高压输气管道仿真系统的开发
天然气输气管线清管通球计算机仿真系统的设计与实现
3作者简介见本刊1997年第2期。
天然气输气管线清管通球计算机仿真系统的设计与实现李天太3 方 明 杨军全(西安石油学院) 刘向东 张振文 单吉全(长庆石油勘探局采气厂) 李天太等.天然气输气管线清管通球计算机仿真系统的设计与实现.天然气工业,1998;18(3):69～72摘 要 由于天然气输气管线埋在地下,在通球清管过程中,球的运行情况不能直接观察,管线入口和出口压力在球运行过程中的变化也不能提前预测,也难准确控制进气量,使球能以1m/s 的速度到达出口,为此进行了天然气输气管线清管通球计算机仿真系统的设计与实现的研制。
该仿真系统是在深入分析和研究天然气输气管线清管通球运行规律的影响因素的基础上,以数据库管理、计算机仿真技术和人工智能等新技术为主要工具来开发的。
着重介绍了该仿真系统的总体结构与功能设计,软件编程与调试。
该仿真系统能真实仿真清管球在管线内运行,通过对靖边—榆林输气管线多次清管通球的运行过程实际模拟,其符合率在93%以上。
主题词 天然气 输气管道 清管 设备 数学模拟 计算机应用 随着陕北大气田勘探开发的进一步深入和发展,气田开发工作已经全面展开,气井与气井之间,气井与联合站之间,联合站与用户之间的输气管线也已经全面建设。
这些输气管线的正常运行是大气田正常生产的重要影响因素之一。
输气生产一段时间以后,管内将会积存一些液体和固体杂质,这会影响输气生产的正常运行,所以必须定时进行通球清管。
在通球清管过程中,由于管线埋在地下,球的运行情况(如速度、距离、位置、球是否完好等)不能直接观察到,管线入口和出口的压力在球运行过程中的变化也不能提前预测,而且也难以准确控制进气量的变化,以使球能以1m/s 的速度到达出口。
这些问题都是通球清管过程中必须解决的基本问题。
为此,我们进行天然气输气管线清管通球计算机仿真通用系统的研究和开发。
该系统在深入分析和研究天然气输气管线清管通球运行规律及其影响因素的基础上,建立清管通球运行规律的有关数学模型,完成系统总体结构、功能设计及系统数据管理子系统和清管通球运行仿真子系统的软件编程和调试,使该系统能真实仿真球在管线内的运行情况。
管网仿真技术在燃气中的应用分析
管网仿真技术在燃气中的应用分析发布时间：2021-11-08T03:42:58.508Z 来源：《防护工程》2021年22期作者：袁武李文涛陈锐[导读] 将历史经验和智能分析相结合，实现更智慧的决策，切实提升管网安全运行管理水平。
成都华润燃气设计有限公司四川成都 610045摘要：管网仿真技术是燃气管网建设中的一个重要环节，是提升燃气管网安全运营的重要辅助手段。
近十年来，仿真预测技术得到了充分应用和长足发展，无论在硬件发展还是软件实力上已成为行业的领头羊。
同时，管网仿真技术是实现燃气生产运营的重要技术支撑。
文章在简要介绍推进管网仿真系统建设必要性和系统基本功能的基础上，详细介绍了管网仿真系统在管网运行中的应用，最后提出了系统应用发展的方向和系统实施过程中应注意的事项。
关键词：管网仿真系统；天然气；应用引言随着我国燃气事业的发展和人民生活水平的提高，天然气需求逐年递增，而燃气管网已成为城市能源运行的生命线，牵一发而动全身，关系着万千百姓和整个城市的安全。
随着用气需求迅速飙升，管网规模急速扩充、气源通道逐渐增加、用户类型日趋多样等发展趋势将引发气源置换、管网合理布局、气源分配优化等一系列新兴课题，而所有课题面临的任务均指向“安全运行”这一灵魂，再有经验的管理人员也不可能通过历史经验解决未来所面对的所有问题，唯有依托生产信息化技术手段和全面、完备的管网数据积累，将历史经验和智能分析相结合，实现更智慧的决策，切实提升管网安全运行管理水平。
1 推进管网仿真系统建设的必要性随着燃气管网规模继续扩大、天然气用量继续上涨，对各类信息化系统的要求不断提高。
为更好地掌握用户用气规律，了解其使用需求，为仿真预测系统提供更多的数据支持，提高管网管理、用气计划管理水平。
据不完全统计，目前我国逾20个省、自治区、直辖市成立了省级天然气管网公司，按照“管住中间、放开两头”的管网运营机制改革总体思路，加强管网互联互通，各省天然气一张网的输配格局正在形成。
基于特高压仿真系统的项目开发与实施
案例三：智能电网的优化调度
总结词
利用特高压仿真系统对智能电网进行优化调度，提高电网运行效率和经济性。
详细描述
通过模拟智能电网的运行过程，分析电网中各节点的供需关系和能源分布情况。优化调度方案，合理 分配能源资源，降低运行成本。预测电网负荷变化趋势，为决策者提供数据支持，确保电网安全、经 济、高效运行。
总结词
随着计算机技术和仿真算法的不断发展 ，特高压仿真系统的精度和实时性不断 提升。
VS
详细描述
近年来，特高压仿真系统的技术发展迅速 ，不断涌现出新的仿真算法和计算技术。 这些新技术提高了仿真系统的精度和实时 性，使得仿真结果更加接近真实情况。同 时，随着云计算和大数据技术的广泛应用 ，特高压仿真系统正朝着智能化、协同化 和云化的方向发展。
05
基于特高压仿真系统的项目开 发与实施中的挑战与解决方案
技术挑战与解决方案
技术挑战
特高压仿真系统技术复杂，涉及大量高精度 计算和实时模拟，对软硬件要求极高。
解决方案
采用高性能计算机和专用仿真软件，优化算 法和模型，提高仿真精度和实时性。加强技 术研发和人才培养，提升自主创新能力。
管理挑战与解决方案
特高压是指电压等级在交流1000千伏、直流±800千伏及以 上的电压，具有输送容量大、距离远、效率高等特点。
详细描述
特高压作为现代电力系统的重要标志，具有明显的技术和经 济优势。相对于传统的超高压输电，特高压能够实现更大规 模的电力输送，有效解决能源分布不均和区域经济发展不平 衡的问题。
特高压仿真系统的应用领域
界面需求分析
根据用户使用习惯和操作习惯，设计友好、直观的界面，提高用户体 验。
系统架构与模块设计
系统架构设计
管网仿真系统技术方案
管网仿真系统技术方案天然气管网运营公司在日常的生产调度管理过程中，越来越深刻地意识到管网运行安全和用户用气量预测的重要性。
他们希望有一种软件可以完全准确地模拟管网实际的运行状态，使操作员不仅可以得到SCADA实时数据还可以通过模拟软件知道实时数据的正确性。
在进一步的使用过程中，调度人员还希望这种仿真软件能够对管网未来的状态进行预测，以使操作员提前了解管网的运行，制定调度计划或避免故障发生。
针对天然气管网的实际情况我们选择了GL公司的管网仿真软件。
GL公司的软件可以提供综合有效的管网模拟软件系统，客户可以根据不同的要求选择不同的模块，模拟软件具有可扩展能力，能够适应管线未来的项目扩展。
GL公司的SPS可以实现管网的离线和在线仿真，Forecast可以进行管网的负荷预测。
一、SPSSPS软件家族包括管道的实时在线仿真（Statefinder）、泄露检测（Leakfinder）、实时状态预测（Predictor）、操作员培训系统（Trainer）和离线仿真（Simulator）5个软件。
其中Statefinder、Leakfinder和Predictor是SPS软件中的在线产品，它们的运行需要SCADA系统实时数据的支持，能够实时动态的模拟管网的运行状态。
Leakfinder可以在管网实时运行中进行泄漏检测，而Predictor则可以对动态管网的未来运行状态进行预测。
Trainer用于培训管网系统操作人员，它可以模拟真实的SCADA系统运行状态，使操作员在模拟的环境下学习如何操作管理管网系统。
Simulator是其它四个软件模块的基础，用于管道离线仿真、管道设计、管道运行能力的估算等。
众所周知，SPS/仿真器拥有精确模拟管道设备中流体液力学和全部控制系统性能（非理想化）的手段，它所提供的仿真精度是任何其它软件所不能比拟的。
SPS拥有的强大的二次开发能力，是其他同等软件所不具备的。
它提供的ADL开发环境使得在不改变基本的核心仿真软件的前提下，可以设置与基本仿真同时运行的应用，或者控制仿真过程。
复杂系统建模与仿真——以天然气输送管道为例
复杂系统建模与仿真——以天然气输送管道为例天然气输送管道是现代社会能源供应的主要途径之一，其运行涉及到复杂的物理、化学、机械和控制问题。
为了保证天然气输送管道的安全和可靠性，需要对其进行建模和仿真分析。
本文将从天然气输送管道的特点入手，介绍复杂系统建模和仿真的相关方法，并结合具体案例进行讲解。
一、天然气输送管道的特点天然气输送管道的运行涉及到多个因素，诸如气流速度、温度、压力、湿度等等，这些因素在管道内发生的物理、化学和机械作用使其成为一个典型的复杂系统。
天然气输送管道还存在以下特点：1. 高压、高温、高速：输送管道内的天然气压力、温度和流速都很高，这就会导致管道的热膨胀、应力集中、材料疲劳等问题，这些问题对管道的安全和可靠性有很大的影响。
2. 长距离、大规模：天然气输送管道通常跨越多个城市、甚至多个国家，其长度和管径都非常大，这会导致输送管道的能耗、泄漏、管道损坏等问题，同时还会影响其运行的可持续性。
3. 多元化：天然气输送管道的运行还涉及到多个系统之间的耦合，例如天然气输送系统、防腐系统、安全系统等等，这些系统之间的相互作用会对天然气输送管道的整个运行过程产生影响。
二、复杂系统建模与仿真的相关方法复杂系统的建模和仿真是研究该系统行为的有效方法。
通常，我们将系统按照其组成部分分别进行建模，并利用仿真技术模拟系统在不同条件下的运行情况，以分析系统运行状态，并对系统进行优化设计。
常用的复杂系统建模和仿真方法包括：1. 数学建模：数学建模可以将系统的各个因素表示为符号、函数或方程的形式。
通过建立数学模型，可以优化系统参数，预测系统行为，分析系统的故障和瓶颈等问题。
数学建模通常包括模型选择、参数估计、模型检验等步骤。
2. 物理模拟：物理模拟是通过实验验证建立数学模型是否精确的有效方法。
通常采用实物模型或者根据系统特性建立模拟器，通过检测输出信号以及观察模型的行为方式，对数学模型进行验证，并优化其参数。
1000kV特高压变电仿真培训系统功能设计与开发
［ 关键词］ 特 高压 ； 仿真 ； 真培训 功 能 仿
［ 图分 类 号 ］ Ｔ ３９ ９ 中 Ｐ ０ ． ［ 献标识码］Ｂ 文 ［ 章 编 号 ］ １０ —９ ６ ２ ０ ） 刊 Ｉ一０ ７０ 文 ０ ６３ ８ （０ ９ 增 ０ ６ —３
建 立 一 个 与 １ ０ ｋ 实 际 变 电 站 运 行 状 况 相 同 ００Ｖ
过程全 部在 微机上 完成 。
仿 真 系统 的规 模 由几 台到 几 十 台 Ｐ Ｃ机 构 成 ，
每 台 Ｐ 除 了通 常 的 配 置 外 ， 要 配 备 声 音 输 入 ／ Ｃ 还 输
出设 备 ， 中一 台机 器作 为 仿 真 室 控 制 机 。仿 真 控 其
制 机可 控制培 训模式 ， 定各 机 的运行 方式 ， 指 既可 以 使 整个 系统各 单机 独 立 运行 ， 可 以 由多 台机 构 成 也 联合 仿真 系统 。即 特高 压 长 治 站 、 阳站 和 荆 门站 南
［ 摘
要］ 该 文介 绍 了 １ ０ ｋ ０ ０ Ｖ特 高压 变电站仿 真培 训 系统 的功 能和特 点 ， 真 系统 的设 计 思 路 。 仿
着 重 说 明 了特 高 压 变 电站 生产 过 程 仿 真 的 特 点 ， 合 自动 化 及 五 防 系统 功 能仿 真 ， 统 开 展 培 训 的 多 种 综 系 模 式 等 ， 对 该 系统 的 特 点 进 行 了 总 结 。 并
训 系统仿 真 的对象 包 括 三个 变 电站 及其 连接 电网 ，
行或 取 消操作 。对 于禁 止操 作 的命 令 ， 五 防” 统 “ 系 在告 警 窗 内显 示“ Ｘ Ｘ Ｘ操作 防误逻辑 禁止 ！信 号 。 ” 其 次 ，五 防” “ 系统采 用事件触 发方 式 ， 任何 断 在
特高压直流输电培训仿真系统的实现
ｔ ｉｉｇ ｉ ｌ ｉｎｓｓ ｍ ｄ ｈ ｌｍｅｔ ｆ ｔｅ ｙｔｍ ｕ Ｇ ａ ｇ Ｖ ｒｊｃ． ｒ ｎｎ ｍｕａ ｏ ｔ ａ ｅ ｍｐｅ ｎ ｈ ｓ ｉ Ｙ ｎ ｕ ｎ ａ ｓ ｔ ｙｅ ｎｔ ｉ ｏ ｓ ｅ ｎ ＵＨ ＤＣｐｏｅｔ
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ ｙ ｗ ｒ ： ＵＨ ＶＤ Ｃ； Ｄ ｉ ｔ ｌＳｉ ｕｌｔｏ ｇｉａ ｍ ａｉ ｎ； Ｔｒ ｉ ｎｇＥｍ ｕ ａｏｒ Ｈ Ｍ Ｉ ａｎｉ ｌｔ ；
基 金项 目： 国 家科 技 支撑 计 划特 高压 输 变 电 系 统 开发 与 示
２ 培训仿真系统主要功能
培 训仿 真系 统 的功能主 要包 括对 一 次系统 （ 一 次设 备 ，辅助 系统 ，高压 直流 联接 的 电气 特性 ）的 仿真 ，对 二次 系统 （ 极控 制 、站控制 、直流系 统保 护 ）的仿真 。
（ ＵＨＶＤＣ Ｅｌｃ ｃＰ ｗｅ Ｔｒｎ ｍｉｓ ｎＤｅ ａｔ ｎ ｆ ｅ ￣ｉ ｏ ｒ ａ ｓ ｓｉ ｏ ｐｒ ｍｅ ｔｏ ＸＪ， ｃ ａ ｇ４ ０ ０ Ｃｈｎ ） Ｘｕ ｈ ｎ ６１ ０ ， ｉａ
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｔｈ ｓｔ ｅ ｉ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｈ ｕ ｐ ｓ ｎ ｕ ｃ ｉ ｎ ｆｔ ｅ ｔ ｉ ｉ ｇ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｓ ｓ ｍ， ｈ ｅ ｈ ｉａ ｓ ｄ ｔ ｍｐ ｅ ｎ ｅ ｔａ ｔ ｉ ｓｓ ｎｒ ｄ ｃ ｓ ｔ ｅ ｐ ｒ ｏ ｅ ａ ｄ ｆ ｎ ｔｏ ｓｏ ａ ｎ ｎ ｉ ｌｔ ｙ ｔ ｈ ｈ ｒ ｏ ｅ ｔ ｅ ｔ ｃ ｎ ｃ ｌ ｅ ｉ ｌｍｅ ｔｔ ｕ ｏ ｈ
模 拟装 置 （ 仿真服 务器 ）进 行通 信 。培训 工作 站发 出 的所 有操 作命令 直接 被仿 真服 务器 处理 ；为 使运 行 人 员在 实时监控 操 作方面 得 到培训 ，培 训工 作站 可 以联接 到实 时系统 ；但 培训 工作站 上 的任何 操作
天然气管线系统软件模拟仿真与设计
天然气管线系统软件模拟仿真与设计近年来，随着能源需求的不断增长，天然气一直在全球范围内被广泛应用。
为了确保天然气的安全运输与供应，高效可靠的管线系统软件模拟仿真与设计显得尤为重要。
本文将探讨天然气管线系统软件模拟仿真与设计的关键步骤与技术要点。
在天然气管线系统的软件模拟仿真与设计过程中，首先需要进行管段参数的建模与输入。
天然气管段的主要参数包括管道材料、管径、壁厚、管道长度、介质物性以及工作条件等。
这些参数的准确输入对于后续模拟仿真与设计的结果至关重要。
在建模过程中，需要充分考虑天然气管道所处地区的地质条件、气候环境、交通通行情况等因素，以确保管线系统的安全运行和功能完善。
其次，进行气体流动仿真模拟与分析。
气体流动是天然气管线系统中最为关键的环节，其流动性能对系统的输运效率和安全性有着直接影响。
在仿真模拟过程中，需要考虑气体压力、温度、密度、流速等参数的变化情况，并结合连通节点、调压设备、阀门等附属设施的设置，对整个管网系统进行模拟仿真。
通过对气体流动的分析，可以评估系统中潜在的风险与瓶颈，从而制定有效的优化方案，提高管线系统的运输效率。
同时，天然气管线系统软件模拟仿真与设计还需要考虑系统的安全性与可靠性。
天然气是一种高压、易燃易爆的气体，在输运过程中存在一定的安全风险。
因此，在软件模拟仿真与设计过程中，需要对系统中的风险因素进行全面分析，并采取相应的应对措施。
例如，设置安全阀、检测仪器和报警装置等，以及制定安全操作规程和应急预案等，以确保天然气管线系统的安全可靠运行。
此外，天然气管线系统软件模拟仿真与设计还需要考虑系统的经济性与环境友好性。
在模拟仿真与设计过程中，需要综合考虑管线系统的建设成本、维护成本以及能源利用效率等因素，以找到最佳的设计方案。
同时，还需要关注系统对环境的影响，减少温室气体的排放和污染物的释放，提高天然气管线系统的环境友好性。
在天然气管线系统软件模拟仿真与设计中，不仅需要运用先进的软件技术与工具，还需要结合实际情况与经验知识。
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高压输气管道仿真系统的开发
摘要:高压输气管道是耗资巨大的建设工程,投产后的管理十分复杂,为此建立与SCADA系统结合的输气管道仿真系统具有重要的实际意义,本文在连续性方程、运动方程和能量守恒方程的基础上,建立了输气管道气体流动模型,并对三大方程进行了差分,为了求解此差分方程,采用了目前天然气物性计算中运用较为广泛的BWRS状态方程,并在此方程的基础上,给出了天然气密度、焓值、比热、压缩因子等参数的求解方程。
差分后的方程采用了牛顿-拉普森法进行了求解。
关键词:高压输气管道仿真系统BWRS方程
近年来,随着西气东输工程的完成,我国天然气管网建设进入了一个十分迅速发展的时期,与此同时,一系列的管网建设与管理的问题凸现出来;新建管线与已有管线的如何合理对接;如何更加科学的管理管网、提高管网运行水平;如何评价已有管网的运行情况;如何快速处理管网运行中产生的突发事故等问题就摆在了我们面前。
为了解决以上问题,就需在设计时根据所提供的基础资料(包括管线走向和用气负荷变化)计算在各种条件下沿线压力、温度、流量分布,利用模拟管网数学模型对各种设计方案进行合理性评价,逐一筛选,提出最优方案。
在运营时应根据市场用气量的变化,利用模拟管网系统预计沿线工况的变化。
在事故工况下,通过模拟管网系统推测事故发生情况,提出最优事故处理方案供决策者参考。
上述问题前人已经做了一部分工作[1～2],本文在连续性方程、运动方程、能量守恒方程的基础上,建立了天然气管道输送数学模型,并给出了方程的差分方程,在BWRS方程的基础上,给出了求解差分方程所需参数的方法。
1 数学模型的建立
由气体管流基本方程,令M=pv,即单位面积上的质量流量。
连续性方程:
4 方程的求解
将管道分为n段,对于每个管段都可以写出3个方程,因此管段共有n+1个节点,每个节点都有T、P、M三个未知数,共有3n+3个未知数,因此还需要3个方程,这需要从边界条件中给出,这样节点方程和边界方程就组成了一个3n+3维的方程组,若是存在中间边界,方程组的
维数会更多,无论维数有多少,它都是一个多维常规方程组,可以利用牛顿-拉普森方法迭代求解。
参考文献
[1] 王树立,赵会军,等.输气管道设计与管理[M].化学工业出版社,2011.
[2] 沈孝风.输气干线管网瞬态模拟仿真与优化技术研究
[D].2010.。