【摘 要】近年来燃气行业取得了突飞猛进的发展，为了进一步节省燃气输配管网系统的规划设计成本费用，提高规划设计的经济效益，以及实现对燃气输配管网的设计优化，专门开发了一款集计算、分析和绘图功能的专业计算机辅助设计系统软件GCAD，用于对燃气输配管网规划设计中存在的问题进行数学模型的建立和求解。在GCAD软件的开发过程中，将开发重点放在了燃气输配管网新建、改建和目前现有管网的校准，以促进燃气管网的优化设计和行业的健康发展。
【关键词】燃气输配管网系统；优化设计
随着经济发展速度的加快，燃气输配已经成为保障居民生活水平的一大关键因素。为了满足社会发展的需要，目前燃气管网也在朝着大型化、复杂化的网络系统方向发展。因此，对燃气管网进行系统化的优化设计具有十分重要的意义。只有不断的对燃气输配管网进行优化设计，才能提高燃气的输配效益，保障燃气的充分利用，促进国家经济建设的不断健康快速发展。
1 燃气输配管网的现状概述
目前，随着城市化步伐的加快，天然气作为保障居民生活水平最为基础的能源物资，越来越受到广泛的关注。燃气管网建设是一项前期投资数额大，投资回报周期长的建设项目，为此，国家也在大力推进燃气输配管网的优化设计，以实现利用最少的投入，实现最大的经济效益。因为燃气管网系统具有很大的可塑性，所以通过燃气输配管网的优化设计，对储配站、调压站的数量和分布进行合理的调配，在满足各节点压力要求，保证燃气流量的基础上，通过软件进行燃气输配管网管道的直径尺寸、管网金属消耗量和投资进行估算，以实现减少不必要的重复建设，减少投资额度，实现最大经济效益。随着计算机技术的不断发展，利用计算机软件对燃气输配管网进行优化，可以解决以往人工很多无法求解的大型复杂计算问题，从而提高了燃气输配管网的设计质量和输配效率。
输配管网和调压结构是构成燃气输配管网的两大主要组成部分，输配管网又分为高中压管网和低压管网[1]。在燃气管网铺设方案确定后，燃气管网始末端的压力和燃气流量是决定高中压管网直径尺寸的关键因素。而低压管网的直径尺寸主要是取决于燃气流量、燃气器具的额定工作压力和调压站的布置状况。燃气输配管网设计优化的关键在于保证居民燃气流量和压力正常的前提下，根据已知管网的网络结构、燃气系统的流量分布和压力要求，分析确认管网的直径尺寸、管网的分布以及调压站的位置和数量。利用最少的投资，实现最大的经济收益和社会效益。
2 燃气输配管网的系统优化
目前，在城市燃气输配系统，主要由燃气输配管网、燃气储配站、调压计量站、运行管理操作和控制设施等部分组成，由此可见，燃气输配系统是一项极为复杂的综合设施，要实现对燃气输配管网的优化设计，则必须对构成管网系统的输配管网和调压站进行系统的分析研究，利用软件的强大功能进行优化设计，实现优化改善方案。
2.1 建立燃气输配管网系统优化设计的数学模型
随着城市建设速度的加快，城市涵盖范围不断加大，因此要求燃气输配系统呈现多级燃气管网的状态。为了尽量节省投资成本，对燃气输配管网系统进行整体优化势在必行。燃气输配管网系统的优化设计主要体现在调压站的数量和布局优化上。
2.2 调压站数量的优化确认
在对燃气输配管网进行系统优化过程中，调压站的数量和分布比较难以确定，所以，在利用软件进行模拟优化时，只能采用近似值的方案，来计算中、低压管网的费用计算，确定管网的直径尺寸和流向。利用GCAD软件，可以将相关的数据资料进行输入，对于不能确定的数据利用近似值代替，就可以计算出燃气输配管网系统需要的调压站的最佳数量[2]。
2.3 调压站的优化布置
根据计算机软件GCAD计算出调压站的数量和分布位置，对于整个燃气输配管网进行整体优化设计仍是一下十分庞大的工程。燃气输配管网的主要作用和目的是为居民提高质量可靠的燃气服务，将燃气输送到千家万户。因此，对于低压管网而言，调压站优化的目的在于满足居民的用气需求。要对燃气输配管网进行系统优化设计，则需尽可能的缩短调压站到用户的管道铺设距离，这不仅可以节省管网费用，还可以最大可能的为用户提供稳定的燃气输送。所以，以一个调压站为例，利用软件求得所有用户中位点的位置，即设置调压站的位置，然后利用此原理，求出燃气输配管网中多个调压站的具体位置。由于燃气输配管网系统是一个庞大的系统工程，在燃气管网系统中存在无数个调压站，要将每个调压站都利用计算机软件分析计算出来，显然是不可能完成的任务，并且在调压站定位时，还需考虑为调压站设置一个节点集，因工作量过大一般计算机很难完成。因此，在开发GCAD软件时，采用启发式数字计数法分析得出效果最优化的解，以完成输配管网的优化设计。
2.4 燃气管网的优化设计方案
对燃气输配管网进行优化，既是对目前已知的管网网络结构、网管中用到的管道直径尺寸进行优化，以实现在可以满足用户所需燃气流量和压力的前提下，利用最少的投资数额，铺设最优化的管道网络，实现低成本运行[3]。利用计算机软件GCAD中的梯度法、最短路径法、拉格朗日乘数法和网管平差等规划燃气输配方案，以求得最佳的管网铺设方案，从而可以解决目前燃气输配管网配置过程中存在的问题。
3 开发更优软件
燃气输配系统作为一个庞大的系统工程，仅靠以前的人工计算方式已经不能满足行业的发展需求，开发更加智能化，可以实现燃气输配优化的新型软件已是迫在眉睫。在设计开发软件过程中，除了可以实现对燃气输配管网系统进行优化之外，还要能够及时生成图档，便于列印，提供给相关的行业专家和学者进行探讨。
4 结束语
综上所述，燃气输配管网系统优化设计的重点在于燃气管网的优化和调压站数量和位置的优化。在进行优化的过程中，主要是实现调压站的合理布置，以尽量减少燃气管网到用户之间的距离，从而节省成本，实现最大化的经济效益和社会效益
参考文献：
[2]蒋洪，蒋俊杰，李宏玉.等.燃气输配管网调峰过程的动态模拟分析[J].管道技术与设备，2011（6）.
[3] 冯伟程，梁金凤，焦岗.等.燃气管网分析系统的开发[J].煤气与热力，2011（5）.
