探究城镇燃气管网系统的可靠性

探究城镇燃气管网系统的可靠性

刘长冬

菏泽昆仑能源有限公司 山东省菏泽市 274900

摘 要：城镇化的发展离不开基础设施建设，燃气管网系统是城镇基础实施建设的重要组成部分，对城镇化的发展有决定性作用，对于一个城镇的燃气管网而言，合理的设计方案对燃气管网的建设固然重要，但对用户生命安全起决定性作用的还是燃气管网系统安全可靠的性能，本文将会对城镇燃气管网系统可靠性的相关方面进行重点的分析和研究。

关键词：城镇；燃气管网系统；可靠性

燃气管网的性能与构成方面与其他管网相比，还是有一定差别的。燃气管网是由合适的管段与气源和燃气用户进行连接而形成的闭式网络。燃气管网连接的可靠性关乎到千家万户的生命安全，对其相关的研究也是各领域关注的焦点。对节点用户和气源连通能力水平的研究是现阶段对燃气管网可靠性研究的重点方面。研究管网的拓扑结构就是在研究节点同管段的连接关系。在燃气管网中用户、燃气阀门与气源是节点的重要组成部分，而管段则是由燃气管网中的各个线路组合而成，其包含主干线、支干线以及支线三个部分。通常对燃气管网的设计都会以合理与可靠的标准来对管网拓扑结构进行构建，并合理地规划用户的位置、气源的数量与分布的位置等。管网设计与管理人员一般都会凭借自身积累的经验倾向选择环状管网。但从管段使用安全方面考虑，对燃气管网的重要管段施加重要的保护措施才是至关重要的。

1燃气平面管网与连通的问题

通常在对网络系统的连通问题进行相关的描述时，为了使分析和计算的方式更加的方便，都会用下面的假设与规定来进行：

1.1基本假设

第一，边或系统在正常或者失效两种状态下只能以一种状态的情况存在；第二，节点正常；第三，确定边之间是相互独立存在的。

1.2二终端和最小路问题研究

以一个节点Xs，通过一串边序列能够到达另一个节点Xt，就可以将其称之为这个边序列是从Xs到Xt的一条路。如果由Xs到Xt的路满足以下条件:第一，它属于一条路；第二，具有最小性。如果该边序列中的任意边被去除后，它不属于Xs到Xt的路。就将这条路称之为Xs到Xt的一条最小路。在给定的网络中，二终端问题是求由一个节点Xs能够到达另一节点Xt的概率，称其为节点Xs到Xt的连通可靠度，即Rst=P{Xs可以到达Xt}式中Rst节点Xs与Xt的连接可靠度[1]。

2城镇燃气管网连接可靠性分析

针对某一区域的城镇燃气管网，要对其连接的可靠性并对其可靠程度计算的分析，一般会通过管网的分布图进行分析，然后在对管网进行相对应的简化处理，并选取其中一些构件的参数，例如燃气管道与燃气阀门的参数等，对剩余的构件进行简化处理，例如燃气调压站、燃气储备站等设备。应用图论的知识，以拓扑结构将它们之间的关系表示出来，然后将管道和用户进行依次的编号。利用国内的统计数据与查找的参考文献资料来选择合适的参数，然后对各个管段的长度进行确定，在通过对其可靠度的计算与分析，就可对城镇燃气管网的连通的可靠度进行讨论和研究。燃气管网分布图的步骤分为以下几个方面：首先，按照分析区域的管网实际分布图，将对应的管网简化示意流程图画出；然后，简化处理管网，对于难以确定其故障程度并且较为复杂的一些设备可以将其设为节点，并将其可靠度确定为1，利用图论知识，用拓扑结构将其之间的关系进行展示，这里的节点包含燃气的阀门、燃气的气源以及用户等方面，管段则要由燃气管网中的主干线、支干线与支线组成。其次，由气源出发，对相关用户与各个管段进行依次编号，然后利用国外收集的数据与往年的统计数据，选取一定单位长度管段的故障率，按照收集数据资料对各管段的长度进行分别确定。假设管道寿命服从指数分布，那么就适当地计算出各管段的可靠度。最后，利用连通可靠度的解析表达式，同时按照相关的指标表达，将各指标逐个进行计算，根据结果进行相关的分析和讨论[2]。

3燃气管网连接可靠度模型

3.1燃气管网连接可靠度指标

 燃气管网连通可靠度指标可以分为四个方面：第一，要选定一个燃气用户同不少于一个气源连接的可靠度；第二，所有的燃气用户同不少于一个气源连接的可靠度；第三，选定的燃气气源同所有的燃气用户连接的可靠度；第四，所有的燃气用户同所有的燃气气源连接的可靠度。

3.2依据最小路集矩阵的连通可靠度的计算

  常应用的连接可靠度的计算方式有：有条件概率法、真值表法、不交化算法以及并事件概率计算方法等。其中不交化算法的适用范围较为广泛，可以围绕它进行研究，并发展出BBD (Binary

Decision Diagram)等各种连接可靠度的计算方法。在最近的研究成果中，通过收集的参考文献，并与矩阵和向量的特殊运算方法相结合，由最小路集矩阵出发，通过复杂的计算和推导，获得了燃气管网连通的可靠度解析表达，为以后进行系统的可靠度分析提供重要的支持和参考[3]。

4燃气管网系统连通可靠性指标影响因素的分析

在对供气管网拓扑结构的研究中，依据网络系统可靠性理论提出供气系统的连通问题，分别从用户、燃气气源以及燃气管网系统的角度来分析探讨供气管网的连通性。接下来将会对典型管网结构的燃气系统可靠性进行相关研究，主要以燃气管网的结构、气源所处位置、气源应用数量以及管段的重要度等方面，来对燃气管网连通可靠度进行分析。

4.1管网结构的分析

  对于经常应用的环状管网，不同的结构形式分布，导致的气源连通可靠度也有所不同，对用户连通可靠度也是有所区别的。并且管网结构中含有的回路情况也会影响到管网系统的可靠度，通常来说，在制造管网回路时，应该使管网的回路中利用对系统可靠度有较大影响的环状管网，构造环状管网时，应该最大程度地让更多的用户处在管网的回路中，以此提高环状管网的可靠度。对于相同的状管网，利用连通可靠度的计算和分析，得出处在环状干线上的用户比处在支干线上的用户更加安全可靠[4]。

4.2管段的重要性

在燃气管网系统中，因为各管段所处位置的差别，一旦管段出现故障或事故，就会给管网带来不利的影响。甚至部分管段出现故障程度会造成几乎整个管网运行处在瘫痪的状态，但部分管段故障只会引起部分区域管网的故障，而有些管段故障基本不会对整个管网的运行产生阻碍。

5结束语

综上所述，本文以燃气管网网络系统的连通性理论出发，通过对燃气用户、燃气管网系统与燃气气源三者之间的几个连通可靠性指标进行分析，利用对连通可靠度的计算分析与对管段连通重要度的研究，分析并探讨了影响管网系统可靠性的因素，即燃气气源的位置和气源的数量、燃气管段位置和燃气管网结构等方面的因素。并利用案例分析法，得出对城镇燃气管网布置时要尽可能减少气源出口的干线长度，要对气源的选址进行充分的考虑，从而科学合理的选取最合适的位置。基于本文研究结果得出，应该优先对枝状管段的可靠度进行提高，并结合实际情况与参考文献，对在建燃气管网提出了确保其可靠度提高的方法和策略。

参考文献

[1]郑欣，王俊奇，刘档，等.城镇燃气管网优化设计系统开发及其应用[J].天然气工业，2005(05):211-213.

[2]黄清武.城镇燃气管网系统可靠性与风险研究[J].福州大学，2003(02):136-137.

[3]苗金鸣.城市管网系统供气可靠性评价方法研究[J].北京劳动保障职业学院学报，2013(04):253-254.

[4]彭净.城镇燃气系统运行可靠性现状分析[J].建筑工程技术与设计，2018(01):365-366.