输气管道系统仿真技术发展状况
天然气管网稳态运行优化技术现状与展望
天然气管网稳态运行优化技术现状与展望发布时间：2023-05-16T08:15:46.160Z 来源：《新型城镇化》2023年9期作者：孟瑾[导读] 自改革开放以来，我国国民生活质量不断提升，现在，天然气已经成为每家每户必不可少的生活必需资源，并且随着城市化进程加快，城市中的天然气管网的覆盖面积也在进一步扩大。
国家管网集团工程技术创新有限公司华东设计院江苏徐州 221008摘要：自改革开放以来，我国国民生活质量不断提升，现在，天然气已经成为每家每户必不可少的生活必需资源，并且随着城市化进程加快，城市中的天然气管网的覆盖面积也在进一步扩大。
除此之外，人们对天然气的需求量也越来越大，这使得我国不得不采用“西气东输”的方式来对缺少天然气资源的地区进行供给，而在运输中天然气管网稳态运行优化技术又需确保天然气运输管网的安全、高效运行。
关键词：天然气管网；稳态运行；优化技术；现状；展望1引言天然气作为一种最具清洁和高效的物质能源，已经成为当今能源优化结构重要发展的目标。
而管道运输是天然气进行长距离目的输给的主要形式之一，在现如今的国民经济发展中起到了越来越重要的作用。
且随着目前我国各地区天然气管网的发展，持续保持天然气管网的信息网络安全、高效和经济是当前最重要的目标之一。
天然气管网的稳态运行优化技术，总体来说就是考虑到天然气管网的工艺和结构的约束，以此来优化天然气管道系统中的操作，来进行有效的调整和管理，让信息网络的工作环境达到最优的技术标准，从而得出最有效的传输方法。
经过很长时间的研究，我国目前在天然气管道稳态运行优化的技术已经逐渐的成熟起来。
目前国外在天然气管网主要的研究热点就是想在天然气管网运行中进一步的提高和优化其模型的效率和技术，虽然我国在天然气管网稳态运行技术方面研究的较晚，但是在创造和高效的解决天然气网优化的模型方面，也取得了一些很大的成果。
2天然气管网稳态运行优化技术现状应用针对天然气管网稳态运行优化软件进行优化，以及应用仿真软件对天然气管网稳态运行技术进行优化是现在主要的两种优化方法。
数值仿真技术在长输管道阴极保护中的应用进展_张玉志
毥 合强制电流进行保护 。 传统的阴极保护体系是基于 不能解决保护电 经验公式和平均电 流 密 度 的 思 想 ， 流密 度 在 空 间 上 的 不 均 匀 性 和 时 间 上 的 变 化 问
１］ ， 题［ 导致阴极保 护 系 统 在 运 行 过 程 中 可 能 出 现 过
保护或欠保护现象 。 数值仿真技术为解决上述问题提供了可行的途 径 。 利用数值模拟 技 术 对 管 道 进 行 建 模 ， 并在考虑 各种影响因素的条 件 下 对 模 型 进 行 求 解 ， 从而得到 管道表面的电位和电流密度分布 。 数值仿真技术既 可以在长输管道阴极保护系统设计阶段对原有设计 进行优化 ， 也可以在长输管道运行时 ， 对阴极保护系 统运行过程中对杂 散 电 流 干 扰 等 进 行 评 估 ， 从而制 定维护计划 。
４］ 。 二维问题的边界元模型为描述边界的线单元 作［
密度等于零 。
＝ θ 烄 （ ） ｎ Ｓ ３ ３ １ ０ Ｏ 烅 ＝ ｑ＝ ｎ 烆 ρ ） 、 （ ） 、 （ ） ） 式（ 与研究区域内拉普拉斯方程式 （ 共 １ ２ ３ ４ 同组成数值计算的数学模型 。
１ ２ （ ） ４ ＝０ ρ 而对描述方程的求解方法主要为有限元法和边 界元法 。 数学模型中各 数 学 符 号 的 含 义 如 下 ： 电流密 ｑ： ： ： 度； 电阻率 ； 电位 ； 金属极化函数 ； ： ） ｆ ｆ ｑ） ａ ｃ（ １（ ρ： 金属通电时电位与电流密度之间的数学函数 ； 拉 ： 普拉斯算子 。
（ ） 中国石油管道研究中心 ， 廊坊 ０ ６ ５ ０ ０ ０ 摘 要 ：数值仿真技术在油气管道阴极保护的设计和运 行 优 化 中 发 挥 着 越 来 越 重 要 的 作 用 。 本 文 介 绍 了 油 气 管 道 数值仿真技术常用的数学模型 ， 并对基于有限元 和 边 界 元 方 法 的 数 值 仿 真 技 术 在 国 内 外 长 输 管 道 阴 极 保 护 中 的 应 用情况进行了介绍 。 关键词 ：管道 ； 阴极保护 ； 数值仿真 ； 有限元 ； 边界元 ） 中图分类号 ： Ｔ Ｇ １ ７ ４． ４ １ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ５ ７ ４ ８ Ｘ（ ２ ０ １ １ １ ２ ０ ９ ６ ９ ０ ３ － － －
管道输煤技术的发展现状及问题研究
管道输煤技术的发展现状及问题研究管道输煤技术是一种将煤炭通过管道输送的方法，该技术相比传统的矿车运输和铁路运输具有许多优点，例如节约能源、减少环境污染、提高运输效率等。
随着能源需求的增加和环境保护的要求，管道输煤技术的发展备受关注。
本文将对管道输煤技术的发展现状及问题进行研究。
管道输煤技术的发展现状可以总结为以下几个方面。
管道输煤技术已经在一些国家和地区得到广泛应用。
美国、俄罗斯和澳大利亚等煤炭资源丰富的国家，已经建立了大规模的管道输煤系统，实现了从矿井到发电厂的直接输送。
这些系统具有较高的运输效率和较低的环境污染，为其他国家和地区提供了有益的借鉴。
管道输煤技术的相关设备和材料正在不断改进和完善。
传统的管道输煤系统主要由输送管道、泵站和配套设备组成，这些设备的性能对输煤效率和运输安全至关重要。
目前，一些国内外企业和研究机构正在开发和应用新型的高效输送泵、耐磨管道和智能监测装置等，以提高输煤的能力和可靠性。
管道输煤技术的运营管理和维护保障得到了加强。
管道输煤系统具有复杂的运营流程和操作要求，需要有专业的运维人员和管理团队进行精细管理。
一些国家和地区已经建立了相应的技术标准和管理规范，并且加强了对管道输煤系统的检查和维护，以确保其正常运行和安全运输。
管道输煤技术在发展过程中仍然存在一些问题和挑战。
管道输煤技术的投资成本较高。
建设一个完整的管道输煤系统需要大量的资金投入，包括设备、材料、土地及工程建设等费用。
这对一些资源有限的国家和地区来说可能是一个制约因素。
管道输煤技术的环境影响值得关注。
虽然相对于传统的矿车和铁路运输，管道输煤技术的环境污染较少，但仍然存在一些污染问题，例如管道泄漏、煤尘扬散等。
对于环境保护的要求，需要加强管道输煤系统的监测和治理。
管道输煤技术的安全问题是一个重要的挑战。
管道输煤系统涉及到大量的高压、高温和易燃易爆物质，一旦发生泄漏、爆炸等事故，将对人员和环境造成严重的危害。
需要加强安全管理和风险评估，以确保管道输煤系统的安全运行。
第四章7节 油气管道仿真软件
• 边界条件是指模拟对象边界处的流动状态或流动状态参数之间的关系式
• 管道瞬变流动过程的边界条件，就是瞬变流动过程中，边界处压头、流量与 时间的变化关系。
•
•
建立和求解边界条件，就是使用辅助方程描述管道边界处压头、流量随时间 变化的某种函数关系，联立求解辅助方程和对应的特征方程的过程。
通过求解边界条件，把边界特性传递给模拟的管道内部节点。管道系统中的 边界条件有内部边界条件和外部边界条件之分。
SPS软件 功能
• • • • • • • • • • • • • 批次跟踪 混油界面跟踪 减阻剂(DRA)仿真 控制系统仿真 热力仿真 不满流仿真 非牛顿流体仿真 瞬态仿真 压缩机仿真 用户产权跟踪 组分跟踪 管网存活时间分析 清管器跟踪 泄漏检测 操作员培训
通过SPS软件提供的功能模块和 软件接口，仿SCADA系统界面， 可开发出培训器操作界面，并 通过OPC与界面进行数据连接， 从而将后台的仿真模型与前台 的操作界面有机地结合起来。 在培训器界面上可提供管道全 线的参数显示及控制画面、水 力坡降线和趋势图等，以方便 对管道运行人员的操作培训。
• TGNET静态模拟过程中不能随 时查看结果，SPS在动静态模 拟过程中均能查看结果，但在 动态时其结果随时间变化快不 易查看，需要通过建立 INGRAF文件，运行GRAF后 ，才能查看软件自行生成了 OUTGRAF结果文本文档(静态 也一样)；TGNET则不需要编 写任何程序，可以直接查看结 果趋势和表。 TGNET通过有效性检验后，便可 进行动静态模拟；
2. 管道仿真技术发展趋势
• 主要集中在 »泄漏检测 »顺序输送 »加剂输送 »仿真培训
2.1管道泄露检测和分析
• 目前管道检漏的方法很多，常用的有两种。
油气管道技术现状与发展趋势
油气管道技术现状与发展趋势王功礼王莉中国石油天然气股份有限公司规划总院摘要近几十年来，中国长输管道技术不断发展，水平逐渐提高。
特别是高凝含腊原油的加热输送、原油热处理及加剂综合处理工艺、天然气管道的设计和施工技术已达到或接近国际先进水平。
文章简要论述了国内外在原油、成品油、天然气输送管道方面的技术现状及发展趋势，结合国内外管道技术发展的实际情况和未来趋势，提出了我国油气管道行业应加强对油气输送工艺、油气储存技术、油气管道完整性评价及配套技术、油气管道运行管理、管道信息管理系统、管道施工技术6 个方面的研究。
关键词世界范围原油天然气成品油管道设计技术发展趋势分析评价世界能源需求的扩大和发展加速了世界长距离油气管道的建设步伐。
据统计，2003 年全球正在建设和规划建设的油气管道总长约7.6万km；今后15 年内世界管道的长度将以每年7%的增长率增长，其中天然气管道的建设将占据主导地位。
未来世界将新增东北亚、东南亚、南美洲3 大输气管网。
原油管道技术现状及发展趋势1世界原油管道技术现状目前原油管道普遍采用密闭输送工艺，出现了冷热原油顺序输送、原油/成品油顺序输送工艺；对高凝、高黏原油采用热处理和加剂处理工艺。
降凝剂和减阻剂种类多、效果好、应用普遍；采用环保、高效、节能型管道设备，泵效达85%以上；多采用直接式加热炉，炉效超过90%；运用高度自动化的计算机仿真系统模拟管道运行和事故工况，进行泄漏检测，优化管道的调度管理；对现役管道进行完整性评价及管理。
例如：美国的全美管道是目前世界上最先进的一条热输原油管道，全长2 715 km，管径760 mm，全线采用计算机监控和管理系统（SCSS）。
在控制中心的调度人员通过计算机可实现管道流量、压力及泵、炉、阀等设备的自动控制，仿真系统软件可完成泄漏检测、定位、设备优化配置、运行模拟等功能。
2世界原油管道技术发展趋势目前，世界各国尤其是盛产含蜡黏性原油的大国，都在大力进行长距离管道常温输送工艺的试验研究。
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。
燃气输运与储运技术的发展现状及重要性探讨
燃气输运与储运技术的发展现状及重要性探讨发布时间：2022-11-15T10:09:55.991Z 来源：《中国电业与能源》2022年第13期作者： .隋云贺[导读] 随着我国城市建设和人民生活水平的提高，燃气行业得到了迅速的发展，对燃气的需求也越来隋云贺内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司， 025350摘要：随着我国城市建设和人民生活水平的提高，燃气行业得到了迅速的发展，对燃气的需求也越来越大。
输、配气系统的首要任务是为居民提供足够的燃气，工业用气的储存与运输是一个十分复杂的系统。
根据燃气的特性和输送途径，对燃气储运、输配技术进行了较为详尽的论述，并对燃气储运、输配技术的发展方向进行了展望。
关键词：燃气；燃气储运输配；技术引言：对于我国乃至世界来说，最关注的两大基本问题就是能源利用和环境保护，随着我国经济水平的不断发展，能源利用和环境保护成为最重要问题，而且这在我国可持续发展方向中，成为关键的要素。
为了使得能源使用率获得提高，我国也出台了相关政策和解决措施。
如各地的液化燃气等，在燃气使用需求增加下，就显得运送和存储的重要的性。
1燃气输运技术发展现状近年来，燃气已成为继煤炭和石油之后的第二大主要资源。
从全球来看，41.0%的工业用油及化学原材料由民间燃料构成，占全球总消耗额10%，我国的城镇燃气产业有着很大的发展空间，而输、输、配体系是发展的重要纽带。
燃气管道系统不仅是燃气的运输和配送的重要组成部分，同时也是燃气输配问题的核心。
为了满足居民、公共建筑、小型工业等不同类型的需要，目前我国燃气输配网已逐步向大容量、大规模、常输送距离、多压等级等发展趋势。
由管道、调压站、远程控制仪器等组成。
近年来，随着国家的发展和改革的深化，燃气管道建设迅速发展，燃气输送和输送技术也随之发展；目前我国燃气管道输送技术以燃气为主，但其发展情况与国外尚有一定差距。
2燃气储存技术发展现状改革开放以来，为了适应我国工业对燃气的高效率运输的需要，我国已着手建立 LNG产业链。
管网仿真应用于城市燃气输配调度中的分析
管网仿真应用于城市燃气输配调度中的分析摘要：管网仿真系统以其优越的特性在城市燃气输配调度中的应用越来越广泛，天然气网管运营公司在日常的生产调度管理过程中对管网仿真系统也越来越重视。
本文就管网仿真在城市燃气输配调度中的应用问题对管网仿真的含义及分类进行了概述，对管网建模仿真的技术要求进行了介绍，并结合某城市燃气集团输配调度中管网仿真系统的应用实例对仿真建模过程及应用进行了分析和探究。
关键字：管网仿真；城市燃气；输配调度；应用分析中图分类号：f291.1 文献标识码：a 文章编号：所谓管网仿真，通常也被称作管网模拟或管网建模。
其含义是通过仿真模型模拟真实系统的运行，以对实际系统进行处理和分析，通过此种方法来了解和熟悉在不同条件下真实系统的运行情况以及条件改变后系统可能发生的变化。
根据建模目的不同，管网仿真模型可以分为运行模型和设计模型两种。
根据建模所采用数据的不同，可以分为稳态模型、动态模型和以及动态在线模型三种。
本文就管网仿真在城市燃气输配调度中的应用问题主要介绍了以下几个方面的内容。
一、管网建模仿真的技术要求介绍根据不同管网建模阶段的不同任务需求，对管网建模所涉及的gis系统、scada系统以及用户管理系统等的技术要求也是不一样的。
在此，笔者结合常用的建模过程实际，提出了以下三点管网建模仿真的技术要求。
（一）管网建模对gis管网图档系统的技术要求。
对于规模相对较大的燃气管网，其管段和节点数量一般比较庞大，在数据收集与整理上往往需要很长的时间，为了提高效率，就需要借助gis管网图档系统，利用该系统的属性数据以及管网拓扑关系，这也就对gis管网图档系统提出了必须具有通用数据库或能够生成dbf数据文件以自动建模的要求。
在规模较大较复杂的管网中，管线通常相互交叉且没有连接，如果采用坐标相近的方法来判断线线相连则会带来很大的困扰。
在人工对数据或图形进行录入时，很容易出现差错，同时，管网建模本身对于数据的准确性和完整性的要求远远高过gis系统，因此，这就要求gis管网同档系统要有改错和纠错的功能。
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总的说来 ,自 80 年代以来世界上许多著名的管道 公司都花费了大量的人力物力从事管道仿真技术的研
解析法主要在前苏联 70 年代采用得最多 ,它是通过对
数学模型进行一系列的推导处理而得到气体参数 (主
要是压力 、流量) 随时间变化解的一种方法 。由于气体
不稳定流动的数学模型是一组非线性的偏微分方程 ,
在求解过程中一般要忽略次要项 ,同时还往往将非线
性项线性化 。虽然这样得到的解析解比较直观 ,但这
力计算公式必然会影响其精度和适用性 。对此 ,笔者
曾进行了大量的计算和分析比较 ,结果发现当管道内
气体压力较低时 ,其计算结果与由准确模型得到的结
果基本是符合的 ;但当管道内气体压力 、温度较高时就
存在较大的差别 。
天然气管道不稳定流动仿真是从 60 年代开始的 。
由于当时输气管道压力较低 ,同时受到管道技术和计
BWRS(Bennedict - Webb - Rubin - Starling) 法 、L EE
(Lee2Erbar2Edmister) 法等 。并由这些方程所计算的
其它物性参数也较准确 。
在管道系统仿真模型中除了有描述管道内气体流
动的模型外 ,还包括管道控制系统的模型 。不同的管
道系统 ,所采用的控制设备和控制方案也不同 ,而管道
参数之间的关系 。
目前的研究正向着多相流方向发展 ,这使得仿真
模型更接近实际情况 。需要指出的是有关气体热力性
质的研究对提出完善的仿真模型是很重要的 ,特别是
有关气体状态方程的确定和内能 、焓 、熵 、泡点 、露点等
参数的计算 ,如目前国内外普遍采用的状态方程有 PR
( Peng2Roh2Kwong) 法 、
工况的变化往往是由控制系统的控制调节引起的 。能
否建立正确可信的控制系统模型 ,也是准确仿真管道
系统运行的关键因素之一 。管道系统在具体建立控制
系统的仿真模型时 ,不仅要能描述单体仪表 、设备的特
性 ,还要描述整个系统控制回路的走向 ,以及定义各元
件间的逻辑关系 。
3 仿真软件的发展概况
对管道系统的仿真只有将物理模型 、数学方法及 计算机技术紧密结合起来 ,才能有效地应用于实际生 产过程 。在关于天然气管道系统的仿真软件中 ,最早 被我国接受的是美国 SSI 公司的 T GN ET ( Transient2 Gas Network) 软件 。目前 ,我国广东天然气公司 、四川 石油设计院等多家单位采用这一软件进行管道系统的 设计和管理 。该软件可用于分析含球阀 、止回阀 、调节
x , t ———沿管长变量和时间变量 。
其中第一类模型将气体视为理想气体 ,并且忽略
了能量方程 ,由此获得的计算结果相当粗糙 ,它完全不
适用于高压输气管道 ;第二类模型也忽略了能量方程 ,
没有考虑气体温度的变化 。同时 ,它也把压缩系数视
为一常量 。通过计算表明 ,当输气管道管径较小 ,压力
较低时 ,其计算结果与实际情况较为接近 ,但当压力 、
各管道设计院仍用这些公式作输气管道的工艺计算 ,
但通过分析可知这些公式主要作过如下近似处理 。
(1) 气体的流动参数不随时间而变化 ;
(2) 忽略了水力参数与热力参数间的依赖关系 ,即 在一定的热力状况下 ,进行水力计算 ;在一定水力状况
下 ,进行热力计算 ;
(3) 忽略了压缩因子、摩阻系数随压力、温度的变化。 由于作过如上近似处理 ,所得到的水力计算和热
否准确 、全面地描述管道流动过程以及能否找到求解
模型的方法 。严格说来 ,流体在管道系统中流动通常
是处于不稳定状态 ,早在 1913 年 ,意大利学者 Allive ,
L . 就提出了管道不稳定流动模型 。但在气体管道方
面 ,从 40 年代至 60 年代 ,国外主要还是从事静态计
算 ,其基本方法是用连续性方程和动量方程描述气体
在管道内的流动 。通过忽略流体介质随时间的变化 ,
并在一定条件下得到管道内流量随压力变化的水力计
算基本公式 。当把计算摩阻系数的不同公式代入水力
计算基本公式后可以得到各种形式的实用公式 ,如威
莫斯公式 、潘汉德公式 ,前苏公式等 。在确定管内气体
压力分布后 ,可按苏霍夫公式进行热计算 。目前 ,我国
美国 Stoner 公司开发了用于气体稳态管网设计 的软件 SWS 和模拟长输管道动态工况的软件 SPS。 1996 年 ,原中国石油天然气管道职工学院建立了长输 管道仿真中心并引进 SPS。该仿真软件既可对管道系 统水力 、热力工况进行仿真 ,又可以对管道系统进行控 制调节 。并且仿真的控制对象可以是实际管道系统 , 也可以是在非实物下对其控制逻辑进行模拟 ,有利于 实际应用 、方案预定和职工培训 。仿真结果可以显示 管路纵断面图和管道设备的流量 、压力 、温度等运行参 数随时间的变化 ;同时也可以实时显示管道 、设备 ,并 对仿真数据进行管理和多种形式的输出 。
32
管道技术与设备
1999 年
输气管道系统仿真技术发展状况
李长俊 汪玉春 西南石油学院储运教研室 四川省南充市 637001
王元春 华北石油设计院工艺室 河北省任丘市 062552
【摘要】计算机仿真技术在输气管道系统中的应用 具有十分广阔的前景 。它已成为管道设计 、生产管理 、 教育培训等工作中的一个很重要的环节 ,为管道工业 带来了巨大的社会效益和经济效益 。管道系统仿真是 涉及到多门学科的综合性技术 。其仿真效果关键在于 所建立的仿真模型是否准确 、全面地描述管道系统的 流动过程 ,以及能否找到适合的求解方法 。在管道系 统的运行过程中 ,影响其工况变化的因素很多 ,如流程 切换 、设备故障 、控制系统调节 、用气量变化等 。若描 述它们的模型不准确或求解模型的方法不适当 ,必然 会影响仿真效果 。此外 ,对管道系统的仿真 ,只有将仿 真模型及计算机技术密切结合起来 ,才能有效地应用 于实际生产过程 。本文从天然气管道仿真模型及求解 方法 、仿真软件功能及应用等方面介绍了国外管道仿 真技术的发展状况 。 关键词 : 天然气 管道 仿真 发展 技术
-
v
ρ
5ρ 5x
-
f 2
v2 D
4 +
K(
TD
T0)
=0
(8)
ρ = f ( P, T)
(9)
H = φ( P, T)
(10)
式中 υ———气体的流速 ;
H ———气体的焓 ;
T0 ———管道埋深处地温 ;
K ———管道总传热系数 。
应该说该模型比前面两种模型准确 ,因为它考虑
了气体的能量守恒方程 ,建立了气体水力参数和热力
种方法难以避免产生较大误差 。并且当管道系统较复
杂时给数学求解带来较大困难 ,不易求其解 。数值解
法是随着计算机技术的发展而发展起来的一种方法 ,
特别是 80 年代以来 ,这种方法得到了充分的发展 。目
前被认为最好的两种方法是特征线法和隐式有限差分
法 。研究表明特征线法具有更高的计算精度 ,但隐式
有限差分法在处理时间步长上具有更好的灵活性 。由
于计算机技术的不断发展和数值解法的不断完善 ,也
为提出更加准确的数学模型提供了必要条件 。目前 ,
国内外已普遍采用下列仿真模型或其变形形式 :
5(ρv) 5x
+
5ρ 5t
=
0
(6)
1 ρ
5ρ 5x
+
v
5v 5x
+
5v 5t
+
gsinθ+
fv | v 2D
|
=0
(7)
5H 5t
+
v
5H 5x
-
1 ρ
5P 5t
此外 ,美国 Modisette Associates 公司 ,All Ameri2 can Pipeline 公司等也开发研制出了有关的仿真软件 。
其功能也相当强大 ,能满足管道设计管理和职工培训 的多种需要 。
国内在仿真软件方面与国外存在较大差距 ,但目 前已经在这方面做了一些有益的工作 。笔者从 1987 年至今 ,通过多年的工作实践也开发出了一套气体管 道系统仿真软件 EGPNS ,并应用于分析四川输气干线 和川东输气管网 ,其仿真结果和功能达到国外离线软 件的效果 。
所谓计算机仿真就是通过建立系统的模型 ,借助计 算机对真实系统或设想进行分析论证的一门综合性技 术。随着数值计算方法的不断完善 ,世界上发达国家在 管道仿真技术方面发展也很快 ,下面主要对国外天然气 管道系统仿真模型 ,仿真技术及软件功能综述如下。
2 仿真模型
管道仿真准确与否关键在于所建立的数学模型能
算机技术的限制 ,在数学模型和计算方法上都进行了
不同程度的近似处理 。如典型的两类数学模型为 :
A
55ρt +
5M 5x
=0
(1)
5M 5t
+
ART
5ρ 5x
+
1 A
5 5x
M2
ρ
+
f M2
2 DρA
= 0 (2)
第5期
·控制与测量·
33
A
55ρt +
5M 5x
=0
(3)
5M 5t
+
A
5ρ 5x
加拿大 Novacorp 公司针对输气管道的具体特点 , 开发了一套输气管道系统稳态仿真软件 PCASIM ,并 于 80 年代初投入使用 。该软件可对包括压缩机 、阀门 等设备的复杂输气管网和输气干线进行仿真 。仿真管 道系统的节点数可达 200 多点 。在 90 年代初用该软 件对四川输配气系统进行改造和扩建研究 ,获得了较 好的效果 。软件采用的状态方程为 BWRS 方程 。可 以采用四种仿真方程形式 ,即美国天然气协会 (A GA) 公式 ,潘汉德公式 ,修正潘汉德公式 ,科尔布鲁克2怀特 公式 。用户可根据具体情况进行选择 。软件功能包括 输气能力计算 ,加副线计算 ,敏感性分析 ,沿线压力 、温 度计算 ,流量分配计算 ,压缩机参数计算等 。