【摘要】：天然氣作為當(dāng)前人類(lèi)社會(huì)最重要的清潔能源之一,其消費(fèi)量持續(xù)快速增長(zhǎng),氣田開(kāi)發(fā)與地面工程建設(shè)持續(xù)保持高速發(fā)展,集輸管網(wǎng)系統(tǒng)作為地面工程的核心,投資十分巨大。四川盆地天然氣儲(chǔ)量豐富,其特有的丘陵起伏地形對(duì)于管網(wǎng)設(shè)計(jì)的影響不可忽視,本文針對(duì)傳統(tǒng)二維平面人工設(shè)計(jì)以及管網(wǎng)分級(jí)優(yōu)化的弊端,開(kāi)展了一系列研究:本文對(duì)數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)建立方法進(jìn)行了研究:選用DEM作為表達(dá)地形信息的主要媒介,通過(guò)獲取航空影像結(jié)合地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,GIS)軟件Global Mapper,經(jīng)軟件處理、提取得到離散三維地形數(shù)據(jù),通過(guò)降維處理,建立基于Grid規(guī)則格網(wǎng)模型表達(dá)方式的DEM,同時(shí)基于拉格朗日插值算法建立管道三維長(zhǎng)度近似計(jì)算模型。本文對(duì)地形起伏條件下天然氣管道路徑尋優(yōu)進(jìn)行了研究:基于DEM,建立了以管道三維長(zhǎng)度為目標(biāo)函數(shù),管道彈性敷設(shè)曲率半徑為約束條件的地形起伏地區(qū)天然氣管道路徑尋優(yōu)模型;通過(guò)對(duì)比不同路徑下算法搜索效率,采用估價(jià)函數(shù)為曼哈頓距離的A*算法進(jìn)行求解;針對(duì)傳統(tǒng)A*算法運(yùn)動(dòng)角度受限、轉(zhuǎn)折次數(shù)較多、平滑性欠缺、搜索時(shí)間過(guò)長(zhǎng),對(duì)A*算法進(jìn)行鄰域擴(kuò)展、雙向搜索、交替搜索三次改進(jìn);實(shí)例驗(yàn)證,在規(guī)劃路徑效果方面,24鄰域雙向交替搜索A*算法相較于傳統(tǒng)A*算法,對(duì)三維管道長(zhǎng)度和管道路徑起伏程度優(yōu)化更好;在算法搜索效率方面,24鄰域雙向交替搜索A*算法在大幅擴(kuò)展搜索能力的同時(shí),大大降低了節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)數(shù),運(yùn)算時(shí)間較24鄰域單向搜索A*算法有大幅減少,算法效率更高。本文對(duì)地形起伏條件下天然氣管網(wǎng)布局優(yōu)化策略進(jìn)行了研究:將原有的井組劃分、集氣站站址優(yōu)化、干支管網(wǎng)連接方式優(yōu)化、管網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化四個(gè)子問(wèn)題進(jìn)行整合,并針對(duì)路徑起伏程度較大管道引入管道路徑尋優(yōu),形成了井組劃分與集氣站站址整體優(yōu)化、干支管網(wǎng)連接方式優(yōu)化、起伏管道路徑優(yōu)化、管網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化四個(gè)部分。本文對(duì)地形起伏條件下天然氣管網(wǎng)布局優(yōu)化進(jìn)行了研究:針對(duì)井組劃分與集氣站站址整體優(yōu)化,建立了以管道、集氣站建設(shè)費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù),以隸屬關(guān)系唯一性、集輸半徑、最小管轄井?dāng)?shù)與最小處理量為約束條件的整體優(yōu)化模型;采用遺傳算法進(jìn)行求解,并針對(duì)實(shí)際情況,對(duì)傳統(tǒng)遺傳算法進(jìn)行改進(jìn),采用雙層實(shí)數(shù)編碼,引入精英個(gè)體保留策略,采用優(yōu)勢(shì)交叉、自由交叉交替進(jìn)行,強(qiáng)烈變異、激烈變異交替進(jìn)行,并引入自適應(yīng)交叉變異概率調(diào)節(jié)機(jī)制,結(jié)果表明改進(jìn)后的遺傳算法適用于整體優(yōu)化模型,在第100代后結(jié)果趨于穩(wěn)定,具有較好的收斂性;針對(duì)干支管網(wǎng)連接優(yōu)化,引入管網(wǎng)初步連接機(jī)制,通過(guò)定義長(zhǎng)方形范圍剔除不合理管道連接,采用Kruskal算法對(duì)井組采氣管網(wǎng)、集氣站間集氣管網(wǎng)進(jìn)行連接方式優(yōu)化;在確定干支管網(wǎng)連接方式基礎(chǔ)上,對(duì)部分路徑起伏程度較大管道進(jìn)行路徑優(yōu)化,基于24鄰域雙向交替搜索A*算法對(duì)路徑最大邊坡超過(guò)30°的17條采氣管道、3條集氣管道進(jìn)行路徑優(yōu)化,結(jié)果表明,優(yōu)化后的路徑最大邊坡能夠有效控制在30°以內(nèi),優(yōu)化效果明顯,同時(shí)能夠降低路徑最大高程,平均降幅在10%左右,并且縮短一定管道三維長(zhǎng)度;最終在此基礎(chǔ)上依據(jù)經(jīng)濟(jì)流速確定的管徑范圍,采用循環(huán)迭代算法計(jì)算不同管徑壁厚下的組合方案,確定得到經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)方案。
【圖文】：

圖２－２邋ＴＩＮ數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)逡逑

圖２－１邋Ｇｒｉｄ數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)逡逑ＴＩＮ是用一系列互不交叉、互不重疊的連接在一起的三角形來(lái)表示地形表面，，１９３４逡逑
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TE973

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2704564