輸氣管道技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算

輸氣管道技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算[2023-11-28]依據(jù)輸氣管道水力和熱力計(jì)算所確定的榆氣管道的參數(shù)能滿足工藝上的要求，但從經(jīng)濟(jì)上來說并不中哪一個(gè)在經(jīng)濟(jì)上最合理，靠水力和熱力計(jì)算是無法確定的，這要通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算才能打算。一、方案比較法輸氣管道有五大技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)，這就是：管徑D、輸壓P、壓縮比ε、壓縮機(jī)站數(shù)nδ。我們可依據(jù)這五個(gè)參數(shù)來評(píng)價(jià)一條輸氣管道在技術(shù)上是否先進(jìn)、在經(jīng)濟(jì)上是否合理。或輸壓越高(壓縮比肯定時(shí))、所需的壓縮機(jī)站數(shù)就越少；反之，所需的壓縮機(jī)站數(shù)就越多；而管子的壁厚則打算于輸壓和管徑。D、P、ε、n、δ組合而成的方案。這很多個(gè)方案，在技術(shù)上都是可行的，但在經(jīng)濟(jì)上不肯定是合理的。設(shè)計(jì)人員D、P、壓縮比ε、壓縮機(jī)站數(shù)nδ的可供競爭的方案。由于鋼管的規(guī)格、壓縮機(jī)的型號(hào)、以及鋼管和壓縮機(jī)等設(shè)備在預(yù)定施工期內(nèi)的供給等條件的限制，因此，可供競爭的方案數(shù)目一般都是有限的幾個(gè)。S的概念。S=EK+C(1—88)式中S——年折合費(fèi)用，萬元／a；K——基建投資費(fèi)，萬元；E——額定的投資回收系數(shù)，1／a；C——年操作經(jīng)營費(fèi)，萬元／a。KKZ和鋪設(shè)管線的投資KG，即K=KZ+KG(1—89)DPKG也隨之增加，但壓縮機(jī)站的投資KZ將削減，因壓縮機(jī)站數(shù)削減KG和KZ與D或PD或PKK=f1(D)K=f2(P)必定存在一個(gè)最小值。費(fèi)隨之削減，但線路局部的日常修理、大修、折舊提成等費(fèi)用將增加。因此，操作經(jīng)營費(fèi)用也必定在某一D時(shí)為最小。額定的投資回收系數(shù)按下式計(jì)算式中i——根本投資收益率，<1；t——投資回收期，a。S5D、P、ε、n、δ將為最優(yōu)參數(shù)。下面是承受方案比較法的根本步驟；將任務(wù)流量換算成計(jì)算流量；初定三個(gè)輸送壓力等級(jí)，Pl、P2、P3；依據(jù)計(jì)算流量、初定的輸送壓力、初選壓縮機(jī)型號(hào)，確定壓縮機(jī)站機(jī)組組合方式和壓縮機(jī)站壓縮比ε；(5)L；按公式(2—61)初算三種管徑D01、D02、D03；按鋼管規(guī)格，初選出與初算的管徑相近的三種管徑D1、D2、D3；依據(jù)初定的輸送壓力和初選的管徑，求管壁厚度δ1、δ2、δ3，并進(jìn)展強(qiáng)度校核，然后求出三種管子的內(nèi)徑；依據(jù)出站溫度，計(jì)算輸氣管道氣體平均溫度；按前面初定的工藝參數(shù)和計(jì)算流量，計(jì)算輸氣管道末段長度和管徑；分)氣支線時(shí)，求得全線實(shí)際的壓縮機(jī)站數(shù)；假設(shè)管道沿線地形平坦，且沿線無進(jìn)(分)氣支線時(shí)，實(shí)際的站間距承受初定的站間距。這樣壓縮機(jī)站站數(shù)為式中L0——輸氣管道全長，km；Lm——輸氣管道末段長度，km；L——壓縮機(jī)站站間距，km。按綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算三種方案(三種管徑)KC；(13)S對(duì)三種方案進(jìn)展比較，年折合費(fèi)用最小的方案將為最優(yōu)方案；步，重定各工藝參數(shù)后，按上述步驟重進(jìn)展方案比較，直至選出既滿足工藝要求又經(jīng)濟(jì)合理的輸氣管道最優(yōu)方案。假設(shè)承受電算，可提高方案比較法的計(jì)算效率，縮短方案設(shè)計(jì)的周期，選出更加符合工程實(shí)際的最正確方案。加以比較，例如金屬耗量、基建投資、操作經(jīng)營費(fèi)等。二、數(shù)學(xué)分析法確定輸氣管道最優(yōu)參數(shù)的一種方法。折合費(fèi)用由式(1—88)確定S=EK+C輸氣管道的基建投資式中K——基建投資費(fèi)，元/km；KN——壓縮機(jī)站每單位功率的基建投資，元／kW；N——一個(gè)壓縮機(jī)站的功率，kW；ψ——壓縮機(jī)備用系數(shù)；L——壓縮機(jī)站間距，km；K0——與功率無關(guān)的一個(gè)壓縮機(jī)站的投資，如辦公樓、倉庫、消防設(shè)施、生活區(qū)等的投資，元；KB——管路單位重量的投資，包括管子運(yùn)輸、焊接安裝、下溝、穿跨越工程等的費(fèi)用，元／t；GT——管路的重量，t／km；KD——每千米管路的單位直徑的投資，如防腐絕緣層、挖溝、回填等的費(fèi)用，元／(mm·km)；D——管路直徑，mm；Kn——與管路直徑和重量無關(guān)的投資，包括勘察、選線、設(shè)計(jì)、道路、通訊等的費(fèi)用，元／km。輸氣管道的年經(jīng)營費(fèi)用式中C——年操作經(jīng)營費(fèi)用，元／(km·a)；CN——(km·a)；C——與功率無關(guān)的一個(gè)壓縮機(jī)站的年操作經(jīng)營費(fèi)用，如工資、行政治理費(fèi)等，元／a；FN——與一個(gè)壓縮機(jī)站功率成正比的投資局部的折舊提成，l／a；F0——與壓縮機(jī)站功率無關(guān)的投資局部的折舊提成，l／a；Ca——輸氣管道線路局部的年經(jīng)營費(fèi)用，如巡線工工資、防腐費(fèi)用等，元／(km·a)；an——與輸氣管線路投資有關(guān)的折舊提成，l／a。管子的重量CT=πDδLγ(1—94)式中πDδ——管子圓環(huán)的近似面積；L——輸氣管道長度；γ——鋼的重度。式中：PQ——輸氣管道的起點(diǎn)壓力；ζp——鋼材的允許應(yīng)力。把(1—95)式代入(1—94)式壓縮機(jī)站的功率可用輸氣管道的參數(shù)來表示式中m——多變指數(shù)；B T，Z——?dú)怏w在壓縮機(jī)入口條件下的參數(shù)；η——B Q——輸氣管道輸量；ε——壓縮比。把公式(1-92)、(1-93)、(1-96)和(1-97代入(1-88))式中 AN=CN+KNψ(FN+E)A0=C0+(F0+E)K0AB=(an+E)KBAD=(an+E)KDAn=(an+E)Kn+Ca公式(1-99)是一個(gè)多變量函數(shù)，S=f(ε，D,PH，L)，因此為求得此函數(shù)的極值，我們可利用拉格朗日乘S、方程和拉格朗日不定乘數(shù)λ的關(guān)心函數(shù)PQ、D、εL的偏導(dǎo)數(shù)，并令它們等于零由公式(1-101)可求得拉格朗日不定乘數(shù)把上式代入式(1-102)，可得輸氣管道壓縮機(jī)站的最優(yōu)出口壓力把式(1-106)代入式(1-98)，可得最優(yōu)壓縮機(jī)站站間距把式(1-105)代入式(1-103)，得由公式(1-103)和(1-104)可得利用逐次漸近法或牛頓迭代法由公式(1—109)求得最優(yōu)壓縮比。式，利用這些關(guān)系式可快速地作出定性和定量的估量。5％以上時(shí)，最10％，以致往往使所求得的參數(shù)失去實(shí)際意義。三、灰色關(guān)聯(lián)分析法輸氣管道常用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算方法是方案比較法和最優(yōu)化方法(或數(shù)學(xué)分析法)，前一種方法計(jì)算的方定最優(yōu)方案，其結(jié)果有時(shí)會(huì)導(dǎo)致片面地選擇并非最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案?？晒?jié)約設(shè)計(jì)費(fèi)用和縮短設(shè)計(jì)周期；又由于是多因素分析比較，優(yōu)選出的設(shè)計(jì)方案不僅節(jié)約投資和操作經(jīng)營費(fèi)，而且準(zhǔn)確、牢靠，更接近工程實(shí)際。下形式式中{X1(k)}，{X2(k)}，…，{Xi(k)}分別表示輸氣管道設(shè)計(jì)的1至i個(gè)方案；k=12，…，n表示一個(gè)方案中的各因素。依據(jù)預(yù)選方案式(1—110)，可得到輸氣管道設(shè)計(jì)抱負(fù)方案的數(shù)據(jù)列{X0(k)}={X0(1)，X0(2)，…，X0(n)}(1—111)i個(gè)預(yù)選方案中的n個(gè)因素的最正確數(shù)值組成，如管道投資費(fèi)、建站投資費(fèi)、操作經(jīng)營費(fèi)、年折合1，壓氣站數(shù)取最小值?；幚矸椒?，有Xi(k)i個(gè)方案中的第k項(xiàng)因素，minXi(k)maxXi(k)k項(xiàng)因素在i個(gè)方案中的最小值和最大值。n項(xiàng)因素的無量綱化值組成參考數(shù)據(jù)列{X′0(k)}，(k=1，2，…，n)(1—113)用各預(yù)選方案的。項(xiàng)因素的無量綱化值組成比較數(shù)據(jù)列{X′i(k)}，(j=1，2，…，i；1，2，…，n)(1—114)再按關(guān)聯(lián)度的大小對(duì)預(yù)選方案進(jìn)展排序。比較數(shù)據(jù)列{X′i(k)}對(duì)參考數(shù)據(jù)列{X′0j(k)}的關(guān)聯(lián)度為ρ稱為分辯系數(shù)，0<ρ<1ρ=0．5。灰色關(guān)聯(lián)分析法也可用于輸油管道設(shè)計(jì)方案優(yōu)選、油氣管道生產(chǎn)治理中最優(yōu)運(yùn)行方案的關(guān)心決策。[例題]880km9億m3／a5．88MPa，全線終點(diǎn)壓力(城市配氣站進(jìn)站壓力)不低于0．98MPa，自然氣相對(duì)密度為0.6。選取不同的管徑(7種))、自然氣價(jià)格(3種)1—7—148種方案，每一方案中列出了相應(yīng)參數(shù)，供方案選擇時(shí)使用。1—7—1輸氣管道工程優(yōu)化設(shè)計(jì)預(yù)選方案首建站投輸送中間管道投資操作經(jīng)營費(fèi)方管徑站站資費(fèi)用折合費(fèi)用壓力各站費(fèi)用用元案mm壓數(shù)元元/(km·a)MPa比壓比元/(km·a)/(km·a)/(km·a)1426.05.881.001.16729815.833232.024626.4537674.302457.05.881.001.16431816.822109.852643.6836570.353478.05.881.001.16333172.331735.801982.7636890.894529.05.881.001.16139786.84987.96660.9241435.455457.05.881.001.16431816.822128.704015.4937961.016478.05.881.001.16333172.331749.943011.6237933.897529.05.881.001.16139786.84992.401003.8741783.118630.05.881.001.66050181.40613.640.0050795.049457.05.881.001.16431816.822141.555399.3939357.7610478.05.881.001.16333172.331759.574049.5438981.4411529.05.881.001.16139786.84995.621349.8542132.3212630.05.881.001.00050181.40613.640.0050795.0413478.03.601.001.171233172.335453.098550.8947176.3114529.03.601.001.17636464.283033.364275.4543773.0915630.03.601.001.17142983.641016.92712.5744713.1416720.03.601.001.00048792.96613.640.0049406.6017478.03.601.001.171133172.335118.0511938.3450128.7218529.03.601.001.17636464.283070.596511.8346046.7119630.03.601.001.17142983.641023.131085.3045092.0720720.03.601.001.00048792.96613.640.0049406.6021478.03.601.001.171133172.335158.0416059.1254398.4922529.03.601.001.17636464.283092.408759.5248316.2023630.03.601.001.17142938.641026.761459.9245470.3324720.03.601.001.00048792.96613.640.0049406.6025457.04.901.001.16731816.823320.424782.6439919.8826478.04.901.001.16533172.332547.053416.1739135.5527529.04.901.001.16236464.281387.001366.4739217.7528630.04.901.001.00046954.39613.640.0047568.0329478.04.901.001.17533172.332567.725179.0340919.0830529.04.901.001.17236464.281395.272071.6139931.1631630.04.901.001.00046954.39613.640.0047568.0332720.04.901.001.00057032.18613.640.0057645.8233478.04.901.001.17533172.332584.566964.9042721.7934529.04.901.001.17236364.281402.012785.9640652.2635630.04.901.001.00046954.39613.640.0047568.0336720.04.901.001.00057032.18613.640.0057645.8237406.47.351.251.16731086.443321.714784.9239193.0738426.07.351.251.16532477.372603.243515.4538596.0639457.07.351.251.16334677.311884.772245.9738808.0540478.07.351.251.16238611.201525.531611.2441747.9741426.07.351.251.16532477.372615.055304.4940396.9142457.07.351.251.16334677311890.683384.6239952.6143478.07.351.251.16238611.201528.492424.6942564.3844529.07.351.251.00142493.301166.301464.7545124.3545426.07.351.251.16532477.312630.087125.7442233.1946457.07.351.251.16334677.311898.194539.3741114.8747478.07.351.251.16238611.201532.243246.1943389.6348529.07.351.251.00142493.301166.301953.0045612.60計(jì)算步驟：(1)1—7-1中的參數(shù)組成數(shù)列：Xl——管徑，mm；X2——輸送壓力(包括起點(diǎn)壓力、各壓氣站出站壓力)，MPa；X3——首站壓比；X4——中間各站壓比；X5——壓氣站站數(shù)，個(gè)；X6——管道投資費(fèi)用，元／(km·a)；X7——建站投資費(fèi)用，元／(km·a)；X8——操作經(jīng)營費(fèi)用，元／(km·a)；X9——年折合費(fèi)用，元／(km·a)；(2)最優(yōu)參考數(shù)列與比較數(shù)列確實(shí)定：現(xiàn)以優(yōu)化原則作為構(gòu)造最優(yōu)參考數(shù)列{X0(k)}的依據(jù)，對(duì)于該輸氣管道設(shè)計(jì)：各項(xiàng)費(fèi)用的開支目標(biāo)是“越少越好”；“越小越好”；(3)輸氣壓力在管材允許的強(qiáng)度范圍內(nèi)“越高越好”；(4)壓比在滿足工藝要求的前提下“越低越好”；壓氣站數(shù)“越少越好”。1—7—1中選出抱負(fù)方案的參考數(shù)據(jù)列：{X0(k)}；{406．4，7．35，1，1．16，1，31086．44，613.64，0，36570．35}。1—7—14848個(gè)比較數(shù)據(jù)列。關(guān)聯(lián)度計(jì)算與排序：按式(1—112)、(1—116)、(1—115)進(jìn)展灰色關(guān)聯(lián)分析后，得到48種設(shè)計(jì)方案與抱負(fù)方案的關(guān)聯(lián)度，見表(1—7—2)。再按其關(guān)聯(lián)度大小排序，即得到該輸氣管道設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣的挨次。1—7—2某輸氣優(yōu)化設(shè)計(jì)預(yù)選方案優(yōu)劣排序方案優(yōu)劣排關(guān)聯(lián)度序方案號(hào)方案優(yōu)劣排序方案關(guān)聯(lián)度號(hào)1 0.80493250.7117 452 0.80472260.7092 1530.78686270.70361940.78624280.70012950.78195290.69842360.78047300.68343370.775111310.6828880.771710320.68281290.764727330.680831100.76379340.680835110.76101350.680828120.757439360.653624130.751438370.653620140.744237380.653616150.741630390.651944160.741142400.645748170.739240410.641632180.733226420.641636190.731534430.639614200.729241440.620618210.728343450.606222220.727346460.603713230.718647470.591517240.717925480.5766213號(hào)方案。該設(shè)計(jì)方案的主要參數(shù)為：管子規(guī)格φ478×65．88MPa；不建壓氣首站；建中間壓氣站31．16；年36890．89元／(km·a)1—23號(hào)方案。由工藝計(jì)算可知，該方案的站間距為169．6km，輸氣管道末段長度為371．2km，全線壓氣站功率為1219．14kW。0.2元／m30．30．4元／m3，32號(hào)方案低。1—7—25．88MPa3．MPa4.9MPa輸送是不經(jīng)濟(jì)的，因低壓下輸送又要保證輸量，管徑必定偏大或壓氣站站數(shù)偏多，導(dǎo)致各項(xiàng)費(fèi)用上升。把壓力從5．88MPa7．35MPa輸送也不經(jīng)濟(jì)，因首站增壓需要較多的動(dòng)力費(fèi)。對(duì)該輸氣管道設(shè)計(jì)而言，充分利用氣田供給的壓力輸氣才是經(jīng)濟(jì)合理的。四、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法我們所需要的最優(yōu)路線方案只有一個(gè)。對(duì)此可以用下面的動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求得最優(yōu)路線方案。依據(jù)最優(yōu)化原理，動(dòng)態(tài)規(guī)劃可用下面的數(shù)學(xué)關(guān)系式來表示：式中xk——X表示狀態(tài)變量，xkk段的狀態(tài)變量；uk——u表示決策變量，ukA段的決策變量；fk(xk)——Axk態(tài)時(shí)的最優(yōu)值；fk+1xk+1——k+1xk+1時(shí)的最優(yōu)值；kkkkgk(x，u)——kxukkkk

時(shí)的函數(shù)值。optiminmaxmin。[例題]A要鋪設(shè)一條輸氣干線到地點(diǎn)E1—7—1所示。中途必需經(jīng)過三個(gè)中間壓氣站，A點(diǎn)，No2站可以在B1、B2、B3三地點(diǎn)中任選一地點(diǎn)。類似地，No3、No4站可供選擇的地點(diǎn)分別是：(C1，C2，C3)，(Dl，D2)。兩點(diǎn)之間的連線表示這兩站之間可以用管道相連