復合型壓縮天然氣加氣站供應模式研究

【摘要】：壓縮天然氣（CNG）作為燃氣供應的一種有效方式，運營方式靈活，日益成為車用及管網未達區(qū)域民用市場共同的氣源，逐漸形成復合型壓縮天然氣加氣站供應系統(tǒng)。本文對該系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)進行了研究：加氣站站型適用性比較研究、影響加氣站規(guī)模的儲氣安全性研究、加氣站供應規(guī)律研究、運輸調度的合理優(yōu)化研究，從而使燃氣供應系統(tǒng)更合理、安全，促進國內壓縮天然氣行業(yè)的發(fā)展。 本文主要內容如下： 從國內壓縮天然氣行業(yè)發(fā)展的研究背景出發(fā)，以北京市壓縮天然氣車用、民用兩大供應系統(tǒng)為例，對其現(xiàn)狀進行了分析，在綜合分析國、內外研究目標的基礎上，明確了壓縮天然氣加氣站方面的研究重點和存在的問題，確定了復合型壓縮天然氣供應系統(tǒng)模式的研究思路；針對單一母子站供應系統(tǒng)的弊端，將車用氣常規(guī)站作為（母子站供應系統(tǒng)）的有效補充；采用模糊綜合評價模型對母子站和常規(guī)站進行了綜合分析，為合理匹配各種站型提供指導；通過建立穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）、瞬變流狀態(tài)的數學模型，采用流體穩(wěn)態(tài)、動態(tài)仿真計算軟件，對加氣站周邊管網進行了不同工況條件的靜、動態(tài)模擬分析，對模型參數的確定進行了研究，明確了進行加氣站選址需要滿足的天然氣管網條件。 運用綜合分析方法，結合人工神經網絡模型、線性回歸模型和ARMA模型的優(yōu)缺點，引入主成分分析法PCA，參考大量歷史數據，建立了復合型加氣站的壓縮天然氣負荷預測模型，實際預測效果良好；通過研究壓縮天然氣負荷全年各段時間變化規(guī)律，在不同時段采用相應的模型預測，包括神經網絡、時間序列、線性回歸等，使得全年綜合預測模型最優(yōu)化。以北京市為例，對歷史數據進行了用氣規(guī)律分析，得出了加氣（母子）站年、月、日、時不均勻系數，為復合型壓縮天然氣加氣站的規(guī)劃布局、負荷分配提供預測方法和依據。 以影響加氣站供應規(guī)模和安全間距的儲氣設施為典型（分析對象），確定了儲氣利用率的提高方法和儲氣瓶組的分配方案；通過對可能引發(fā)儲氣瓶組的泄漏火災事故的調查，構建了CNG儲氣瓶組的故障樹，對實例進行了危險等級的判斷。借鑒管道失效泄漏模型，對儲氣設施泄漏發(fā)生火災的個人、社會風險進行了分析研究，為衡量加氣站的安全措施、建站規(guī)模提供了分析方法。 通過建立加氣環(huán)節(jié)的轉運車排隊模型、多車場（目標）運輸的最小費用模型，對母子加氣站供應系統(tǒng)中的CNG轉運車的運輸問題，進行了全過程的優(yōu)化研究，應用實例驗證了模型的可行性；引入運輸風險指數，作為評價CNG轉運車的運輸道路事故和泄漏事故及后果的指標，構造了多目標路徑優(yōu)化模型。為優(yōu)化CNG轉運車的運輸調度系統(tǒng)提供了理論依據和方法。 以北京市壓縮天然氣供應系統(tǒng)為例，把加氣站作為城市天然氣管網的有機組成部分進行研究，利用建立的管網動、靜態(tài)負荷預測模型、失效泄露模型、運輸模型，對影響加氣站發(fā)展規(guī)模的站型模式、管網條件、負荷變化規(guī)律、儲氣規(guī)模和危險范圍及連接站點的運輸方式進行了分析總結；取得的儲氣設施火災影響程度、加氣站負荷不均勻系數、運輸合理調配方案，可為其他城市的相關產業(yè)發(fā)展提供參考。研究結果表明，加氣站對管網瞬態(tài)影響、轉運車運輸過程中的風險評價，涉及到流體分析、自控聯(lián)網、交通、環(huán)境等多方面動態(tài)因素，應該與燃氣管網的SCADA系統(tǒng)、交通指揮系統(tǒng)等聯(lián)動控制，統(tǒng)一規(guī)劃和調度。 【關鍵詞】：壓縮天然氣 加氣站 常規(guī)站 規(guī)劃 發(fā)展 模型
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TE974
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-25
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 壓縮天然氣供應系統(tǒng)介紹14-16
• 1.3 壓縮天然氣汽車發(fā)展前景分析16-17
• 1.3.1 天然氣汽車的環(huán)保性分析16-17
• 1.3.2 天然氣汽車的經濟性17
• 1.4 民用壓縮天然氣發(fā)展前景17-18
• 1.5 加氣站建設及相關產業(yè)鏈18
• 1.6 相關技術研究現(xiàn)狀18-21
• 1.7 存在的問題21
• 1.8 技術路線21-22
• 1.9 主要研究內容22-23
• 1.10 本章小結23-25
• 第二章 常規(guī)站與母子站模式比較研究25-53
• 2.1 加氣站模式25-26
• 2.2 我國 CNG 加氣站模式的分析26-28
• 2.3 母子站與常規(guī)站應用范圍28
• 2.4 母子站建設與運行存在的問題28-30
• 2.5 加氣站站型方案比較模糊綜合評價模型30-38
• 2.6 加氣站站型方案比較模糊綜合評價指標的確定38-46
• 2.7 加氣站站型方案模糊綜合評價計算46-51
• 2.8 模糊綜合評價結論51
• 2.9 本章小結51-53
• 第三章 壓縮天然氣常規(guī)站管網條件研究53-74
• 3.1 穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）仿真模型53-56
• 3.2 瞬變流動態(tài)模型56-57
• 3.3 初始條件和邊界條件57-58
• 3.4 穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）仿真模擬58-69
• 3.5 子站改為常規(guī)站管網必要條件69-70
• 3.6 改進管網壓力控制方案70-73
• 3.7 本章小結73-74
• 第四章 壓縮天然氣負荷預測模型研究74-99
• 4.1 影響因素分析74-75
• 4.2 負荷預測方法75-82
• 4.2.1 神經網絡與 PCA（principal component analyze）方法75-77
• 4.2.2 BP 算法77-79
• 4.2.3 PCA （primary component analyze）理論79-81
• 4.2.4 線性回歸分析法81-82
• 4.3 壓縮天然氣負荷預測模型82-86
• 4.3.1 壓縮天然氣負荷預測三層神經網絡模型82-83
• 4.3.2 壓縮天然氣負荷時間序列預測模型83-86
• 4.4 CNG 負荷預測結果分析86-88
• 4.5 CNG 負荷預測結論88-89
• 4.6 CNG 加氣母站不均勻系數匯總89-94
• 4.7 CNG 加氣母站的負荷曲線94-95
• 4.8 CNG 加氣母站的日加氣量與日平均氣溫的關系95-97
• 4.9 本章小結97-99
• 第五章 壓縮天然氣加氣站儲氣利用率及安全性分析99-121
• 5.1 加氣母子站儲氣方式及利用率99-103
• 5.1.1 加氣站儲氣瓶組儲氣利用率分析100-102
• 5.1.2 儲氣利用率分析結論102-103
• 5.2 儲氣設施安全風險性分析103-104
• 5.3 加氣站工作環(huán)境危險特性分析104-106
• 5.4 高壓儲氣瓶組故障樹安全評價106-111
• 5.4.1 理論基礎107-108
• 5.4.2 壓縮天然氣加氣站儲氣瓶組火災爆炸事故分析108-109
• 5.4.3 構建故障樹109-110
• 5.4.4 結果及分析110-111
• 5.5 加氣站高壓儲氣瓶組火災事故后評價111-117
• 5.5.1 壓力容器的失效模式111-113
• 5.5.2 儲氣瓶組失效概率模型113-114
• 5.5.3 儲氣瓶組泄露危害概率模型114-117
• 5.6 儲氣瓶組火災失效后果評價模型應用117-119
• 5.7 本章小結119-121
• 第六章 CNG 氣瓶轉運車運輸調度優(yōu)化模型121-141
• 6.1 大系統(tǒng)優(yōu)化理論121-122
• 6.2 基于 Markov 理論建立母站轉運車加氣排隊時間最小化模型122-129
• 6.2.1 加氣排隊模型的建立122-126
• 6.2.2 實例分析126-129
• 6.3 費用最小的母子站間運輸調度方案129-136
• 6.3.1 轉運車母子加氣站站間運輸調度模型的建立129-132
• 6.3.2 站間運輸調度模型的求解132-133
• 6.3.3 站間運輸調度模型的實例應用133-136
• 6.4 壓縮天然氣運輸路徑優(yōu)化模型136-139
• 6.4.1 最優(yōu)路徑模型的建立137-139
• 6.4.2 最優(yōu)路徑模型的實用意義139
• 6.5 本章小結139-141
• 第七章 結論及建議141-144
• 7.1 結論141-142
• 7.2 本文的主要創(chuàng)新之處142-143
• 7.3 對后續(xù)工作的建議143-144
• 參考文獻144-151
• 發(fā)表論文和科研情況說明151-153
• 附錄153-157
• 致謝157

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淄博市沂源縣即將建成首座天然氣加氣站    本刊通訊員;

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建設天然氣加氣站 改善首都大氣環(huán)境    

天然氣汽車及天然氣加氣站    羅予紅,齊研科,韓旭

奧利達公司在天然氣加氣站領域取得新進展    

青海油田將建壓縮天然氣加氣站    

國家標準《汽車加油加氣站設計與施工規(guī)范》發(fā)布實施    

壓縮天然氣加氣站的安全設計    黃鄭華,李建華,張良

東北地區(qū)的壓縮天然氣加氣站常出現(xiàn)的問題    趙繼紅;

CNG加氣站與民用建筑防火間距的量化分析    趙偉剛;

注重CNG汽車加氣站設計細節(jié)盡可能減少先天性隱患    朱勇敏;

CNG加氣站設計中的幾個問題    周曉楓;王強;

中國天然氣汽車加氣站走進新的發(fā)展春天    饒川;

淺談CNG加氣站設計及管理過程中的安全問題    劉震華;王強;

CNG加氣機配置量的分析    汪軍民;楊慧;

CNG加氣站兩種不同工藝流程設計的比較    劉震華;王明甫;

車用CNG技術的安全性分析    王彥歌;李宏生;

淺談CNG汽車發(fā)展趨勢    馬艷艷;

我市首座天然氣加氣站建成    記者羅虎

規(guī)劃新建18座天然氣加氣站    董超　王淑君

海上液化天然氣加氣站應當合理布局    記者 羅兵

巴州建液化天然氣加氣站    記者 關麗瓊　通訊員 王仁和 馬冬梅

11座天然氣加氣站選址初定    記者 王朝暉

太原首座天然氣加氣站竣工投產    任曉明

哈市今年新建10座汽車天然氣加氣站    記者 王方遒

禾城首座天然氣加氣站竣工    記者 徐行翔

陜西啟動“氣化陜西”工程    儲國強　劉彤

沂源即將建成首座天然氣加氣站    薛燕　姜海鵬 宮艷斌

復合型壓縮天然氣加氣站供應模式研究    韓金麗

海南CNG汽車工程項目規(guī)劃與實施管理研究    夏雨

電控汽油/CNG兩用燃料發(fā)動機故障模擬試驗及診斷研究    袁華智

基于模型的壓縮天然氣發(fā)動機電控關鍵技術研究    袁榮棣

基于GIS的特殊建設項目交通影響分析系統(tǒng)研究    杜文煥

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北京公交CNG加氣站火災爆炸模糊綜合評價方法研究    王希

CNG加氣站建設類型分析與優(yōu)化    劉璐

CNG加氣站儲氣罐安全評價方法研究    楊曉欣

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青島新奧燃氣CNG加氣站安全評價研究    劉婕

基于ARM的CNG加氣站安全監(jiān)管系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)    王志亮

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