集输系统作为气田地面工程的主体,其建设费用在地面工程中占据主导地位,因而集输管网布局方案的好坏直接影响着地面工程的总投资。开展集输管网的布局优化,通过建立优化模型和求解算法获得管网优化布局可以有效降低系统建设投资。本文首先对气田集输管网集输工艺进行了研究,针对气液混输、天然气单相输送两种管输模式,分别给出了水力计算模型。考虑电伴热传热对于管道温降的影响,给出了管道热力计算模型。结合管网结构特征,建立了管网节点参数计算方法。其次,针对辐射-枝状气田地面管网的几何形态特点,考虑集气站与外输站的连接关系对管网布局的影响,以集输半径、集气站处理量、隶属唯一性等为约束条件,以管网总建设费用最小为目标函数建立气田集输管网拓扑布局优化数学模型。针对模型的结构层次,建立了改进的多级联遗传算法。实例计算表明,与人工布局方案对比可降低投资5.3%,与基本遗传算法求得的布局方案相比降低投资3.5%,验证了所提出的拓扑布局优化模型和改进遗传求解算法的优越性。再次,根据拓扑布局优化得到的管网拓扑布局,综合工艺计算模型和节点参数计算方法,以管道建设费用最小为目标,以稳定流动、流量平衡、速度限制等为约束条件,构建了气田集输管网参数优化模型。为了有效求解该模型,建立了粒子群求解算法。实例验证表明,与人工设计管网参数方案相比,总投资降低5.9%,验证了所建立的管网参数优化模型和粒子群求解方法的正确性。最后,基于以上理论成果,应用C++Builder语言开发了气田地面管网优化设计平台软件,包括文件管理、数据管理、图形建模、管网拓扑优化、管网参数优化、经济计算、方案优选、辅助功能8个程序模块,可实现管网拓扑布局优化、管网参数优化设计、管道工艺计算、优化结果展示等功能,能够辅助气田建设者高效的进行集气系统规划设计。