(tǒng)的可靠度。 郝 紅 海 對城市水管的綜合可靠性及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行了研究 [29]。通過統(tǒng)計(jì)分析給水管網(wǎng)故障維修數(shù)據(jù)得到一些基本參數(shù)，如故障率和修復(fù)率。在可靠性計(jì)算中利用了推導(dǎo)出來的可用度公式，同時采用了圖論理論，即求解圖的最小路并進(jìn)行不交化處理。在對城市水管網(wǎng)故障模擬中應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠度模型，水利分析后建立了給水管網(wǎng)綜合可靠性指標(biāo)模型。 趙洪賓于 2020 年首次在國內(nèi)提出了供水管網(wǎng)區(qū)域管理的思路 [6]，為國內(nèi)供水管網(wǎng)分區(qū)管理模式的研究開辟了先河。從分區(qū)目的和分區(qū)方法對供水管網(wǎng)進(jìn)行了闡述。目前國內(nèi)對城市燃?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。 圖 11 燃?xì)夤芫W(wǎng)按照天然或人工障礙進(jìn)行分區(qū)示意圖 [30] 燃?xì)夤艿啦贿m合頻繁穿越河流、鐵路、高速公路等障礙，圖 11 中低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)分西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 7 為三個區(qū)域，各區(qū)域互不連通，每個區(qū)域自成環(huán)網(wǎng)，依靠區(qū)域內(nèi)中 低壓調(diào)壓站供氣。中壓管道連接?xùn)|西兩個氣源，并成環(huán)。對于有大江大河的城市，圖 11 是比較常見的管網(wǎng)布置形式，這是典型的按照天然或人工障礙進(jìn)行管網(wǎng)分區(qū)。 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。因?yàn)槿細(xì)庑袠I(yè)的特許經(jīng)營權(quán)，不同的燃?xì)夤居胁煌慕?jīng)營范圍，管網(wǎng)分布在各自的范圍內(nèi)，這樣就會形成復(fù)雜的管網(wǎng)分區(qū)，在用氣高峰時某些分區(qū)水力工況不理想。這種情況一般都是缺乏系統(tǒng)的燃?xì)庖?guī)劃造成的，特別是在氣源比較豐富的城市，對城市進(jìn)行氣化時，燃?xì)庖?guī)劃還不成熟，各燃?xì)夤揪烷_始 “ 搶地盤 ” ，最終會形成這樣的管網(wǎng)布局。 燃?xì)夤芫W(wǎng)分區(qū)適合的城市類型是集中式，如北京、成都、西安等，或城市中相對集中的區(qū)域。這種集中式城市或區(qū)域進(jìn)行燃?xì)夤芫W(wǎng)布置時，傳統(tǒng)的方案是中壓管網(wǎng)連成一個大的環(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 若干個區(qū)域，進(jìn)行分區(qū)管理。采用分區(qū)模式的管網(wǎng)應(yīng)具有一定規(guī)模和供氣量，不宜過小。 2) 壓力級制進(jìn)行分區(qū) 能夠進(jìn)行分區(qū)的燃?xì)夤芫W(wǎng)，應(yīng)該是高 （ 次高 ） 中壓二級系統(tǒng)或多級系統(tǒng)，對中壓配氣管網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)。分區(qū)模式，只針對以配氣為主要功能的中壓管網(wǎng)，不考慮以輸氣為主要功能的高 （ 次高 ） 壓管網(wǎng)。采用分區(qū)模式，不影響管網(wǎng)壓力級制，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。單氣源中壓一級系統(tǒng)不能進(jìn)行分區(qū)，多氣源系統(tǒng)可以，但是每個氣源供氣量差別不能太。 3) 氣源數(shù)量及管網(wǎng)布置要求分區(qū) 對于中壓配氣管網(wǎng)而言 ，門站和調(diào)壓站都是氣源，這些氣源的數(shù)量應(yīng)該比較多，并且在整個供氣區(qū)域內(nèi)均勻分布。氣源數(shù)量太少就沒必要進(jìn)行管網(wǎng)分區(qū)。分區(qū)模式布置管網(wǎng)時，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，這樣可以使每個小區(qū)域最低點(diǎn)壓力比較高，水力工況比較理想。 通過分析各分區(qū)模式的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，如表 14 所示，分析得到各分區(qū)模式供氣特點(diǎn)。 城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)分區(qū)模式下的水力可靠性研究 8 表 14 各分區(qū)供氣模式的特點(diǎn)及適用范圍 分區(qū)模式 優(yōu)缺點(diǎn) 適用范圍 管網(wǎng)類型 優(yōu)點(diǎn)：劃分簡單，易操作，便于管理； 缺點(diǎn)：計(jì)算難度大，受到用氣規(guī)模限制； 城 區(qū)地形復(fù)雜，且各區(qū)域集中用氣規(guī)模較大 壓力級別 優(yōu)點(diǎn)：分區(qū)形式簡單，計(jì)算層次分明； 缺點(diǎn)：分區(qū)不全面，增加管理難度； 適用于多個供氣量相平衡的氣源系統(tǒng) 氣源數(shù)量 優(yōu)點(diǎn)：易控制管網(wǎng)水力工況，易于調(diào)節(jié)； 缺點(diǎn)：分區(qū)較為復(fù)雜，管理成本增加 適用于較多均勻分布的氣源系統(tǒng) 采用城市燃?xì)夤芫W(wǎng)分區(qū)模式供氣可使管網(wǎng)最低點(diǎn)壓力上升，低壓點(diǎn)適當(dāng)向外部轉(zhuǎn)移，能明確各調(diào)壓站的供氣范圍，同時也能減少閥門的數(shù)量，因閥門關(guān)閉導(dǎo)致的影響區(qū)域變小，并縮短了放散時間等優(yōu)點(diǎn)，具體如下： 1) 最低點(diǎn)壓力較高，低壓點(diǎn)適當(dāng)向外部轉(zhuǎn)移 根據(jù)管 道水力計(jì)算基本公式 （ 11） ，當(dāng)摩擦阻力系數(shù)、溫度、管徑、流量等參數(shù)不變時，系統(tǒng)壓力降與系統(tǒng)最不利環(huán)路長度成正比，最不利環(huán)路長度越長，系統(tǒng)壓力降越大。對于集中型管網(wǎng)，門站與調(diào)壓站的數(shù)量確定后，最不利環(huán)路長度就確定了，因此壓力降也是確定的，在起點(diǎn)壓力給定的條件下，系統(tǒng)最低點(diǎn)壓力是確定的，若想提高最低點(diǎn)壓力，只能通過調(diào)整管徑，而不能通過改變管網(wǎng)型式來實(shí)現(xiàn)。采用分區(qū)模式，每個小區(qū)域的大小和形狀可以控制，可以在管網(wǎng)布置時，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。因此，分區(qū)模式可以通過合理布置管網(wǎng)，得到較高的最低點(diǎn)壓力。 00520202221 TTdQL PP ????? （ 11） 若管網(wǎng)布置合理，最不利環(huán)路長度較短，壓力最低點(diǎn)與調(diào)壓站距離較短，則壓力最低點(diǎn)可適當(dāng)向外轉(zhuǎn)移，不會集中在城市中部人口密集區(qū)。 2) 各調(diào)壓站供氣范圍明確 分區(qū)模式中每個小區(qū)域都圍繞各自調(diào)壓站自成系統(tǒng)，每個調(diào)壓站的供氣范圍非常明確，每根管道的流量只來源于一個氣源，而不會像多氣源管網(wǎng)那樣各管段、節(jié)點(diǎn)流量來源不確定 [7]，因而有利于管網(wǎng)的調(diào) 度，并且在搶修搶險時，容易找出需關(guān)閉的閥門，關(guān)斷范圍較小。 3) 閥門數(shù)量少，關(guān)閥影響區(qū)較小，放散時間短 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]。分區(qū)模式中每個小區(qū)域管段數(shù)、環(huán)數(shù)大大少于環(huán)網(wǎng)，因此達(dá)到相同的隔離效果時，分區(qū)模式需要安裝的閥門數(shù)量比環(huán)網(wǎng)模式少得多。當(dāng)某管段故障須關(guān)閉相關(guān)閥門時，分區(qū)模式閥門少，放散面積小，放散時間短，既可提高搶修搶險的效率，又能縮短停氣動火的西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 9 工作時間，有利于管網(wǎng)的運(yùn)行管理。 在國外最早關(guān)于管網(wǎng)分區(qū)的概念是 “ 獨(dú)立計(jì)量區(qū)域 （ DMA） ” ，是 20 世紀(jì) 80 年代初由英國供水企業(yè)提出，是一種新型的供水管網(wǎng)模式，這種模式中管網(wǎng)是由多個獨(dú)立供水區(qū)域組成，每個區(qū)域有永久性邊界，有一個或者幾個進(jìn)水口，進(jìn)出區(qū)域的流量都要計(jì)量。 管網(wǎng)分區(qū)模式目前研究的不足 刁克功對分區(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)自動分區(qū)方法； 提出了基于動態(tài)場景的校核方法來服務(wù)于分區(qū)模式管網(wǎng)；通過對分區(qū)模式下管網(wǎng)流量特性的分析，同時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。此方法的缺點(diǎn) 是缺乏對事故工況下系統(tǒng)方案的可靠性的研究。 WRC 提出了典型的 DMA 層次設(shè)計(jì)的思路 [32]，依靠閥門實(shí)現(xiàn) DMA 分區(qū)，流量計(jì)安裝在區(qū)域入口處，這種方式過于生硬，且割斷了管網(wǎng)的有機(jī)聯(lián)系。 凌文翠，張濤等對北京市二環(huán)內(nèi)供水管網(wǎng) DMA 分區(qū)方法及安全性分析進(jìn)行了探討[33]。在探討北京市 DMA 劃分方法的基礎(chǔ)上，建立了兩個 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。通過對示范區(qū)內(nèi)水壓和水質(zhì)的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)只要 DMA 規(guī)劃合理，控制好 DMA 的用戶數(shù)和管線長度 ，正確選擇進(jìn)水口，就完 全可以保證 DMA 區(qū)域內(nèi)的水壓與水質(zhì)滿足用戶需求和供水安全。但是此分析方法研究的區(qū)域太小，沒有體現(xiàn)出通用價值，運(yùn)用到城市燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)中還需進(jìn)一步驗(yàn)證。 趙洪賓提出來供水管網(wǎng)分區(qū)模式 [34]，對供水管網(wǎng)分區(qū)模式的概念、目的、分區(qū)方法進(jìn)行了探討。陶其育等對城市給水管網(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。 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)與城市給水管網(wǎng)存在明顯的差別，如表 15 所示，分別討論了兩種管網(wǎng)的聯(lián)系和特點(diǎn)。 城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)分區(qū)模式下的水力可靠性研究 10 表 15 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)與給水管網(wǎng)的聯(lián)系與特點(diǎn) 管網(wǎng)類別 城市燃?xì)夤芫W(wǎng) 城市給水管網(wǎng) 介質(zhì) 介質(zhì)為天然氣、人工煤氣及液化石油氣，密度 比空氣小，易燃易爆 介質(zhì)為液態(tài)水，密度比空氣大，危害性小 壓力 從上游的高壓逐級降壓供氣的密閉管網(wǎng)系統(tǒng)，各氣站有相應(yīng)的調(diào)壓設(shè)備，壓力等級明顯，各壓力等級之間的穩(wěn)壓措施要求較高，儲存方式為高壓儲存；運(yùn)輸壓力較水管大 水從供水站出發(fā)，通過泵加壓輸送，分配到各區(qū)域后可選用儲水池，系統(tǒng)與大氣相連，按照用戶需求的壓力不同選擇泵的型號，壓力等級不明顯，普遍壓力較小 管材 高壓管一般 采用無縫鋼管，中低壓多采用 PE管，室內(nèi)管網(wǎng)采用鋁塑合金等管材，每個環(huán)節(jié)都需要進(jìn)行嚴(yán)格的防腐措施，并且不斷要求降低氣質(zhì)的腐蝕性能，如脫硫、脫水等 埋地管材多采用塑料管，室內(nèi)管道多采用鋼管，但是極少采用防腐措施，對水質(zhì)要求符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)即可，如消毒、除菌等 水力計(jì)算 根據(jù)管內(nèi)介質(zhì)流動的流態(tài)不同選取的計(jì)算方法不同，摩擦阻力系數(shù)也存在較大差別 城市水管的計(jì)算相對比較簡單，依賴于泵的揚(yáng)程 目前針對管網(wǎng)分區(qū)主要集中在水管，燃?xì)夤芫W(wǎng)的分區(qū)供氣模式的研究缺乏一定的實(shí)踐基礎(chǔ)，由于燃?xì)獾奶厥庑再|(zhì)，全部采用以上研究成果存在較 大的局限性，需要對方法進(jìn)一步改進(jìn)和調(diào)整，為滿足居民用氣需求和保障企業(yè)供氣管理的高效；對城市燃?xì)夤芫W(wǎng)分區(qū)模式建立科學(xué)的劃分原則和計(jì)算方法，優(yōu)化管網(wǎng)結(jié)構(gòu)的同時著重分析系統(tǒng)的可靠性和事故工況下管理措施。 論文研究的目的 通過分析目前城鎮(zhèn)燃?xì)庀到y(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)、管網(wǎng)水力工況、運(yùn)行管理、維護(hù)維修等方面的現(xiàn)狀，指出了燃?xì)庀到y(tǒng)存在的一些問題；分析現(xiàn)有文獻(xiàn)對上述問題研究的不足，提出了燃?xì)夤芫W(wǎng)分區(qū)的思路；探討管網(wǎng)分區(qū)模式的水力計(jì)算方法、可靠性計(jì)算方法、閥門數(shù)量算法；結(jié)合實(shí)例，對管網(wǎng)分區(qū)與環(huán)網(wǎng)兩種方案的水力工況、事故工況 、可靠性、運(yùn)行維護(hù)管理、造價等進(jìn)行對比研究，得出燃?xì)夤芫W(wǎng)分區(qū)管理模式的可行性結(jié)論。 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。 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 11 2) 在實(shí)際工程設(shè)計(jì)和計(jì)算中，對城市燃?xì)夤芫W(wǎng)水力計(jì)算方法也逐漸成熟，結(jié)合 系統(tǒng)水力可靠性的分析方法對分區(qū)后管網(wǎng)的運(yùn)行管理進(jìn)行研究。 3) 結(jié)合西南某地區(qū)天然氣管網(wǎng)進(jìn)行實(shí)例工況分析，將管網(wǎng)分區(qū)模式應(yīng)用到工程實(shí)際中，對理論模型進(jìn)行運(yùn)用實(shí)現(xiàn)。 無論從分析方法，計(jì)算理論基礎(chǔ)，還是從工程應(yīng)用上驗(yàn)證了此課題的可行性，也為此課題進(jìn)一步研究提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。 研究的內(nèi)容 論文所提出來的燃?xì)夤芫W(wǎng)分區(qū)是針對中壓管網(wǎng)，以門站和調(diào)壓站為中心， 通過對某中壓燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行分區(qū)供氣管理。在分區(qū)中區(qū)域管網(wǎng)之間需要用管道連接來保證事故工況的正常運(yùn)行， 連通管上安裝隔離閥，正常工況下隔離閥關(guān)閉，事故時打 開。所研究的燃?xì)夤芫W(wǎng)分區(qū)，是符合燃?xì)庖?guī)劃要求的，要充分考慮到管網(wǎng)的水力工況、事故影響、可靠性、運(yùn)行等各方面。城鎮(zhèn)燃?xì)庀到y(tǒng)分區(qū)模式研究主要包括以下四個方面的內(nèi)容： 1) 燃?xì)夤芫W(wǎng)的用 氣量 預(yù)測 分別對居民用戶，公商業(yè)用戶，工業(yè)用戶及 CNG 加氣站用氣量進(jìn)行預(yù)測分析，確定城市用氣的總量；通過城市高峰系數(shù)計(jì)算得到各管網(wǎng)的計(jì)算流量，分別介紹增長率法及經(jīng)濟(jì)預(yù)測法的基本方法和思路。 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，同時對常用的水力計(jì)算軟件進(jìn)行分析。 對西南某燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行了環(huán)網(wǎng)和分區(qū)方案的 水力計(jì)算 和事故工況計(jì)算。 3) 基于分區(qū)模式管網(wǎng)水力可靠性模型計(jì)算 通過分析城市燃?xì)馑煽啃缘奶攸c(diǎn)，對分區(qū)模式的可靠性進(jìn)行分析研究。 4) 基于分區(qū)模式管網(wǎng)水力可靠性的管理技術(shù) 對管網(wǎng)模式運(yùn)行管理，可靠性管理及過程管理進(jìn)行分析研究，對城市分區(qū)模式中的可靠性 管理， 閥門設(shè)置，氣壓降低措施進(jìn)行研究 ，提出提高管網(wǎng)可靠性的相關(guān)措施。 論文研究的方法 由于本 論文 的研究對象是 城市燃?xì)夤芫W(wǎng) ，若采用傳統(tǒng)的 安全分析 方法會使模型 適用性不強(qiáng) ， 同時所建立的可靠性模型運(yùn)用價值得不到體現(xiàn) 。因此，本 論文 在整個研究過程中，采用理論研究和分析計(jì)算為主體措施，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查、專家走訪和計(jì)算機(jī)仿真為輔助措施。 城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)分區(qū)模式下的水力可靠性研究 12 研究的技術(shù)路線 論文通過收集相關(guān)資料，進(jìn)行調(diào)研數(shù)據(jù)，對現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行分析、歸納和總結(jié)；從各方面找出城市燃?xì)庀到y(tǒng)中存在的問題；提出采用分區(qū)的模式解決上述問題；應(yīng)用工程實(shí)例，通過對管網(wǎng)分區(qū)與環(huán)網(wǎng)的各方面進(jìn)行對比研究，得出燃 氣 管網(wǎng)分區(qū)模式的各種特點(diǎn)和可行性結(jié)論。技術(shù)路線如框圖 12 所示： 創(chuàng)新點(diǎn) 建立了基于 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)分區(qū)模型的可靠性分析模型，提出了基于分區(qū)模型可靠性的管理技術(shù)。 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)測指由過去一段時間及當(dāng)前的燃?xì)庳?fù)荷數(shù)據(jù)按照其變化規(guī)律性推出未來的負(fù)荷數(shù)據(jù)。預(yù)測技術(shù)從原理上可分為慣性原理、類推原理、相關(guān)原理 [36]。燃?xì)庳?fù)荷用氣工況具有十分復(fù)雜的變化規(guī)律，表現(xiàn)出明顯的趨勢性、顯著的周期性和普遍的隨機(jī)性。 燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測方法很多，本文針對西南某市天然氣管網(wǎng)實(shí)際情況，對比較常用的用氣指標(biāo)法、年平均增長率法、經(jīng)濟(jì)預(yù)測法進(jìn)行分析對比，確定該市適合的燃?xì)庳?fù)荷預(yù)測方法。 用氣指標(biāo)法 城市各類燃?xì)庥脩舻男栌霉r及用氣變化規(guī)律是不均勻的，它隨月、日、時而變化，表現(xiàn)為月不均勻性、日不均勻性和時不均勻性，用相應(yīng)的不均勻系數(shù) K K2和 K3表示。用氣指標(biāo)法確定負(fù)荷需要確定年總用氣量和三個高峰系數(shù)，即月高峰系數(shù) K1max、日高峰系數(shù) K2max、小時高峰系數(shù) K3max。 各類用戶用氣量的確定 居民用氣 1) 居民用戶耗氣定額 目前，該市城區(qū)居民生活用氣定額約 Nm3/人 .日 ， 隨著人民生活水平的提高，家用采暖設(shè)備的增加及家用燃?xì)鈶?yīng)用領(lǐng)域的拓展 ， 居民生 活用氣定額將緩慢增加，根據(jù)該市用氣情況，并參照同類城市耗 氣 定額，確定 2020 年、 2025 年主城區(qū)居民耗氣定額為 。 2) 氣化率 該市根據(jù)城市總體規(guī)劃，確定 2020 年主城區(qū)居民用天然氣氣化率為 90%， 2025 年氣化率為 100%。 3) 氣化人口 按該市總體規(guī)劃， 2020 年規(guī)劃區(qū)規(guī)劃人口為 80 萬人，其中主城區(qū) 42 萬人，南部新區(qū) 15 萬人，東部新區(qū) 23 萬人； 2025 年為 108 萬人，其中主城區(qū) 48 萬人，南部新區(qū) 20萬人，東部新區(qū) 40 萬人。 4) 居民用氣量 氣化人口及居民用氣量預(yù)測分布見表 21。 城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)分區(qū)模式下的水力可靠性研究 14 表 21 近、遠(yuǎn)期氣化人口及居民用氣量預(yù)測表 項(xiàng)目 區(qū)域 規(guī)劃人口（ 萬人 ） 氣化率（ %） 氣化人口（ 萬人 ） 平均日用氣量（ 萬 Nm3/日 ） 主城區(qū) 近期 （ 2020） 遠(yuǎn)期 （ 2025） 南部新區(qū) 近期 （ 2020） 遠(yuǎn)期 （ 2025） 東部新區(qū) 近期 （ 2020） 遠(yuǎn)期 （ 2025） 合計(jì) 近期 （ 2020） 遠(yuǎn)期 （ 2025） 規(guī)劃區(qū)內(nèi)居民用氣量為： 2020 年平均日用氣 萬 Nm3， 年用氣 萬 Nm3。 2020 年平均日用氣 萬 Nm3， 年用氣 萬 Nm3。 公商業(yè)用氣 根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)， 2020 年