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【摘 要】 本文主要从燃气管网系统工期可靠性评价的必要性出发，对于管网供气的可靠度进行了评价分析。
【关键词】 燃气管网系统;供气;可靠性;评价
随着我国社会经济的快速发展和现代技术的不断进步，“西气东输”、“川气东输”工程已完成，燃气输配系统建设不断，取得很大的成绩，但是当下我国燃气输配系统还存在一些问题：天然气供不应求。随着我国城市化建设进程的不断深入，多个行业和人们生活对天然气的需求越来越大，整体来说当下开采出的天然气不能满足人们的需求。燃气输配系统需进一步完善。目前我国主要城市或城市中心燃气管道形成一定规模，但城市周边地区或农村还未完全建成，制约供气能力及可靠性。
一、燃气管网系统供气可靠性评价的必要性
燃气输配系统是由大量的管道、阀门及有关附属设备、部件构成的管网系统。为保证安全供气，管网系统一般建成环状，以便在管网个别部位发生故障需从系统隔离时，管网仍具有一定的供气能力。管网在建成后需经过强度和气密性试验，并按国家标准验收合格才能投人运行，此时，管网具有很好的完整性，可以按设计规定的压力等级和供气量工作。随着运行时间的持续，管网部件本身及施工的某些缺陷会暴露出来，局部管网或将被从系统中隔离开来，此时管网的供气会受到一定程度的影响。在损坏部件经修复、故障被排除后，管网又恢复到完整的状态[1]。可见管网系统是一种可修复的系统，并且是一种在个别管段或部件发生故障时系统仍有一定供气代偿能力的复杂系统，对这种系统需要研究其可靠性问题。对燃气输配管网系统的可靠性评价，目的在于对已设计或建造的管网系统从其构成的部件和构成型式出发，由故障发生概率（和维修发生概率）计算出系统的故障或完好状态的概率，从而得出对管网系统工作能力可靠程度的评价。由这种评价结果可以引导改善设计或改进已建成的系统。
二、管网供气可靠度
燃气管网在运行中随时有可能因管段（或阀门等部件）发生故障使系统的完整性状态发生变化。燃气输配管网的状态变化可以看为齐次马尔柯夫过程。对燃气管网各管段的状态，用状态函数表示。管段的状态完好时其状态函数Xj=1;管段故障时，其状态函数Xj=0。可见此处状态函数是二值函数。全体管段的状态函数构成表明管网完整性的状态向量。
（1）
式中：X——管网状态向量
Xj——管段状态函数
N——管段及阀门数，即系统的故障模式数
j——管段及閥门编号，即系统的故障模式号，j=1，2，…，n
随Xj取值不同，X即有相应的取值，即管网有不同的状态。我们采用假定：在某一时刻，管网处于最多只发生一根管段或一个阀门故障的模式，则管网将有n+1种状态，即：
表示全体管段（或阀门）都正常，X1=[0，1，…，l，1]T表示第l号管段（或阀门）发生故障。Xn=[1，1，…，1，0]T表示第n号管段（或阀门）发生故障。
燃气管网状态保持完整状态的概率P0=P{X=Xo}，第管段或阀门故障状态的概率Pj=P{X=Xj}j=1，2，…，n。
状态转移的概率，可按齐次马尔柯夫过程推导。系统处于完整状态的概率：
（2）
式中：P0——系统处于完整状态的概率
λj——第j管段（或阀门）故障率，即第j种故障模式的故障率，1/a
μ——维修率
t——管网投产（或大修后）开始运行的时间，a
故障率定义为在单位时间（例如1a）内，发生故障的元件数与当时完好的元件数的比率。维修率定义为在单位时间（例如1a）内，修复的故障元件数与当时故障的元件数的比率。系统处于j状态的概率：
（3）
式中：Pj——系统处于j状态的概率
燃气管网供气能力与管网的完整性状态有关。无故障的管网具有的供气能力称为正常供气量q0t，而在故障状态j，管网会失去一定量供气能力，即减供量△qjt，只保持部分供气能力，即故障供气量qjt。对一个管网，由于其状态处在随机过程中，其预期的供气能力与它们可能有的状态的概率有关。为对其进行合理的估计，可以采用下列概率加权关系，即管网供气能力的概率估计，称为概率供气量。
（4）
式中：qt——管网的概率供气量，m3/h
q0t——无故障的管网的正常供气量，m3/h
qjt——故障供气量，m3/h
（5）（6）
式中：△qjt——管网减供量，m3/h
将式（5）、（6）代入式（4），有：
（7）
定义管网的概率供气量与正常供气量之比为管网供气可靠度，即：
（8）
式中：R（t）——管网供气可靠度将式（7）代入式（8），有：
（9）
在本定义中有关量都是时间的函数，即定义的管网供气可靠度是因时而变的。这在逻辑上是合理的。有必要限定将定义固定在设计工况下，即q0t采用管网设计的额定供气量q0。△qjt也按相对于额定供气量q0。在管网第j种故障模式下减少供气的减供量△qj确定。即设计的额定供气量q0。与故障模式下减少供气的减供量△qj都与时间无关，以及将故障模式区分为管段故障模式及阀门故障模式：
n=M+V（10）
式中：M——管段数，即管段故障模式数
V——阀门数，即阀门故障模式数
因此式（9）改写为：
（11）
式中：q0——管网设计的额定供气量，m3/h
△qj——相对于额定供气量q0，在管网第j种故障模式下的减供量，m3/h
将式（3）代人式（11），有： （12）
对于管段，有：
对于阀门，有：
式中：——管段的单位长度故障率，1/（km·a）
——第j管段的长度，km
——阀门故障模式的故障率，1/a
将管段与阀门分别考虑，由式（12）得：
（13）
由燃气管网供气可靠度公式可以看到，R（t）与管网故障模式下减少的供气量有关系;与管网管段、阀门等部件的故障率、维修恢复能力的维修率有直接关系。这表明提高供气可靠度有赖于合理的设计管网和配置阀门等部件。因此也引申出一项工作，即是需要在设计中进行燃气管网供气可靠性的评价和计算。从R（t）计算式可以看到，R（t）与所采用的t有关，这表明采用较短的管网大修更新周期，有利于提高管网的供气可靠性。燃气管网供气可靠度的计算，按现有文献，例如，需对管网所有可能的故障模式（M+V种），计算出相应每一种故障模式下的减少供气量△qj，再按式（12）进行计算。显然，用这种逐一故障模式计算的方法，对实际管网因工作量太大而无法使用。
三、加强燃气管网系统供气可靠性的具体措施
1、加强地区合作，增加气源
为了解决天然气供不应求的难题，首先要增加天然气供应来源，提高天然气的供应量。一方面，国家或地方政府加大对天然气开发和利用的资金、技术投入，积极引起国外先进的天然气勘测设备和技术，加大对中西部地区天然气的进一步开发利用，且要进行海上开采技术创新，提高南海等海上天然气的利用率，从源头上增加天然气供应量，然后通过燃气输配系统合理配置天然气资源，提高天然气的利用效率。另一方面，各地区通力合作，增加气源，为提高燃气输配系统供气能力和可靠性提供物质基础[2]。
2、加大天然气输气管道建设，并合理布设管理
在有了充足的气源后，就要建设燃气输配系统，对天然气进行运输和供应，保证供气的可靠性和安全性。目前我国燃气设配系统已初步构建，但还需进一步完善，要以中心城区为核心，周边地区为两翼，构建全城环网输配供气系统，且加强各区域的管网连接。同时要加强燃气输配系统维护管理，保证供气稳定性和可靠性，主要表现为以下几点：
2.1按照上游供气规律和下游用气规律，合理进行天然气调度，同时坚持“高峰补气、低峰储气”原则，引导用户合理用气，保证燃气输配系统供气能力和可靠性[3];
2.2加强燃气输配管道运行维护管理，保证管道安全生产，提高输配管道运输能力，同时要做好预防及应急方案，防范于未然;
2.3输气管道的改造一般要在净化厂中完成;
2.4实行24小时调度值班制度，严格按照标准搜集和利用天然气的稳定、气压等数据，为天然气调度提供重要依据。
3、加强天然气储备和调峰
3.1做好天然气储备工作。积极学习并应用国外的先进技术，加大大型燃气球罐等重要设备的研发和利用，同时研究管网、LNC、地下储气库等储备天然气设备，提高天然气的储备能力，有效的解决天然气的供需矛盾，满足不同用户的不同需求。
3.2做好调峰工作。加大调峰设施建设，根据实际情况合理布置调峰设施（如地下储气库、LNC气化站等），同时充分利用末端管道储气技术、储气罐技术和现代计算机技术，构建燃气输配管网调峰过程动态模拟系统，对管网进行在线动态监测分析和仿真模拟，对管网中结构、管径、储备天然气方式等进行优化配置和调整，使管网运行参数最优，提高储气调峰的科学性和可靠性。总之，做好天然气储备和调峰工作，既能在日常生活中为用户源源不断的供应天然气，而且能在意外情况下正常供应天然气，切实提高天然气的供应能力和可靠性。
四、结束语
综上所述，燃气管网系统对于天然气的输配有着重要的作用，所以燃气管网系统供气的可靠性就是我们关注的重中之重，只有管网供气的可靠度得到有效保障，才能更好的促进燃气管网的正常运行，从而促进我国经济的进一步发展。
参考文献：
[1]苗金明.燃气管网系统供气可靠性评价方法研究[J].北京劳动保障职业学院学报，2013，04：47-51.
[2]王蕾，李帆.城市燃气输配管网的可靠性评价[J].煤气与热力，2005，04：5-8.
[3]徐松强.城市燃气中壓管网调峰能力测试的探讨[J].煤气与热力，2012，03：31-36.
【关键词】 燃气管网系统;供气;可靠性;评价
随着我国社会经济的快速发展和现代技术的不断进步，“西气东输”、“川气东输”工程已完成，燃气输配系统建设不断，取得很大的成绩，但是当下我国燃气输配系统还存在一些问题：天然气供不应求。随着我国城市化建设进程的不断深入，多个行业和人们生活对天然气的需求越来越大，整体来说当下开采出的天然气不能满足人们的需求。燃气输配系统需进一步完善。目前我国主要城市或城市中心燃气管道形成一定规模，但城市周边地区或农村还未完全建成，制约供气能力及可靠性。
一、燃气管网系统供气可靠性评价的必要性
燃气输配系统是由大量的管道、阀门及有关附属设备、部件构成的管网系统。为保证安全供气，管网系统一般建成环状，以便在管网个别部位发生故障需从系统隔离时，管网仍具有一定的供气能力。管网在建成后需经过强度和气密性试验，并按国家标准验收合格才能投人运行，此时，管网具有很好的完整性，可以按设计规定的压力等级和供气量工作。随着运行时间的持续，管网部件本身及施工的某些缺陷会暴露出来，局部管网或将被从系统中隔离开来，此时管网的供气会受到一定程度的影响。在损坏部件经修复、故障被排除后，管网又恢复到完整的状态[1]。可见管网系统是一种可修复的系统，并且是一种在个别管段或部件发生故障时系统仍有一定供气代偿能力的复杂系统，对这种系统需要研究其可靠性问题。对燃气输配管网系统的可靠性评价，目的在于对已设计或建造的管网系统从其构成的部件和构成型式出发，由故障发生概率（和维修发生概率）计算出系统的故障或完好状态的概率，从而得出对管网系统工作能力可靠程度的评价。由这种评价结果可以引导改善设计或改进已建成的系统。
二、管网供气可靠度
燃气管网在运行中随时有可能因管段（或阀门等部件）发生故障使系统的完整性状态发生变化。燃气输配管网的状态变化可以看为齐次马尔柯夫过程。对燃气管网各管段的状态，用状态函数表示。管段的状态完好时其状态函数Xj=1;管段故障时，其状态函数Xj=0。可见此处状态函数是二值函数。全体管段的状态函数构成表明管网完整性的状态向量。
（1）
式中：X——管网状态向量
Xj——管段状态函数
N——管段及阀门数，即系统的故障模式数
j——管段及閥门编号，即系统的故障模式号，j=1，2，…，n
随Xj取值不同，X即有相应的取值，即管网有不同的状态。我们采用假定：在某一时刻，管网处于最多只发生一根管段或一个阀门故障的模式，则管网将有n+1种状态，即：
表示全体管段（或阀门）都正常，X1=[0，1，…，l，1]T表示第l号管段（或阀门）发生故障。Xn=[1，1，…，1，0]T表示第n号管段（或阀门）发生故障。
燃气管网状态保持完整状态的概率P0=P{X=Xo}，第管段或阀门故障状态的概率Pj=P{X=Xj}j=1，2，…，n。
状态转移的概率，可按齐次马尔柯夫过程推导。系统处于完整状态的概率：
（2）
式中：P0——系统处于完整状态的概率
λj——第j管段（或阀门）故障率，即第j种故障模式的故障率，1/a
μ——维修率
t——管网投产（或大修后）开始运行的时间，a
故障率定义为在单位时间（例如1a）内，发生故障的元件数与当时完好的元件数的比率。维修率定义为在单位时间（例如1a）内，修复的故障元件数与当时故障的元件数的比率。系统处于j状态的概率：
（3）
式中：Pj——系统处于j状态的概率
燃气管网供气能力与管网的完整性状态有关。无故障的管网具有的供气能力称为正常供气量q0t，而在故障状态j，管网会失去一定量供气能力，即减供量△qjt，只保持部分供气能力，即故障供气量qjt。对一个管网，由于其状态处在随机过程中，其预期的供气能力与它们可能有的状态的概率有关。为对其进行合理的估计，可以采用下列概率加权关系，即管网供气能力的概率估计，称为概率供气量。
（4）
式中：qt——管网的概率供气量，m3/h
q0t——无故障的管网的正常供气量，m3/h
qjt——故障供气量，m3/h
（5）（6）
式中：△qjt——管网减供量，m3/h
将式（5）、（6）代入式（4），有：
（7）
定义管网的概率供气量与正常供气量之比为管网供气可靠度，即：
（8）
式中：R（t）——管网供气可靠度将式（7）代入式（8），有：
（9）
在本定义中有关量都是时间的函数，即定义的管网供气可靠度是因时而变的。这在逻辑上是合理的。有必要限定将定义固定在设计工况下，即q0t采用管网设计的额定供气量q0。△qjt也按相对于额定供气量q0。在管网第j种故障模式下减少供气的减供量△qj确定。即设计的额定供气量q0。与故障模式下减少供气的减供量△qj都与时间无关，以及将故障模式区分为管段故障模式及阀门故障模式：
n=M+V（10）
式中：M——管段数，即管段故障模式数
V——阀门数，即阀门故障模式数
因此式（9）改写为：
（11）
式中：q0——管网设计的额定供气量，m3/h
△qj——相对于额定供气量q0，在管网第j种故障模式下的减供量，m3/h
将式（3）代人式（11），有： （12）
对于管段，有：
对于阀门，有：
式中：——管段的单位长度故障率，1/（km·a）
——第j管段的长度，km
——阀门故障模式的故障率，1/a
将管段与阀门分别考虑，由式（12）得：
（13）
由燃气管网供气可靠度公式可以看到，R（t）与管网故障模式下减少的供气量有关系;与管网管段、阀门等部件的故障率、维修恢复能力的维修率有直接关系。这表明提高供气可靠度有赖于合理的设计管网和配置阀门等部件。因此也引申出一项工作，即是需要在设计中进行燃气管网供气可靠性的评价和计算。从R（t）计算式可以看到，R（t）与所采用的t有关，这表明采用较短的管网大修更新周期，有利于提高管网的供气可靠性。燃气管网供气可靠度的计算，按现有文献，例如，需对管网所有可能的故障模式（M+V种），计算出相应每一种故障模式下的减少供气量△qj，再按式（12）进行计算。显然，用这种逐一故障模式计算的方法，对实际管网因工作量太大而无法使用。
三、加强燃气管网系统供气可靠性的具体措施
1、加强地区合作，增加气源
为了解决天然气供不应求的难题，首先要增加天然气供应来源，提高天然气的供应量。一方面，国家或地方政府加大对天然气开发和利用的资金、技术投入，积极引起国外先进的天然气勘测设备和技术，加大对中西部地区天然气的进一步开发利用，且要进行海上开采技术创新，提高南海等海上天然气的利用率，从源头上增加天然气供应量，然后通过燃气输配系统合理配置天然气资源，提高天然气的利用效率。另一方面，各地区通力合作，增加气源，为提高燃气输配系统供气能力和可靠性提供物质基础[2]。
2、加大天然气输气管道建设，并合理布设管理
在有了充足的气源后，就要建设燃气输配系统，对天然气进行运输和供应，保证供气的可靠性和安全性。目前我国燃气设配系统已初步构建，但还需进一步完善，要以中心城区为核心，周边地区为两翼，构建全城环网输配供气系统，且加强各区域的管网连接。同时要加强燃气输配系统维护管理，保证供气稳定性和可靠性，主要表现为以下几点：
2.1按照上游供气规律和下游用气规律，合理进行天然气调度，同时坚持“高峰补气、低峰储气”原则，引导用户合理用气，保证燃气输配系统供气能力和可靠性[3];
2.2加强燃气输配管道运行维护管理，保证管道安全生产，提高输配管道运输能力，同时要做好预防及应急方案，防范于未然;
2.3输气管道的改造一般要在净化厂中完成;
2.4实行24小时调度值班制度，严格按照标准搜集和利用天然气的稳定、气压等数据，为天然气调度提供重要依据。
3、加强天然气储备和调峰
3.1做好天然气储备工作。积极学习并应用国外的先进技术，加大大型燃气球罐等重要设备的研发和利用，同时研究管网、LNC、地下储气库等储备天然气设备，提高天然气的储备能力，有效的解决天然气的供需矛盾，满足不同用户的不同需求。
3.2做好调峰工作。加大调峰设施建设，根据实际情况合理布置调峰设施（如地下储气库、LNC气化站等），同时充分利用末端管道储气技术、储气罐技术和现代计算机技术，构建燃气输配管网调峰过程动态模拟系统，对管网进行在线动态监测分析和仿真模拟，对管网中结构、管径、储备天然气方式等进行优化配置和调整，使管网运行参数最优，提高储气调峰的科学性和可靠性。总之，做好天然气储备和调峰工作，既能在日常生活中为用户源源不断的供应天然气，而且能在意外情况下正常供应天然气，切实提高天然气的供应能力和可靠性。
四、结束语
综上所述，燃气管网系统对于天然气的输配有着重要的作用，所以燃气管网系统供气的可靠性就是我们关注的重中之重，只有管网供气的可靠度得到有效保障，才能更好的促进燃气管网的正常运行，从而促进我国经济的进一步发展。
参考文献：
[1]苗金明.燃气管网系统供气可靠性评价方法研究[J].北京劳动保障职业学院学报，2013，04：47-51.
[2]王蕾，李帆.城市燃气输配管网的可靠性评价[J].煤气与热力，2005，04：5-8.
[3]徐松强.城市燃气中壓管网调峰能力测试的探讨[J].煤气与热力，2012，03：31-36.