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輸氣管道系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)技術(shù)
文章來源：本站收集  上傳時(shí)間：2018-6-25  瀏覽量：3238
　　　輸與管道體系的最憂規(guī)劃技能陣石油大學(xué)（北京）中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院李波等。輸氣管道體系的最優(yōu)規(guī)劃技能。石油規(guī)劃規(guī)劃，2000，中運(yùn)用的關(guān)鍵技能。經(jīng)過總結(jié)使用于這一領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、：束縛導(dǎo)數(shù)法和廣義既約梯度法3種數(shù)學(xué)規(guī)劃算法，列出各種算，：'廉：：用規(guī)劃，為進(jìn)行天然氣管道體系的工藝參數(shù)最優(yōu)化規(guī)劃：；愚膝：x調(diào)：輸氣管道工藝參數(shù)優(yōu)化規(guī)劃核算辦法一個(gè)天然氣管道體系，將一定量的天然氣從氣井運(yùn)送到用戶，已知天然氣在井口處的初始狀況（壓力、溫度、組成）以及運(yùn)送到用戶時(shí)的終了狀況、管道體系的布局、天然氣的產(chǎn)值和用戶的需求量，對(duì)此管道體系進(jìn)行最優(yōu)規(guī)劃，規(guī)劃方針一般是求解各管段的管徑、壓氣站的數(shù)目、兩個(gè)壓氣站之間的管長以及每個(gè)壓氣站中壓縮機(jī)的吸入和排出壓力，以使總費(fèi)用（包括管線出資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用）最小。束縛條件一般包括反映管段長度和流量平衡的等式束縛，以及反映對(duì)氣源壓力、供氣壓力和壓縮機(jī)壓比限制的不等式束縛。

　　　　20世紀(jì)60年代，國外便有人開端從事輸氣管道優(yōu)化規(guī)劃的理論和辦法研討，因?yàn)檩敋夤艿荔w系的最優(yōu)化規(guī)劃是一個(gè)十分復(fù)雜的有束縛的非線性最優(yōu)化問題，而且維數(shù)很大，因而其研討作業(yè)都是在假定一些變量為已知的情況下求解問題中的部分規(guī)劃變量，即對(duì)規(guī)劃問題的部分進(jìn)行最優(yōu)化研討。在這些研討中，B.Rothfarb、Flanigan等人的作業(yè)取得明顯發(fā)展，其運(yùn)用的數(shù)學(xué)規(guī)劃辦法分別為動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、束縛導(dǎo)數(shù)法和廣義既約梯度法。

　　　　動(dòng)態(tài)規(guī)劃法是對(duì)一個(gè)管網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的壓力進(jìn)行優(yōu)化m，并經(jīng)過求得的最優(yōu)壓力從設(shè)備列表中挑選相應(yīng)的管網(wǎng)元件管道和壓縮機(jī)，使管網(wǎng)的建造和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用最低。該辦法壓氣站的數(shù)目和方位以及各管段的長度和管徑都需要預(yù)先給定，而且不適用于處理網(wǎng)絡(luò)元件（包括管道、壓氣站、儲(chǔ)氣庫等）較多的大型網(wǎng)絡(luò)體系。其原因是用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求解時(shí)存在維數(shù)災(zāi)禍：若一維狀況變量有m個(gè)取值，那么關(guān)于維問題，狀況xt就有個(gè)取值，關(guān)于每個(gè)狀況值都要核算、存儲(chǔ)最優(yōu)值函數(shù)/（：。對(duì)稍大（即便=3）的實(shí)踐問題的核算往往是不現(xiàn)實(shí)的，現(xiàn)在還沒有戰(zhàn)勝動(dòng)態(tài)規(guī)劃中維數(shù)災(zāi)禍的一般辦法。

　　　　的樹狀天然氣管網(wǎng)體系，假如管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)為，那么便有-1條管段。若每個(gè)管段有7種管徑供挑選，就會(huì)有71種管徑組合。要處理的問題是要從這些管徑組合中挑選出一種最優(yōu)組合，以使管網(wǎng)的出資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用最低。明顯，逐個(gè)枚舉是不現(xiàn)實(shí)的。處理問題的關(guān)鍵在于找出能夠除掉那些不經(jīng)濟(jì)的管徑組合而無需枚舉的辦法。B.Rothfarb等開發(fā)了一種合并技能能夠除掉那些不經(jīng)濟(jì)的管徑組合而無需枚舉，使可能的管徑組合數(shù)與節(jié)點(diǎn)數(shù)之間大體上呈線性關(guān)系而不是按指數(shù)規(guī)律添加。這一技能為選用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法對(duì)天然氣管網(wǎng)進(jìn)行最優(yōu)化提供了一個(gè)有用手段。認(rèn)為例闡明此辦法的基本原理。

　　　　部分天然氣管網(wǎng)示意圖）的管長和流量都已斷定。由潘汗德公式：K，優(yōu)化時(shí)預(yù)先給定管網(wǎng)中壓氣站的數(shù)量與方位，將規(guī)劃變量分紅決議計(jì)劃變量和狀況變量兩類，其優(yōu)化數(shù)學(xué)模型簡寫為：有P個(gè)決議計(jì)劃變量便有戶個(gè)束縛導(dǎo)數(shù)，方針函數(shù)對(duì)第/個(gè)決議計(jì)劃變量4的束縛導(dǎo)數(shù)為：B束縛方程的雅可比矩陣的行列式值。

　　　　4與5的比值反映了每一個(gè)決議計(jì)劃變量的改動(dòng)對(duì)方針函數(shù)所造成的影響。）用Newton-Raphson辦法求解束縛方程。

　　　　用矩陣方式可表明為：（2）運(yùn)用最速下降法求解方針函數(shù)的最小值。

　　　　下降方向斷定為：。

　　　　7值按經(jīng)歷來斷定，但應(yīng)恪守兩個(gè)原則：一是對(duì)每個(gè)決議計(jì)劃變量都應(yīng)斷定；7的最大值/7max.例如，假如以管徑作為決議計(jì)劃變量，7一般取在~25.4mm之間，假如以壓縮機(jī)耗費(fèi)的功率作為決議計(jì)劃變量，77一般取在0~400kW之間；二是7/不該使決議計(jì)劃變量的值小于零。選用拉格朗日三次插值和黃金分割法來斷定77值。

　　　　束縛導(dǎo)數(shù)法是一種經(jīng)典的數(shù)學(xué)規(guī)劃辦法，在進(jìn)行輸氣管道的工藝參數(shù)優(yōu)化規(guī)劃時(shí)，關(guān)于無束縛或簡單將束縛條件消去的非線性規(guī)劃問題，運(yùn)用該法簡單取得最優(yōu)解?？墒窃撧k法也只能對(duì)規(guī)劃問題的部分進(jìn)行最優(yōu)化。

　　　　Edgar等人首先將廣義既約梯度法使用于天然氣運(yùn)送網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)規(guī)劃。此項(xiàng)技能能一起斷定壓氣站的數(shù)目、兩個(gè)壓氣站之間的管段長和管徑以及壓氣站中壓縮機(jī)的操作工況（進(jìn)氣壓力、排氣壓力）等規(guī)劃變量的最優(yōu)值，使管網(wǎng)出資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用最低。

　　　　體的功率耗費(fèi)的函數(shù)，艮P：A與功率有關(guān)的回歸系數(shù)；N壓縮機(jī)運(yùn)送氣體的功率耗費(fèi)。

　　　　針對(duì)兩種不同情況運(yùn)用了兩種求解技能，一種是當(dāng)壓氣站的初始出資為零，即4=0時(shí)，直接運(yùn)用廣義既約梯度法求解；另一種是壓氣站存在固定初始出資，即4時(shí)，要用廣義既約梯度法與分支定界法相結(jié)合來處理問題。關(guān)于那些更復(fù)雜的管網(wǎng)體系，如包括各式各樣的分支和環(huán)等，該法相同適用，只不過核算的時(shí)刻添加。

　　　　因?yàn)榻ㄔ熨M(fèi)用是一次性出資，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用是常年性出資，資金具有時(shí)刻價(jià)值，明顯，單位建造費(fèi)用與單位運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用是不等值的，為使兩者價(jià)值適當(dāng)，將建造費(fèi)用與運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用按相同的年利率折算到設(shè)備壽數(shù)末年時(shí)的費(fèi)用。優(yōu)化的方針函數(shù)為總管網(wǎng)出資的總年折算費(fèi)用：/3~管網(wǎng)的年運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。

　　　　因?yàn)楣芫W(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用以壓氣站的動(dòng)力費(fèi)用為主，而且比較穩(wěn)定，因而管網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用也可用壓縮機(jī)運(yùn)送氣體所耗費(fèi)的功率來近似表明。

　　　　把規(guī)劃變量X分為基變量（非獨(dú)立變量）和非基變量Xy（獨(dú)立變量），其關(guān)系由束縛條件斷定。將基變量用非基變量表明并從方針函數(shù)中消去基變量，得到以非基變量為自變量的簡化的方針函數(shù)，即=，進(jìn)而使用此函數(shù)的負(fù)梯度結(jié)構(gòu)下降可行方向。

　　　　方針函數(shù)關(guān)于非基變量的梯度d//dx稱為既約梯度，此算法的中心問題是運(yùn)用既約梯度結(jié)構(gòu)查找方向。

　　　　用廣義既約梯度法將這種含有非線性、線性束縛條件的規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為無束縛的非線性規(guī)劃問題，然后用共扼梯度法斷定查找的下降方向。因?yàn)楣曹椞荻确ㄓ卸瓮Ｖ剐裕搓P(guān)于二次函數(shù)，算法在有限步停止），然后進(jìn)步了求解的有用性和可靠性。不等式束縛在求解X和4的迭代過程中經(jīng)過協(xié)調(diào)步長；I的取值來滿足，其迭代公式為：廣義既約梯度法在處理有束縛的非線性天然氣管網(wǎng)規(guī)劃問題方面具有較高功率。此算法使對(duì)一切規(guī)劃變量一起進(jìn)行最優(yōu)化成為可能。但應(yīng)留意，優(yōu)化得到的最優(yōu)管道直徑只能以接連的方式給出，要得到離散的最優(yōu)管道直徑值，還需要輔以其它優(yōu)化辦法，如分支定界法、次梯度優(yōu)化法等。

　　　　天然氣管道體系工藝參數(shù)最優(yōu)化規(guī)劃問題是一個(gè)十分復(fù)雜的非線性規(guī)劃問題，要進(jìn)步優(yōu)化規(guī)劃的功率和規(guī)劃，有必要使用各種數(shù)學(xué)規(guī)劃辦法，尤其是一些新的功率高的非線性規(guī)劃辦法，而且需要與輸氣管道工藝規(guī)劃的工程實(shí)踐結(jié)合進(jìn)行。

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2018-06

研究與應(yīng)用輸氣管道內(nèi)壁涂層技術(shù)是明智之舉

研討與fi用輸氣管道內(nèi)壁濂屋技能明智之舉權(quán)忠輿（中國石油天然氣管道科學(xué)研討院）權(quán)忠輿：研討與運(yùn)用輸氣管道內(nèi)壁涂層技能是明智之舉，油氣儲(chǔ)運(yùn)，2000，19（9）的觀點(diǎn)，從國外輸氣管道內(nèi)涂層的運(yùn)用概略、內(nèi)涂層的長處與運(yùn)用效果、涂敷內(nèi)涂層的經(jīng)濟(jì)效益以及內(nèi)涂層的涂料品種和涂敷作業(yè)等方面做了較為翔實(shí)的介紹，以為在當(dāng)時(shí)建造西氣東輸管道的前期階段，

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2016-06

給排水管件知識(shí)

304薄壁不銹鋼管材管件，不銹鋼材料是一種公認(rèn)的可以植入人體的健康材料。幾乎在涉及人體健康的所有運(yùn)用領(lǐng)域，都可以看到不銹鋼材料。它得到了廣泛的應(yīng)用。不銹鋼水管是一種環(huán)保的材料，滿足健康要求，可以100回收利用，節(jié)約水資源，降低輸送成本，減少熱量損失，避免潔具污染等優(yōu)點(diǎn)。下面具體介紹：２．壽命不銹鋼管材具有最長

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2018-09

塑料管道質(zhì)量是當(dāng)前職業(yè)開展的要害

在我國市場，進(jìn)步塑料管道質(zhì)量現(xiàn)已成為職業(yè)主要客戶群的重視焦點(diǎn)，包含需置辦管道的城市配水系統(tǒng)和天然氣公共事業(yè)單位。管道毛病和走漏破壞城市供水系統(tǒng)事情引起許多重視，我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水排水協(xié)會(huì)(以下簡稱“我國水協(xié)”)決定在本年針對(duì)管道供應(yīng)商制定并推出質(zhì)量管理體系。忽視質(zhì)量影響管道使用壽命 6月6日-7日，

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2018-08

內(nèi)澇暴雨頻發(fā),大口徑管道利用乃大勢所趨

在我國,公開網(wǎng)管扶植同發(fā)達(dá)國度比擬還存在很大的差距,重要表如今如下四個(gè)方面:1.管網(wǎng)扶植力度不敷。我國都會(huì)排水管網(wǎng)普及率由08年約60%晉升至2013年64.8%,晉升幅度無限,遠(yuǎn)低于國度排水管網(wǎng)覆蓋率80%請(qǐng)求;2.排水體系計(jì)劃不合理。中國今朝小排水體系為主(區(qū)別于大排水體系),排水管道口徑較小、排水才能弱,都會(huì)內(nèi)澇防治體系受限;3.雨污還沒有分流。我國多半地域(多半大都會(huì)除外)如今還重要采用雨污合流的排水體系體例;4.管齡老化重大。

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2018-08

塑料給排水管企業(yè)亂象

塑料管材素來都因此耐腐蝕、強(qiáng)度高，可以或許耐高空下沉和地動(dòng)，壽命至多為50年，應(yīng)用經(jīng)濟(jì)的長處被人們承認(rèn)，乃至到如今塑料管材曾經(jīng)成為建材行業(yè)的佼佼者，被譽(yù)為天下“新寵”，然則由于某種緣故原由，塑料管道行業(yè)也存在各種不標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境，上面咱們就例舉幾種比擬典型的企業(yè)亂象，以便消費(fèi)者在抉擇時(shí)能有所洞察，以市場來標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)的康健成長。

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2018-05

PP-R管有什么特點(diǎn)你知道嗎?

PP-R管除了具有一般塑料管重量輕、耐腐蝕、不結(jié)垢、運(yùn)用壽命長等特點(diǎn)外，還具有以下主要特點(diǎn)：成都PP-R管.1、無毒、衛(wèi)生。PP-R的質(zhì)料分子只要碳、氫元素，沒有有害有毒的元素存在，衛(wèi)生牢靠，不只用于冷熱水管道，還可用于純凈飲用水體系。2、保溫節(jié)能。PP-R管導(dǎo)熱系數(shù)為0.21w/mk，僅為鋼管的1/200。3、較好的耐熱性。

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2018-09

管材的有用常識(shí) 焊接鋼管

焊接鋼管也稱焊管，是用鋼板或鋼帶通過卷曲成型后焊接制成的鋼管。焊接鋼管出產(chǎn)工藝簡略，出產(chǎn)效率高，種類標(biāo)準(zhǔn)多，設(shè)備資少，但一般強(qiáng)度低于無縫鋼管。20世紀(jì)30年代以來，跟著優(yōu)質(zhì)帶鋼連軋出產(chǎn)的迅速開展以及焊接和查驗(yàn)技能的前進(jìn)，焊縫質(zhì)量不斷提高，焊接鋼管的種類標(biāo)準(zhǔn)日益增多，并在越來越多的范疇替代了無縫鋼管。焊接鋼管按焊縫的方式分為直縫焊管和螺旋焊管。

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2018-05

建筑與小區(qū)管道直飲水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程

近期住宅城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于發(fā)布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《修建與小區(qū)管道直飲水體系技術(shù)規(guī)程》的布告：同意《修建與小區(qū)管道直飲水體系技術(shù)規(guī)程》為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，編號(hào)為CJJ/T 110-2017，自2017年11月1日起施行。原行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《管道直飲水體系技術(shù)規(guī)程》CJJ/T 110-2006一起廢止。本規(guī)程修訂的首要技術(shù)內(nèi)容是：1、添加醫(yī)院、體育場館等幾種類型筑最高日直飲水定額；
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