【摘要】：天然气作为当前人类社会最重要的清洁能源之一,其消费量持续快速增长,气田开发与地面工程建设持续保持高速发展,集输管网系统作为地面工程的核心,投资十分巨大。四川盆地天然气储量丰富,其特有的丘陵起伏地形对于管网设计的影响不可忽视,本文针对传统二维平面人工设计以及管网分级优化的弊端,开展了一系列研究:本文对数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)建立方法进行了研究:选用DEM作为表达地形信息的主要媒介,通过获取航空影像结合地理信息系统(Geographic Information System,GIS)软件Global Mapper,经软件处理、提取得到离散三维地形数据,通过降维处理,建立基于Grid规则格网模型表达方式的DEM,同时基于拉格朗日插值算法建立管道三维长度近似计算模型。本文对地形起伏条件下天然气管道路径寻优进行了研究:基于DEM,建立了以管道三维长度为目标函数,管道弹性敷设曲率半径为约束条件的地形起伏地区天然气管道路径寻优模型;通过对比不同路径下算法搜索效率,采用估价函数为曼哈顿距离的A*算法进行求解;针对传统A*算法运动角度受限、转折次数较多、平滑性欠缺、搜索时间过长,对A*算法进行邻域扩展、双向搜索、交替搜索三次改进;实例验证,在规划路径效果方面,24邻域双向交替搜索A*算法相较于传统A*算法,对三维管道长度和管道路径起伏程度优化更好;在算法搜索效率方面,24邻域双向交替搜索A*算法在大幅扩展搜索能力的同时,大大降低了节点访问数,运算时间较24邻域单向搜索A*算法有大幅减少,算法效率更高。本文对地形起伏条件下天然气管网布局优化策略进行了研究:将原有的井组划分、集气站站址优化、干支管网连接方式优化、管网结构参数优化四个子问题进行整合,并针对路径起伏程度较大管道引入管道路径寻优,形成了井组划分与集气站站址整体优化、干支管网连接方式优化、起伏管道路径优化、管网结构参数优化四个部分。本文对地形起伏条件下天然气管网布局优化进行了研究:针对井组划分与集气站站址整体优化,建立了以管道、集气站建设费用为目标函数,以隶属关系唯一性、集输半径、最小管辖井数与最小处理量为约束条件的整体优化模型;采用遗传算法进行求解,并针对实际情况,对传统遗传算法进行改进,采用双层实数编码,引入精英个体保留策略,采用优势交叉、自由交叉交替进行,强烈变异、激烈变异交替进行,并引入自适应交叉变异概率调节机制,结果表明改进后的遗传算法适用于整体优化模型,在第100代后结果趋于稳定,具有较好的收敛性;针对干支管网连接优化,引入管网初步连接机制,通过定义长方形范围剔除不合理管道连接,采用Kruskal算法对井组采气管网、集气站间集气管网进行连接方式优化;在确定干支管网连接方式基础上,对部分路径起伏程度较大管道进行路径优化,基于24邻域双向交替搜索A*算法对路径最大边坡超过30°的17条采气管道、3条集气管道进行路径优化,结果表明,优化后的路径最大边坡能够有效控制在30°以内,优化效果明显,同时能够降低路径最大高程,平均降幅在10%左右,并且缩短一定管道三维长度;最终在此基础上依据经济流速确定的管径范围,采用循环迭代算法计算不同管径壁厚下的组合方案,确定得到经济最优的管网结构参数方案。
【图文】：
图２－２邋ＴＩＮ数据结构逡逑
图２－１邋Ｇｒｉｄ数据结构逡逑ＴＩＮ是用一系列互不交叉、互不重叠的连接在一起的三角形来表示地形表面，，１９３４逡逑
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE973
【参考文献】
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本文编号：
2704564
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