第1章緒論001
1.1引言001
1.2國內外研究現狀及總結002
1.2.1天然氣管網優化方法研究現狀002
1.2.2天然氣管道風險評價方法研究現狀004
1.2.3天然氣管道布局優化方法研究現狀009
1.2.4國內外研究現狀總結013
1.3本書的主要內容014

第2章天然氣管網失效概率超前預測016
2.1失效概率計算016
2.1.1失效因素的專家評價016
2.1.2失效故障樹計算步驟021
2.2失效概率預測模型022
2.2.1RBF神經網絡輸入變量的確定022
2.2.2RBF神經網絡的建立025
2.2.3網絡參數的選擇026
2.3預測模型驗證028
2.4本章小結029

第3章天然氣管網風險損失超前預測031
3.1失效後果經濟損失分析032
3.1.1失效後果經濟損失計算032
3.1.2基於熵權法的土壤腐蝕等級036
3.1.3失效後果經濟損失模糊計算模型038
3.2管道失效的腐蝕因素分析040
3.2.1土壤腐蝕成分與失效後果相關性分析040
3.2.2自變量組合分析042
3.3失效後果模糊預測模型043
3.3.1擬合與回歸分析045
3.3.2神經網絡分區預測模型的設計與訓練046
3.3.3預測模型的對比驗證051
3.3.4風險損失成本模糊計算預測模型054
3.4針對性失效後果精確預測方法055
3.4.1定義背景055
3.4.2核心步驟056
3.4.3關鍵技術057
3.4.4可行性分析058
3.5本章小結060

第4章最小化風險損失的布局優化方法062
4.1基於風險最小化的管網布局優化模型062
4.1.1管網布局優化的物理模型063
4.1.2枝狀管網布局優化數學模型064
4.1.3環狀管網布局優化數學模型065
4.2枝狀管網布局優化算法069
4.2.1最小生成樹069
4.2.2算法選取071
4.2.3算法實現072
4.3環狀管網布局優化算法073
4.3.1ACO算法073
4.3.2GA的組合優選075
4.3.3路徑數的確定075
4.4基於風險損失最小化的布局優化方法076
4.4.1布局優化方法076
4.4.2關鍵環節077
4.5本章小結078

第5章風損最小優化布局的驗證方法080
5.1驗證方法080
5.1.1對比驗證080
5.1.2驗證流程081
5.2天然氣管網參數優化082
5.2.1參數優化基本概念082
5.2.2參數優化數模085
5.2.3遺傳算法設計088
5.3天然氣管網參數優化實例092
5.3.1實例簡介092
5.3.2環狀管網布局優化數模095
5.3.3環狀管網布局優化結果095
5.4優化布局的驗證097
5.4.1環狀管網參數優化數模097
5.4.2參數優化結果098
5.4.3傳統風險損失成本100
5.4.4對比分析104
5.5本章小結105

第6章工程實例應用106
6.1實例概況106
6.1.1失效因素的模糊評分106
6.1.2土壤條件108
6.2風險損失成本的預測109
6.3布局優化110
6.3.1風險損失成本最小布局110
6.3.2路徑最短布局110
6.4優化布局的驗證111
6.4.1枝狀管網參數優化數模111
6.4.2參數優化結果112
6.4.3傳統風險損失成本114
6.4.4結果對比分析117
6.5本章小結118

第7章結論119

附錄A城市天然氣管網失效故障樹模型122
附錄B非線性擬合散點圖及擬合效果圖130
附錄C逐步回歸分析步驟說明135
附錄D基於熵權法的土壤腐蝕等級計算程序138
附錄E組合優選與路徑數確定程序141

參考文獻144

隨著天然氣能源地位的逐年提升，城市天然氣已逐步取代石油和煤氣等能源，成為城市能源供應的主要類型，城市天然氣管網繫統也發展為城市主要的基礎設施之一。同時，生態環保一直是油氣行業高度重視的問題，建設“能源開發與生態環境和諧共生”的綠色管道工程已成為油氣行業的核心理念。具有易燃易爆特性的城市天然氣管網通常敷設於人群較為集中的中心城區，或有重要公共建築及基礎設施的地段，因此其洩漏引起的火災或爆炸事故導致的直接和間接經濟損失極其巨大，包括人員、公共財產安全與環境污染等方面。目前，城市天然氣管網布局規劃主要依據實地勘察的管道可敷設路線，結合設計人員主觀意識予以確定；在理論研究方面主要包括以管長最短為優化目標的枝狀管網布局優化，和以管長與供應可靠度為多優化目標的環狀管網布局優化，但並未出現在布局規劃階段最小化運行期風險損失的布局優化研究。另外，各種風險評價方法體繫的研究均是基於已建管網，並非針對擬建管網的布局規劃階段。例如管道完整性管理是針對已敷設管網運行期風險評價最有效的理論支撐，卻因無法在管網布局規劃階段加以實施，表現出“滯後”難題。為在規劃階段實現最小化風險損失成本的目的，筆者提出了失效風險（風損）超前預測模型及其對應的布局優化應用方法，為本領域或其他領域在建設前期的規劃設計階段研究運行期風險損失提供可行的解決思路和方法理論支撐。
《天然氣管道失效風險超前預測及布局優化》內容主要包括：第1章分析常規優化、布局優化、風險損失和土壤腐蝕的研究現狀以及存在的問題，進而闡述本書的研究背景和意義，並概述本書的研究內容和研究方法，同時對本書結構思路進行概述； 第2章運用天然氣管網的風險因素與故障樹分析技術對管網失效概率進行分析，構建天然氣管網失效概率超前預測模型；第3章基於選定的5個土壤腐蝕成分，應用統計學理論，分析其與失效後果經濟損失之間的相關性，確定自變量的組合優化，建立天然氣管網失效後果模糊模型及針對性超前預測方法；第4章基於失效概率和失效後果模糊預測模型確定的風險損失模糊預測模型，建立布局優化應用方法；第5章分析現有的對比驗證方法，提出基於天然氣管網參數優化理論和風險評價技術的驗證方法。第6章應用中壓枝狀管網實例，演示本書提出的新布局優化方法的完整計算步驟；第7章對本書內容進行了總結。
本書的第1章、第3～7章由安金鈺編寫，第2章由張祖敬編寫，全書由安金鈺統稿。本書的編寫得到了許多同行的大力支持，在此深表感謝。同時，對參考資料原著作者及對本書編寫提供幫助的同事表示真心感謝。
本書的研究工作得到了貴州省科技計劃項目（黔科合基礎-ZK\\[2022\\]一般032）“預埋天然氣鋼管在貴州土壤環境中的點蝕穿孔特性研究”的資助，在此表示衷心感謝。
由於筆者水平有限，書中難免會有疏漏不妥之處，敬請各位專家批評指正。

安金鈺
2023年3月