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[摘 要]随着可持续发展观的贯彻实施，天然气已经成为了取代燃煤等传统能源的最佳替代品，成为了越来越多城市的主要能源。而使用天然气不可避免地会面临天然气管道的规划设计，天然气管道的铺设投资相对较大，对周边居民生活也有较大的影响，一旦规划出现错误，在工程建成之后想要完成扩建和改建难度就非常大，并且也会造成人力、财力、物力的巨大浪费。可见，为了保障城市市政建设的质量，必须科学和规范地规划设计天然气管网。
[关键词]城市天然气；管网规划；特点
中图分类号：TU996 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0238-01
天然气在当今的能源结构中占据很大的比例，世界上任何一个国家都在极力的促进城市气体化。目前，城市天然气管网输送已经成为一个城市现代化的重要标志。然而，天然气管网的规划是极其复杂的，不仅需要不断分析现有管网的供求关系，还需要将管网的结构进行最优化选择，将铺设管网成本降到最低。而且，所输送的天然气主要成分是甲烷，爆炸极限较低，一旦遇到明火或者高压环境极易发生爆炸，城市管网规模之大，一旦发生爆炸那危害是极大的。因此，对天然气管网系统进行合理设计规划有着重大的意义。
1 城市天然气管网类型及规划原则
根据输气的压力将城市天然气管道分为四类：压力在1.6～4MPa之间为高压燃气管道，压力在0.4～1.6MPa之间为次高压燃气管道，压力在0.01～0.4MPa之间为中压力燃气管道，低于0.01MPa的为低压燃气管道。根据管网铺设方法可以将管道分为地下燃气管道与高空燃气管道；根据管网用途可以将管道分为长距离输送管道、城市燃气管道以及工业化燃气管道。
城市天然气管网的发展与城市可持续发展状况息息相关，必须紧紧按照城市天然气管网规划原则进行布线。在进行城市天然气管网规划前应该对规划区域的发展现状，道路状况有个全面的认识，在做好全面的准备与勘察工作之后才能进行科学合理的天然气管网布线工作。再者，城市燃气管网的规划工作必须具有一定的前瞻性，要对该城市的人口规模的变化及发展有一定的预见性，依此来进行天然气管网输送线路的计算工作；然后还要充分考虑城市街道路面的情况，要尽可能的跨越河流铁路等工程来降低铺设成本。在管网铺设过程中要充分做好输气压力的调节工作，尽可能的满足客户需要。
2 城市天然气管网规划方法
2.1 动态规划法
动态规划法指的是优化管网中各个节点的压力，得到最优的压力后以此来选择相应的管网元件，最大程度地降低管网建设和运行的费用。利用这种方法时，必须预先给定压气站的数目和位置以及各管段的长度和管径，但是这种规划方法对于处理较多的网络元件时并不适用。这是因为用该方法求解时若一维状态取值为m个，对n维状态就有mn个，这对于n稍大的问题在实际情况中都是不现实的。
2.2 约束导数法
国外学者经过多年的研究發现约束导数法可以解决那些具有等式约束的输气管道工艺参数优化设计问题。国外学者Flanigan采用约束导数法优化了天然气管网系统中管道的直径和压缩机功率，优化时预先给定管网中压气站的数量与位置，将设计变量分成决策变量和状态变量2类。在数学史上，这种方法是一种很有代表意义的数学规划方法，但是仅仅局限于设计问题的局部优化。
2.3 广义既约梯度法
广义既约梯度法是一种常用的城市天然气管网规划方法，其是被Edger等研究学者首次成功应用于城市天然气管网规划之中。广义既约梯度法在城市天然气管网规划中的有效应用，可以同时确定压气站中压缩机的实际操作情况、压气站的数目以及对2个压气站间的管径、管段长进行优化等方面的内容，从而有利于城市天然气管网铺设费用、城市天然气管网运行费用的降低。
3 城市天然气管网存在的问题以及对策
3.1 应用问题
相比于国外，我国输气管道规划起步较晚，目前还处在研究的初始阶段，要想大规模的投入商业用途还需要进一步的加大研究力度。国从数学的角度来看，输气管网、供水管网的布局规划问题同属网络规划问题。可以将供水管网布局规划的一些技术方法拿来借鉴。输气管道的距离是距离长，输送压力高，口径大等。在未来的研究发展中，可以加大最神经网络的研究，这在管网的规划设计中具有很大的应用前景。
3.2 对策
1）市政天然气管网规划设计中的优化
主要是优化布局以及优化工艺参数。前期确定好天然气管网的布局是非常重要的，因为后期如果存在改建和扩建，是无法改变天然气的布局的。考虑到天然气布局与施工工艺的关联性，为了获得最理想的优化效果，一般是在优化了天然气布局的情况下对某一级管网进行施工工艺的优化或者逐级予以优化。
2）从施工材料方面优化天然气管道
天然气管道的建设事关重大，管道的安全性更是重中之重。在城市天然气管道规划时一定要注意对施工材料质量的掌控，有的管道需要承受高压，如果施工材料达不到设计的要求，在正常使用的过程中就容易导致重大安全事故，带来重大经济损失和人员伤亡。
3）借助先进的技术手段进行规划设计
进行城市天然气管网规划设计的主要目的就在于降低施工成本，这一点是要建立在满足用户的需求、当今施工工艺、管网的安全性和稳定性的基础之上的。天然气工程自身就具有庞大性和复杂性的特点，加上城市中复杂的地质环境，在进行市政规划时天然气管道的规划设计不能单纯依靠手工进行，必须借助先进的计算机技术来克服传统方法计算精度低、效率低下的缺点。
4 天然气管网规划发展趋势
综合来看，我国输气管网的规划正处于探索和初级阶段，尤其是市政规划中天然气管网的特殊性，从数学的角度分析，可以将输气管网、供水管网的布局规划划分为网络规划问题，因此，在进行相关的输气管网网络的布局研究时，可以选择性的借鉴供水管网布局规划的一些技巧和成功之处。输气管道在进行输气运转中，其输送具有距离较长、输送压力较高以及口径较大的特点，因此在市政规划中要注意输气管道输送过程中的这些特点，并有效的针对这些特点提出相应的针对性措施。综合现有的诸多研究文献来看，神经网络在管网规划中具有十分广阔的发展前景和发展潜力，应该逐步深入对其的研究和思考，并在相关研究的基础之上，开发出以神经网络为基础的规划软件。在日后的管网规划和设计规划中，要注重充分利用先进的高科技技术，用科技和知识的力量为市政规划中天然气管网的规划和设计提供较为规范和科學的指导，进而有效提高管网的综合利用效率，并在此基础之上，注重与城市的整体环境相适应，提高其整体的美观度，提高规划设计和生产管理的水平。
综上所述，目前，天然气作为城市居民生活的主要能源物质发挥着极大的作用，城市管道系统作为输送天然气的一直工具也越来越得到重视。本文首先阐述了天然气城市管网的类型及布置原则，其次对天然气管网的规划方法进行了总结与归纳，最后针对我国目前城市燃气管网建设过程中的一些问题进行了综述并给出了相应的意见与建议，这对于我国城市燃气管网事业的发展奠定了一定的理论指导意义。
参考文献
[1] 李余斌，黄坤，苏欣，张琳，杨晓敏，陈学峰，王元春.城市天然气管网规划现状[J].油气储运，2006，10：10-16+63-64+62.
[2] 李建荣.论城市天然气管网规划设计[J].山西建筑，2016，09：30-31.
[3] 曹育军，刘燕，李持佳，赵亮，郭艳红，孙明烨，胡周海.城市天然气管网规划经济性评价研究[J].煤气与热力，2016，02：37-43+46.
[关键词]城市天然气；管网规划；特点
中图分类号：TU996 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0238-01
天然气在当今的能源结构中占据很大的比例，世界上任何一个国家都在极力的促进城市气体化。目前，城市天然气管网输送已经成为一个城市现代化的重要标志。然而，天然气管网的规划是极其复杂的，不仅需要不断分析现有管网的供求关系，还需要将管网的结构进行最优化选择，将铺设管网成本降到最低。而且，所输送的天然气主要成分是甲烷，爆炸极限较低，一旦遇到明火或者高压环境极易发生爆炸，城市管网规模之大，一旦发生爆炸那危害是极大的。因此，对天然气管网系统进行合理设计规划有着重大的意义。
1 城市天然气管网类型及规划原则
根据输气的压力将城市天然气管道分为四类：压力在1.6～4MPa之间为高压燃气管道，压力在0.4～1.6MPa之间为次高压燃气管道，压力在0.01～0.4MPa之间为中压力燃气管道，低于0.01MPa的为低压燃气管道。根据管网铺设方法可以将管道分为地下燃气管道与高空燃气管道；根据管网用途可以将管道分为长距离输送管道、城市燃气管道以及工业化燃气管道。
城市天然气管网的发展与城市可持续发展状况息息相关，必须紧紧按照城市天然气管网规划原则进行布线。在进行城市天然气管网规划前应该对规划区域的发展现状，道路状况有个全面的认识，在做好全面的准备与勘察工作之后才能进行科学合理的天然气管网布线工作。再者，城市燃气管网的规划工作必须具有一定的前瞻性，要对该城市的人口规模的变化及发展有一定的预见性，依此来进行天然气管网输送线路的计算工作；然后还要充分考虑城市街道路面的情况，要尽可能的跨越河流铁路等工程来降低铺设成本。在管网铺设过程中要充分做好输气压力的调节工作，尽可能的满足客户需要。
2 城市天然气管网规划方法
2.1 动态规划法
动态规划法指的是优化管网中各个节点的压力，得到最优的压力后以此来选择相应的管网元件，最大程度地降低管网建设和运行的费用。利用这种方法时，必须预先给定压气站的数目和位置以及各管段的长度和管径，但是这种规划方法对于处理较多的网络元件时并不适用。这是因为用该方法求解时若一维状态取值为m个，对n维状态就有mn个，这对于n稍大的问题在实际情况中都是不现实的。
2.2 约束导数法
国外学者经过多年的研究發现约束导数法可以解决那些具有等式约束的输气管道工艺参数优化设计问题。国外学者Flanigan采用约束导数法优化了天然气管网系统中管道的直径和压缩机功率，优化时预先给定管网中压气站的数量与位置，将设计变量分成决策变量和状态变量2类。在数学史上，这种方法是一种很有代表意义的数学规划方法，但是仅仅局限于设计问题的局部优化。
2.3 广义既约梯度法
广义既约梯度法是一种常用的城市天然气管网规划方法，其是被Edger等研究学者首次成功应用于城市天然气管网规划之中。广义既约梯度法在城市天然气管网规划中的有效应用，可以同时确定压气站中压缩机的实际操作情况、压气站的数目以及对2个压气站间的管径、管段长进行优化等方面的内容，从而有利于城市天然气管网铺设费用、城市天然气管网运行费用的降低。
3 城市天然气管网存在的问题以及对策
3.1 应用问题
相比于国外，我国输气管道规划起步较晚，目前还处在研究的初始阶段，要想大规模的投入商业用途还需要进一步的加大研究力度。国从数学的角度来看，输气管网、供水管网的布局规划问题同属网络规划问题。可以将供水管网布局规划的一些技术方法拿来借鉴。输气管道的距离是距离长，输送压力高，口径大等。在未来的研究发展中，可以加大最神经网络的研究，这在管网的规划设计中具有很大的应用前景。
3.2 对策
1）市政天然气管网规划设计中的优化
主要是优化布局以及优化工艺参数。前期确定好天然气管网的布局是非常重要的，因为后期如果存在改建和扩建，是无法改变天然气的布局的。考虑到天然气布局与施工工艺的关联性，为了获得最理想的优化效果，一般是在优化了天然气布局的情况下对某一级管网进行施工工艺的优化或者逐级予以优化。
2）从施工材料方面优化天然气管道
天然气管道的建设事关重大，管道的安全性更是重中之重。在城市天然气管道规划时一定要注意对施工材料质量的掌控，有的管道需要承受高压，如果施工材料达不到设计的要求，在正常使用的过程中就容易导致重大安全事故，带来重大经济损失和人员伤亡。
3）借助先进的技术手段进行规划设计
进行城市天然气管网规划设计的主要目的就在于降低施工成本，这一点是要建立在满足用户的需求、当今施工工艺、管网的安全性和稳定性的基础之上的。天然气工程自身就具有庞大性和复杂性的特点，加上城市中复杂的地质环境，在进行市政规划时天然气管道的规划设计不能单纯依靠手工进行，必须借助先进的计算机技术来克服传统方法计算精度低、效率低下的缺点。
4 天然气管网规划发展趋势
综合来看，我国输气管网的规划正处于探索和初级阶段，尤其是市政规划中天然气管网的特殊性，从数学的角度分析，可以将输气管网、供水管网的布局规划划分为网络规划问题，因此，在进行相关的输气管网网络的布局研究时，可以选择性的借鉴供水管网布局规划的一些技巧和成功之处。输气管道在进行输气运转中，其输送具有距离较长、输送压力较高以及口径较大的特点，因此在市政规划中要注意输气管道输送过程中的这些特点，并有效的针对这些特点提出相应的针对性措施。综合现有的诸多研究文献来看，神经网络在管网规划中具有十分广阔的发展前景和发展潜力，应该逐步深入对其的研究和思考，并在相关研究的基础之上，开发出以神经网络为基础的规划软件。在日后的管网规划和设计规划中，要注重充分利用先进的高科技技术，用科技和知识的力量为市政规划中天然气管网的规划和设计提供较为规范和科學的指导，进而有效提高管网的综合利用效率，并在此基础之上，注重与城市的整体环境相适应，提高其整体的美观度，提高规划设计和生产管理的水平。
综上所述，目前，天然气作为城市居民生活的主要能源物质发挥着极大的作用，城市管道系统作为输送天然气的一直工具也越来越得到重视。本文首先阐述了天然气城市管网的类型及布置原则，其次对天然气管网的规划方法进行了总结与归纳，最后针对我国目前城市燃气管网建设过程中的一些问题进行了综述并给出了相应的意见与建议，这对于我国城市燃气管网事业的发展奠定了一定的理论指导意义。
参考文献
[1] 李余斌，黄坤，苏欣，张琳，杨晓敏，陈学峰，王元春.城市天然气管网规划现状[J].油气储运，2006，10：10-16+63-64+62.
[2] 李建荣.论城市天然气管网规划设计[J].山西建筑，2016，09：30-31.
[3] 曹育军，刘燕，李持佳，赵亮，郭艳红，孙明烨，胡周海.城市天然气管网规划经济性评价研究[J].煤气与热力，2016，02：37-43+46.