城市燃气输配管网布局优化策略

城市燃气输配管网布局优化策略

邱芬飞

上海能源建设工程设计研究有限公司东莞分公司 广东东莞 523000

摘要：燃气作为人们生活必不可少的能源之一，为了满足城市人们的日常生活，保证燃气使用安全性，输配管网设计至关重要。然而大部分城市燃气管网的建设成本比较高，涉及多个环节，具有较强的复杂性。为了优化这一现象，节省一定建设成本，还需要进一步优化与完善城市燃气输配管网布局，使其可靠性显著提升。鉴于此，本文将以城市燃气输配管网布局优化作为论点实施详细地探讨和分析，同时给出一些优化策略，旨在维护燃气输配管网地安全地运行。

关键词：城市；燃气；输配管网布局

前言

基于城市化发展背景下，广大群众燃气需求量明显增加。燃气输配管网作为城市燃气输送与分配的关键，同时城市重要基础设施之一。当前在建设过程中输配管网呈现着大规模且复杂性的特点，目前我国对一些长的燃气输管网设计与布局还比较落后。城市燃气管网布局设计的科学性以及经济性，直接关系到一个城市的发展，还需要进一步研究，以保证城市燃气输配管网更加完善。

1. 城市燃气输配管网优化问题

城市燃气管网的布局设计是一项系统的工程，需要消耗大量的时间，并且具有较强的复杂性与广泛性，在实际开展建设之前，应当把握当前管网的供求关系，在这一基础上优化管网结构，保证整个网络分布更加合理。通过目前燃气管网结构分析，在实际进行设计以及布局的过程中，应当明确具体的要求，进而能够保证管径的设置更加科学合理，可以更好地承担管网节点所带来的压力，实现流量的科学有效控制，为燃气管网科学有效地运行奠定坚实基础[1]。在现代化背景下，为了保证输配管网布局呈现出智慧化特点，应当采取有效的措施，将其转变成对应的数学问题，通过各种公式，控制建设的各个方面条件与标准，保证能够节省一定成本，获得良好的经济效益。除此之外，还可以采取技术最优化准则，保证能够最大可靠性与最快动作。在一般情况下，节点流量方程以及管段压差方程式为非线性，在设计变量的过程中，管径为离散变量的非线性离散性规划问题，因此还需要采取有效的手段来探索。

2. 城市燃气管网规划设计的方法

2.1常见方法

在城市燃气输配管网布局过程中，对应的工作人员基本上都是采取动态规划法、约束导数法、神经网络法、综合优化法以及图论法等，保证整个输配管网的布局更加合理，能够满足社会群众基本生活的燃气需求。动态规划法能够进一步优化管网各个节点的压力，进而在合理的压力范围内进行管网布局以及元件的选择。然而这样的手段需要提前确定调压站的数量以及位置，同时还需要明确计划管段长度以及管径等建设过程中的数据，所以对应的应用范围比较局限，比较适合在一些小型网络系统中[2]。神经网络法能够引入一些适当的能量函数式还明确神经元联结权，根据网络状态所发生的变化，能够研究出得到局部最优解的方法，进而实现大规模并行处理、高容错性以及自适应性的特点，在大型的管网局部规划中运用比较广泛。

2.2城市燃气管网布线的标准

城市燃气管网在布线的过程中，应当根据管网作用进行科学有效地规划。在一般情况下，高、中压管网主要是用来输气的，对应的压力比较高，危险性也比较大，因此在进行布局设计的过程中，为了使其能够满足燃气安全且长期稳定的运行需求，应当设置在一些安全距离比较大的地点，并且在设计过程中还应当考虑后续在安装以及检修时的便利性，保证在建设过程中周围的环境以及人们的安全不会受到影响。而低压管网作为基础的管网，在进行设计的过程中应当保证网路密度具有一定的科学性与合理性。因此在布局的过程中，需要保证管网纵断面位于土壤冰冻线的下面，而覆土的深度应当达到城市规划以及国家的相关要求，以免出现燃气管网与自来水管、雨水管以及热力管等线路处在一个平面上。在埋设基本管网线路后，还需要做好防护，以免出现泄漏的情况。储配站应当全面细致地分析城市产业布局规划，延续着输气干线的走向，使其能够向着负荷集中地带去靠近。而调压计量站的设计需要满足城市规划以及作用半径，保证不会影响到周围环境的安全，将其控制在一个安全的距离内，在必要的情况下应当启动安全防范措施[3]。

3. 遗传算法优化城市燃气管网规划布局的实现

通过对燃气管网优化模型的组成分析，在进行建设过程中应当保证最终的结果能够达到水力平衡条件，为经营部门创造更大的经济效益。因此可实现遗传算法的灵活运用，在此过程中可以从水力计算与优化两部分出发。在此过程中，可以根据调用水力计算中的水力计算长度，进而保证最终所达到的结果可以满足相关的标准以及规定，使整个布局科学性显著提升。并且在优化模块中也需要将遗传算法程序运用到其中，实现管网方案的全面优化与调整，进而获得良好的布局方案。

3.1编码

遗传算法主要是处理代表参数的数字串，在实际运用过程中应当做好遗传信息的优化，使管网的载荷组成通过数字串的方式直观呈现出来，能够表示出对应的载荷基因型。从载荷到基因数字串作为一个良好的编码过程，最终生成基因码链。在此过程中需要将各种特定符号作为基因的等位基因，而编码的手段包括了二进制、实数以及整数、字母排列编码等。在一般情况下，应用比较广泛的为前两者

[4]。但是需要注意一点，因为Hamming悬崖的存在，二进制编码对函数优化问题存在严重的缺陷。Hamming悬崖所代表的主要与阿姨为表现性空间距离比较小的个体可能会有很大的Hamming距离。所以，此方法并不能明确地保持表现性空间中点的位置。实数编码在函数优化问题应用比较广泛。对实数编码在函数优化与约束优化领域，与二进制编码相比更加有效。所以在燃气管网中，编码能够使管网各个管段管径同一个数字表达出来，在数字中可以直观地获取到管网管径信息。

3.2产生初始群体

随机生成多个体的初始群体，将每个个体的管段管径按照对应的顺序联系到一起，变成数字串，而这也代表了管段的编号顺序。每个个体都代表着不同管段管径选择的情况。而个体生产主要是利用随机函数rand（）产生随机数，并且对应一个管径这时可以遗传运算，在海量个体中选择合适的，保证能够达到目标函数的要求[5]。

3.3计算适应度

遗传算法在搜索中并不需要任何的外界信息，可以将适应度函数作为重要参考，通过种群每个个体适应值来分析。为了能够保证遗传算法的收敛速度，并且尽快找到最优解，应当保证函数选取在合理的范围内。遗传算法中利用适应度这一概念去衡量群体中能够达到或者接近的程度。

4. 结束语

根据文章叙述，在现代化城市建设背景下，燃气输配管网布局与设计得到了人们的广泛重视。目前燃气管网的建设难度比较大，其中包含多个复杂的环节。从目前管网布局问题出发，探索有效的输配管网设计方法以及标准，在这一基础上采取有效的手段去实践，使管网达到最终的要求。

参考文献:

[1]李鹏.关于燃气输配管网安全运行问题的思考及其建议[A]2021第五届燃气安全交流研讨会论文集（下册）[C].中国城市燃气协会安全管理工作委员会,中国城市燃气协会,2023:5.

[2]胡诚.智能技术在城市燃气输配管网系统的应用研究[J].现代经济信息,2019,(18):358.

[3]陈璐瑶,温钰梅,吴科.城市燃气储气管网设施适应性及负荷预测[J].中国石油和化工标准与质量,2019,39(03):187-188.

[4]张扯拉,周奎,谌容,薛荣.故障树分析在城市燃气管网安全评价中的应用[J].现代电子技术,2013,36(18):4-6.

[5]廖泽辉,寇睫敏.浅谈聚乙烯(PE)燃气管在城市燃气输配管网中的应用[J].科技信息,2011,(12):300-301.