天然气作为目前最清洁的高效矿物能源之一,已成为当前世界能源结构优化的重要发展目标。管道输送是陆上天然气长距离运输的主要形式,在国民经济发展中发挥着重大作用。然而,管道输送过程中会发生管道摩擦损失、沿途控制元件损失、转弯损失等,能耗巨大。为降低天然气管道输送过程中的能耗,分别采用化工过程流程模拟软件Aspen Plus和HYSYS建立天然气长输管网的严格模拟模型。针对Aspen Plus与HYSYS在优化天然气管网的局限性,提出将其与跨学科多目标优化软件Isight进行集成,在此基础上建立了天然气长输管网的模拟与优化模型,利用所建立的模型对天然气管网进行优化。本文的主要工作内容如下:(1)建立严格的天然气管网模拟模型并验证了模型的可行性,模型采用BWRS热力学方法,并考虑压缩机站天然气消耗对管网的影响,分别使用Calculator模块、Adjust模块计算调节进入压缩机气体量。以压缩机站能耗最低为目标函数,以节点流量、压缩机转速为操作变量,以压缩机特性参数、各节点流量、压力、管道的压力限制等为约束条件,建立起天然气管网优化数学模型。(2)实现Aspen与Isight以两种不同方式的集成,并在集成的基础上建立起天然气长输管网的模拟与优化模型。利用模型对天然气管网进行操作参数的优化,分别采用不同算法、不同的压降计算方法得到了各最优管网运行方案,比较不同集成方法优化结果,降低了天然气管网的能耗,验证了所提出方法的可行性。(3)优化结果表明:不同算法所得到的优化方案基本相同,SQP算法运算速度快,结果更优;Aspen Plus与HYSYS优化结果对简单管网基本一致,循环管网相差较大。简单管网燃气消耗速率为5.78 kg/s,与文献值相比,消耗速率降低24.54%,燃料消耗占总输气量的0.96%,与国内平均水平相比,降低了36%。相对于不考虑天然气消耗的管网,该优化方案使得能耗降低2120 kW,燃料消耗速率降低2.2%。循环管网燃气消耗速率为7.33 kg/s,占总输气量的1.2%。相对于不考虑天然气消耗的优化方案,考虑天然气消耗的管网能耗降低了1772.6 kW,燃料消耗速率降低4.8%。本文所提出的Aspen与Isight软件集成方法可应用于其它化工过程的模拟与优化,具有重要的实用价值。