输气管道调峰与仿真
输气管道干线末段储气调峰研究
化工中间体Chenmical Intermediate· · 42015年第12期前 言：随着能源结构的日益变迁，天然气将会跃升为新时期的重要能源支柱，天然气的用量呈现逐年上升的趋势。
具体结合城市的用气规律、上游供气的特征，确定日用气量和季节用气量以及所采用的储气调峰方式就显得尤为重要。
对于国内而言，用户和气源之间的连接方式是输气管道，用户用气量的瞬变性与管道储气性质紧密相关，因此利用管道储气，来缓解气田产量和居民用气量的不均衡的矛盾，是最合事宜的方式，可以减少储罐建设，降低建造成本。
一、管道储气的调峰原理众所周知，输气管末段的门站处，天然气的供应量瞬息万变，其中在城市用气的问题上，将会出现每日、每月、每个季度的不均匀的用气规律。
由于供气量的忽高忽低，即有了用气量的高峰段和低谷段。
但是供气量和用气量的变化却不能等同起来，又有各自差异。
调峰的关键就是在用户供给充足的条件下协调用气和供气的不均衡。
下图给出了输气管末段用气量的变化曲线。
从图中我们可以看出，0:00-7:00是用气低谷，平均小时供气量均大于用气量，此时段管道即可以用来储气，从而表现出的是系统压力逐步升高，甚至达到最高点。
7:00-21:00是用气高峰，平均小时供气量低于平均小时用气量，不够的气体由末段中积存的气体来弥补，表现出的是系统压力逐步下降，直至最低点。
之后又开始了周而复始的循环，而末段的压力和流量也在随城市耗气量的多少而时刻变化着，使得管道运行处于动态变化中。
我们可以利用在规划建设的诸多输气管道，在满足其输气要求的前提之下，适当增加管道的长度和直径，使得其具备一定的储气能力。
我们可以将其分为两类，一个是利用分输站间的长输管线末段储气，另一个是利用敷设在城市的高压管道末段储气。
长输管线的末端储气仅局限于管道的末段，而城市敷设的高压管线应用则更为广泛，利用高压管线末段储气是利用了末段管径小，承压能力强的特点，进而可以节省地下施工量和减少占地。
管道流体力学模拟与输气管道优化设计
管道流体力学模拟与输气管道优化设计引言管道是现代工业中常用的输送介质的基本设施之一。
在输气管道工程中，针对复杂的流体力学问题和设计要求，进行模拟和优化设计是必不可少的。
管道流体力学模拟是通过数值计算和仿真来模拟管道中的流体运动和传播过程，为优化设计提供理论依据。
本文将介绍管道流体力学模拟的基本概念、方法和应用，并探讨输气管道的优化设计问题。
管道流体力学模拟方法数值模拟方法数值模拟方法是管道流体力学模拟中最常用的方法之一。
通过离散化连续介质的数学模型，将连续的流体运动问题转化为离散的代数方程组，通过数值计算方法求解得到管道流体的速度、压力等相关参数。
常用的数值模拟方法包括有限差分法、有限元法和边界元法等。
有限差分法是一种简单有效的数值模拟方法。
它将流体力学问题离散化成网格系统，并通过有限差分近似来计算液体在各个位置的速度和压力的变化。
有限差分法适用于求解一维、二维和三维的管道流体力学问题。
有限元法是一种适用于复杂几何形状的数值模拟方法。
它将流体力学问题离散化成非结构化的有限元网格，并利用有限元的插值函数逼近流体力学问题的解。
有限元法可以更精确地描述管道流体中的速度、压力等参数分布。
边界元法是一种适用于远场流体边界条件的数值模拟方法。
它将流体力学问题的边界条件作为整体问题的求解条件，通过求解边界上的边界积分方程得到流体力学问题的解。
边界元法适用于求解流体在无限大区域内的流动问题。
计算流体力学方法计算流体力学方法是一种基于计算机技术的管道流体力学模拟方法。
它将流体力学问题离散化成网格系统，并通过数值计算和迭代方法求解管道流体力学的基本方程，包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程等。
计算流体力学方法可以模拟管道流体的内部流动、湍流、热传导等现象，对于优化设计具有重要意义。
计算流体力学方法包括有限体积法、有限元法和有限差分法等。
其中，有限体积法是一种适用于不规则网格的计算流体力学方法，它将流体力学方程离散化成具有结构性的有限体积单元，并通过求解方程组得到流体力学问题的解。
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。
输气管道(网)系统供气调峰方法概述
输气管道（网）系统供气调峰方法概述作者：陈海宏来源：《当代化工》2016年第01期摘要：输气管道建设的飞速发展，但与之配套的供气调峰设施建设和调峰技术仍然很落后。
首先介绍了国内外输气管道的发展概况，然后详细综述了国内外主要的供气调峰措施，最后简要描述了在供气调峰中如何应用输气管道仿真软件。
关键词：输气管道；供气系统；调峰；仿真中图分类号：TE 832 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）01-0109-03Summary of Peak Shaving Methods of Gas Supplyin Gas pipeline （Network） SystemCHEN Hai-hong（China University of Petroleum， Beijing 102249，China）Abstract： Although the construction of gas pipeline is rapidly developing， the construction of facilities and the measures of peak shaving in the gas supply system are still very backward. In this paper， firstly the general situation of the development of the gas pipeline at home and abroad was introduced. Secondly， the main measures of peak shaving in gas supply system were reviewed in detail. Finally， how to use the simulation software of gas pipeline in peak shaving of gas supply system was briefly described.Key words： Gas pipeline； Gas supply； Peak shaving； Simulation1 输气管道发展概况自1990年开始，中国天然气勘探开发技术迅速发展，天然气产量迅速增加。
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。
输气管线调峰能力分析
输气管线调峰能力分析【摘要】针对长距离输气管线中，由于下游用户用气不均匀性导致的供气量与用气量不平衡问题，利用tgnet软件建模分析了管道下游用气量波动情况和环境温度对管道储气能力的影响。
【关键词】输气；调峰；储气1.前言在天然气供气系统中，供气量与用气量在时间分布上一般是不平衡的，这种不平衡主要是源于供气的相对平稳性与用气的不均匀性，因此为了最大限度的满足燃气用户的用气需求，需要采取调峰措施。
在这种情况下，长输管道末段储气就是最为有效、方便、经济的短期调峰方式。
本文以某输气管线为例进行对其储气能力和调峰能力进行了分析。
2.基本参数2.1 天然气组分表1 天然气组分组分ch4 c2h6 c3h8 c4h10 c5h12mole% 96.308 0.484 0.048 0.007 0.003组分c6h14 co2 he n2 h2smole% 0.001 2.65 0.028 0.047 ＜20mg/m32.2 管线基础参数输气管线把4.82×108m3/a的天然气从首站输往输气末站，用气高峰期的最大用气量为6.0039×104m3/h。
输气管道规格dn300，长度为23.8km，出站温度14.5℃，管道平均总传热系数取1.75w/m2℃，管道内壁粗糙度取30µm，管线设计压力为4mpa，首站进气压力为3mpa。
管线末端供气压力不小于1.6mpa。
总体高峰系数为1.107，低谷时不均匀系数为0.893。
3.工艺分析本文利用tgnet对管线进行分析。
3.1 工艺计算对于基本设计规模4.82×108m3/a，按照平均输量5.7383×104m3/h，地层温度用18℃进行工艺计算最高输气量需满足6.0039×104m3/h。
表2 18℃时平均输量工艺计算表场站出站气量104m3/h 出站压力mpa 出站温度℃出站流速m/s首站 5.7383 3 14.5 6.2末站 5.7383 2.47 14.4 7.35表3 18℃时最高输气量工艺计算表场站出站气量104m3/h 出站压力mpa 出站温度℃出站流速m/s首站 6.0039 3 14.5 6.5末站 6.0039 2.42 14 8.14由表2和表3对比可以看出随着输气量变大，输气管道末段压力变小，也就是管道压降变大，同时可以看出输气管道输送量越小，管道温度越接近环境温度，因此在夏季运行时，管线内天然气温度会变高，管线压降变大，同理在冬季运行时，管线内天然气温度会变低，管线压降会变小。
燃气输配管网调峰过程的动态模拟分析
燃气输配管网调峰过程的动态模拟分析蒋洪;蒋俊杰;李宏玉【摘要】介绍了燃气输配管网储存天然气的方法.利用末段管道和储气罐的储气技术,采用动态模拟计算方法可以调整和优化设计,解决系统供需矛盾,向用户安全、稳定供气.输配管网的动态分析可以对燃气输配管网进行实时的仿真模拟,对管网中管网结构、管径、储气方式及其组合进行有效的调整,使管网运行参数最优.动态模拟方法是基于流体力学原理,用数学分析方法对输气管网系统运行参数进行描述.结合工程实例,采用动态模拟方法计算了管网系统储气调峰能力,所得结果符合用户用气的储气调峰要求.【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2011(000)006【总页数】5页(P9-12,15)【关键词】燃气输配管网;末段管道;储气罐;动态模拟;储气调峰【作者】蒋洪;蒋俊杰;李宏玉【作者单位】西南石油大学,四川成都610500;西南石油大学,四川成都610500;中国石油化工股份有限公司安徽安庆石油分公司,安徽安庆246003【正文语种】中文【中图分类】TE8随着城市规模的不断扩大，天然气进入城市后，供气量迅速增加，而城市燃气用量随日、时的不均衡性是不断变化的，特别是民用和商用气量的变化更明显。
为了解决均匀供气与不均匀用气之间的矛盾，并保证用户总能得到足够流量和正常压力的燃气供应，必需采取有效的调峰手段，使燃气输配系统供需平衡。
在城市燃气管网设计中，根据用户用气量的变化，考虑采用合适的储气调峰方式，以解决系统的供需矛盾，满足调节用户用气不均衡的需要。
而储气是解决供气的均衡性和用气不均衡性之间矛盾的有效方法。
目前，广泛采用的储气方式有储气罐和输气管道储气。
据有关资料表明，输配管网的流动是不稳定流动，根据储气调峰的特性，使用稳态估计方法不可能可靠地评价实际调峰能力。
而输配管网的动态分析可以对燃气输配管网进行实时的仿真模拟，并对管网中管网结构、管径、储气方式及其组合进行有效的调整，达到管网运行参数最优，以便减少投资，实现良好的经济性。
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。
1输气系统的调峰(2.1学时)
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φ------储气罐的活动率?
考虑 供气量的波动、用气负荷的误差、气温等外界 条件的突然变化，以及储罐有效容积利用系数 储罐的实际容积应有一定的富裕 这部分气量约占储气罐几何容积的15~20%
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储气罐几何容积的确定
高压储气罐几何容积确定： Vc=V/（P1-P2） Vc------储气罐的几何容积，m3； V ------所需储气容积，m3； P1------储气罐最高工作压力(105 Pa)； P2------储气罐最低工作压力(105 Pa)。
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低压湿式罐存在的主要问题：
在北方采暖地区冬季要采取防冻措施，因此管理 较复杂，维护费用较高。 由于塔节经常浸入、升出水槽水面，因此必须定 期进行涂漆防腐。
21
22
2）低压干式罐
主要由外简、沿外筒上下运动的活塞、底板及顶板组 成。 燃气储存在活塞以下部分，随活塞上下移动增减其储 气量。 不象湿式罐那样设有水封，故可大大减少罐的基础荷 载，这对于大容积贮气罐的建造是非常有利的。 干式贮气罐的最大问题是密封问题，也就是如何防止 在固定的外筒与上下活动的活塞之间产生漏气。 根据密封方法不同，目前实际采用的有三种罐型。
储气设备储气量是根据用气量随时间波动情况来确定。
用气量变化曲线与储气罐工作曲线
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1）.根据计算月燃气消耗的日或周不均衡工 况计算储气容积（步骤）
气源按计算月最大日平均小时供气量均匀供气 设每日气源供气量为100 则每小时平均供气量为100/24=4.17 计算日或周的燃气供应量的累计值； 计算日或周的用气量的累计值； 计算每小时末燃气的储存量 燃气供应量与用气量的累计值之差 计算所需储气容积 计算出的最高与最低储气量绝对值之和
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长输气管道实时仿真与动态响应分析
口 王丰瑞Ⅲ 郭蓉娟
陕西 ・西安 ７ １ ０ ０ ６ ５ ；
７ １ ７ ２ ０ ８ ）
（ ［ １ 】 西安石油大学机械工程学院
【 ２ 】 延 长石 油集 团永 平 炼 油 厂 陕 西 ・ 延长
摘 要： 在进行输气管道泄露故障诊断时， 有必要对输。 管道 的模型进行仿真， 从而 了解管道稳定 时工况下个参 数的情况。根 据输气管道模 型， 建立气体管道频率相关的管道模型 ， 并对气体 管道 与阶跃扰动下 的管道模型进
Ｐ 尸 ＋ ｐ， ＾ ＋ （ ６ ）
要 ± Ｃ ｎ ／ 墨 Ｃ ｓ
Ｇ 墨 ＿ ＿ 一／ 垒 Ｃ ｓ ： 一 Ｚ ＾
一
（ … ２ ４ ）
（ … ２ ５ ）
在此 ， 我们称Ｚ ＾ 为流阻， ￣－ － ＝ ０处 ， ｐ ｃ ｏ ＝ ｐ Ⅸ 】 ＝ Ｃ ｌ ＋ ＝ 乙（ ｃ 】 －Ｃ ， ） （ ２ ６ ） ； （ ） ｍ ￣ ） ＝ Ｃ ３ ＋ Ｃ ４ （ ２ ７ ） 由（ ２ ６ ） 、 （ ２ ７ ） 有：
（ １ ６ ） ：（ Ｌ ｓ ＋ 一爷
（ １ ８ ） ：（ Ｌ ｓ ＋ Ｒ ） Ｃ ｓ ｍ ）
… ）
（ １ ９ ）
将（ １ ３ ） 带入（ １ ６ ） ， （ １ ４ ） 带入（ １ ５ ） 有： （ Ｌ ｓ ＋ Ｒ ） Ｃ ｓ ｐ ㈤
３不同边界条件下的传递函数 由于运动方程 中对流项相对其他项小的多，可 以忽略不
将状态方程 Ｐ ＝ ｐ 碲 入（ ３ ） 式 得
罴＋ ＝ 。 （ ４ ） ； － 一 罢 一 Ａ Ｍ ． ＂ ａ
Ｍ为 质 量 流 速 ， 堙 ・ Ｓ 一 。
（ ５ ）
输气管道调峰方式浅析
峰 电厂 小 时 问断 运 行 ，而 且 存 在 日问 断运 行 。小 时
问 断 运 行 产 生 的 间 断 峰 由管 道 自身 的 调 峰 能 力 调
些 Ｌ Ｇ通 过 管线 与 国 内 主要 输 气 管 道 连通 ，既 能 Ｎ
满 足 沿 线 用 户 的供 气 需 求 ，又 能 起 到 很 好 的 调 峰
小 时 峰可 以利用 城 市 高 、低 压 管 网进 行 调 节 ．管 道
达成 长期 供货 框架 协 议并 且 要 有一 个稳 定 的天然 气
消 费 市 场 ， 同时 Ｌ Ｇ接 收 站 通 常 建 在 沿 海 一 带 ， Ｎ
仅负责城市燃气 的月峰调节 。由于化工用户用气均 匀 ，对 管道 调 峰 能力 没 有影 响 ，当化工 用 户 进人 设
２５ 其他 调 峰方 式 ．
外 发展 经 验 ，在 主要 用 户城 市 附近修 建 地 下储 气 库 和建 设 Ｌ Ｇ调 峰厂等 设 施 ；另一 方 面加快 天 然气 长 Ｎ 输 管 网 和城 市 高压 管 网建设 ，形 成纵 贯 全 国的 天然
气管网。因此 ，合理地选择储气调峰方式 ，是城市
备 检 修期 时 ，化 工用 户 的运 行 需 要储 气 库 配 合共 同
完 成 。西气 东 输 电 厂用 户 分 为调 峰 电厂 和热 电联 供 电厂 两 类 。不 同电 厂有 不 同的运 行 特 点 ，热 电联供 电厂 全 年均 匀 运 行 ，对 管 道 调 峰能 力没 有 影 响 ：调
燃气输配管网调峰过程的动态模拟分析
ｓ ｅ ｏ ， ｅｐ ｌ ｅｎ ｗ ｒ ｙｔ ｐｒｔ ｇｐｒｍ ｔ ｓａｅｄｓｒ ｅ．ｎａｐａｔａ ｐｏ ｃ， ｙａ ｉ ｓ ｕａｏ ｓｃｎｈｌ ｉ ｍ ｔ ｄ ｔ ｉ ｉ ｅ ｏｋｓｓ ｍ ｏｅａ ｎ ａａ ｅ ｒ ｒ ｅｃｉ ｄ Ｉ ｒｃ ｃｌ ｒ ｅｔｄｎｍｃ ｉ ｌ ｉ ａ ｅ ｓ ｈ ｈ ｐｎ ｅ ｉ ｅ ｂ ｉ ｊ ｍ ｔｎ ｐ
以对燃 气输配管网进行 实时的仿真模拟 ， 对管网中管网结构、 管径 、 气方式及其组合进行有效的调 储 整， 使管网运行参数最优 。动态模拟方法是基于流体力学原理， 用数学分析方法对输气管网 系统运行
参 数进 行描 述 。结合 工程 实例 ， 用动 态模 拟 方 法计 算 了管 网 系统 储 气调 峰 能 力 ， 采 所得 结果 符 合 用 户
ｔ ｃ ｉｖ ｈ ｐ ｉ ｌ ｉ ｅｎ ｔ ｏ ｋ ｐ ｒ ｅｅ ｓ Ｄｙ ａ ｃｓｍｕ ａ ｉｎ ｒ ａ ｅ ｎ ｆ ｉ ｃ ａ ｉｓ Ｕｓｎ ｅ ｍａｈ ｍａｉａ ｎ ｌ— ｏ ａ ｈ ｅ ｅ ｔｅ ｏ ｔ ｍａ ｐ ｅ ｗ ｒ ａ ａ ｔｒ ． ｎ ｍｉ ｉ ｌｔ ｓａ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｕｄ ｍｅ ｈ ｎｃ ． ｉ ｇ ｔ ｔ ｅ ｔｃ ｌ ａｙ ｐ ｍ ｏ ｌ ｈ ａ
ｃ ｕ ｄ ｓ ｐ ｌ ｅ ｕ ｅ ｓａ ｌ ｏ ｏ ａ ． ｎ ｍｉ ａ ａｙ ｉ ｏ ｅ ｔａ ｓ ｓｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｓ ｉｕ ｉｎ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｐ ｃ ｎ ｕ ｔｒａ — ｏ ｌ ｕ ｐ ｙ ａ ｓ ｃ ｒ ， ｔｂ ｅ ｆ ｗ ｆｇ ｓ Ｄｙ ａ ｃ ｎ ｌ ｓ ｆ ｈ ｒ ｎ ｍｉｓｏ ｎ ｉｔ ｂ ｔ ｅｗｏｋ ｃ ｕｄ ｈ ｌ ｏ ｄ ｃ ｅ ｌ ｌ ｓ ｔ ｒ ｏ
ｔ ｉ ｕａｏ ｓＴ ｅｓｕｔｒ ，ｉ ｔ ，ｔ ａｅ ｎ ｏ ｂｎｔ ｅ ｎ ｅ ｆｈ ｉｅｎ ｅ ｏｋａｅａｊｓ ｄｉ ａ ｆｃｉ ａ ｉ ｓ ｌ ｉ ． ｈ ｔ ｃ ｅ ｄ ｍｅ ｒｓ ｒｇ ｄｃｍ ｉａ ｖ ｎｒ ｅ ｐｌ ｅ ｔ ｒ ｒ ｕｔ ｎｅ ｅｔ ｅห้องสมุดไป่ตู้ ｙ ｍｅ ｍ ｔ ｎ ｒ ｕ ａ ｅ ｏ ａ ｉ ｍａ ｏｔ ｐ ｉ ｎ ｗ ｄ ｅ ｎ ｖ
某油田输气管网运行仿真及方案优选
输气管网优化算法 研究与应用
针对输气管网运行过程中的复 杂性和不确定性，可开展优化 算法研究与应用工作，如机器 学习、遗传算法等，以提高管 网优化方案的质量和效率。
推广数字化与智能 化运营管理模式
在油田数字化转型的背景下， 应推广数字化与智能化运营管 理模式在输气管网领域的应用 实施智能化监控、数据分析与 决策支持等功能降低运营成本 并提高运营效率。
经验教训分享与启示
01
数据准确性对仿真结 果影响重大
在项目实施过程中，发现数据准确性 对仿真结果具有重要影响。因此，在 后续项目中应加强对基础数据的收集 、整理和验证工作。
02
仿真模型需不断完善 与更新
随着油田开发进程的不断推进，输气 管网的实际运行状况会发生变化。因 此，需要定期对仿真模型进行完善和 更新，以适应新的工程需求。
模型参数设置与调整
01
管道参数
包括管道长度、直径、粗糙度等 ，影响气体在管道中的流动阻力 和流量。
设备参数
02
03
边界条件
如压缩机性能参数、阀门开度等 ，影响管网中气体的压力、流量 分布。
包括进口压力、流量、温度等， 以及出口压力、流量等，作为仿 真模型的输入条件。
仿真结果展示与分析
压力、流量分布
虑投资成本、运营成本、节能减排效益等因 素，选择最佳方案。
数据收集与处理
02
油田输气管网基础数据
管网拓扑结构
包括管道起点、终点、管径、长度、阀门等信 息。
输气设备参数
压缩机、调压阀、流量计等设备的型号、性能 参数。
油田产量数据
各油井的产量、压力、温度等实时数据。
数据清洗与整合
数据去重
去除重复记录，确保数据准确性。
【精品】天然气管道运行模拟及仿真技术研究
天然气管道运行模拟及仿真技术研究天然气管道运行模拟及仿真技术研究1011202045 蔡永军 科学计算选讲结课论文为了预测天然气管道运行状态，制定合理的管输计划，更好的配置设备开机，天然气管道输送过程中需要进行工况模拟及仿真。
实际工作中需要建立压缩机、阀门等设备的模型，确定管段的控制方程、气体的状态方程，针对给出的初始条件和边界条件，筛选确定天然气管网数学模型的离散方法与非线性方程组的求解算法寻找合理的非线性方程的求解算法，得到合理的数值解。
1天然气管道仿真数学模型 1.1管段的控制方程对于管道中的任意管段，经过适当的简化可以用下列公式来描述： 连续性方程：()0A A t xρρμ∂∂+=∂∂ （1） 运动方程：2()(.)sin()2A P A A A g A t x x Dρμρμμρμρθλ∂∂∂+=---∂∂∂ （2）能量方程：221(())(.())22sin()()W Ph A h PAAA g Dk T T txxμμρρμρρμθπ∂-+∂+∂+=----∂∂∂ （3） 式中：A ——管道的横截面积，m 2；ρ——流体密度，kg/m 3； t ——时间，s ； x ——坐标，m ； u ——速度，m/s ；P ——压力，Pa ； θ——管道倾角，rad ； λ——水力摩阻系数； D ——管道内径，m ； T ——流体温度，k ；k 1——流体至管壁的换热系数； h ——比焓；T w ——管壁的温度，k 。
1.2 阀门控制方程阀门控制方程如下：120dw up g M M MC h h ρ-=-== （4） 式中： M up ——阀门入口质量流量，kg/s ；M dw ——阀门入口质量流量，kg/s C g ——阀门系数；P up ——阀的入口压力，Pa ；P dw ——阀的出口压力，Pa 。
1.3压缩机控制方程简化后的压缩机控制方程如下222111001()()dw up fuel m mdw up n n a b Q c Q n n M M M T T εε-=++-== （5）式中：ε——压缩机压比；m ——多变压缩指数；n ——压缩机的实际转速，rpm ； n 0——压缩机的额定转速，rpm ； a 1, b 1, c 1——系数；Q ——给定状态下的体积流量，m 3/s ； 1.4 理想调节阀阀控制方程理想调节阀控制方程如下：12dw up dw M M P c h h -=== （6） 2气体的状态方程采用BWRS 气体状态方程，如下：230000023436222()()()(1)exp()C D E d P RT B RT A bRT a T T T T d c a T Tρρρραργργρ=+--+-+--++++- （7）式中：P ——系统压力，KPa ； T ——系统温度，K ；ρ——混合气体密度，Kmol/m3； R ——气体常数，8.3143KJ/( Kmol .K)。
基于计算流体力学的气体管道流动仿真
基于计算流体力学的气体管道流动仿真近年来，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）在工业领域得到了广泛应用，特别是在气体管道流动仿真方面。
本文将重点探讨基于计算流体力学的气体管道流动仿真，并将从背景介绍、数值模型建立、流动特性分析及应用前景等方面进行论述。
一、背景介绍气体管道流动仿真作为计算流体力学的一个重要应用领域，能够准确模拟气体在管道中的流动特性，为管道设计、优化及安全评估提供可靠依据。
传统的试验方法昂贵且耗时长，难以满足实际应用中的需求，而基于数值模拟的仿真技术则具有成本低、效率高等优势，因此受到了广泛关注和应用。
二、数值模型建立在基于计算流体力学的气体管道流动仿真中，数值模型的建立是非常关键的。
首先，需要根据实际情况选择合适的模型，如雷诺平均Navier-Stokes方程、湍流模型等。
其次，需要确定边界条件，包括入口条件、出口条件、管壁条件等。
最后，通过网格生成将计算域离散化，这其中要考虑到网格的精度和计算效率的平衡。
三、流动特性分析基于计算流体力学的气体管道流动仿真可以提供丰富的流动特性分析结果。
首先，可以获得流速、压力、温度等物理量的分布情况，从而了解流动场在不同位置的变化规律。
其次，还可以分析气体在管道内的传热、传质特性，以及涡旋、湍流等现象的生成和演化。
最后，还可以通过仿真结果评估系统的动态稳定性，探究流动对管道结构和设备的影响。
四、应用前景基于计算流体力学的气体管道流动仿真在工业领域有着广泛的应用前景。
一方面，它可以用于管道设计、优化以及新型管道材料的评估，提高系统的效率和安全性；另一方面，它还可以应用于异常流动的检测与预警，帮助及时发现管道泄漏、堵塞等问题，减少事故发生的概率。
此外，随着计算机性能的不断提升和仿真软件的不断发展，基于计算流体力学的气体管道流动仿真将在未来得到更广泛的应用。
总之，基于计算流体力学的气体管道流动仿真是一种非常有实用价值的技术，它能够在不耗费大量时间和成本的情况下，为工程领域提供可靠的流动分析结果。
气液混输管线起伏管段积液数值模拟
28一、引言气液混输是气田常用的输送方式，具有流程简单、耗能低等特点。
湿天然气在输送过程中，随着管线沿路温度、地形的变化，可能会出现液体水，在低洼处形成积液。
积液的产生，不仅减小了气体的有效输送截面积，降低管道输送效率；还增加了输送阻力，造成能量损耗；且积液在一定的温度和压力下会形成冰水水合物，造成冰堵；同时还会导致管道腐蚀加剧，降低管道的使用寿命；对于起伏管，还会形成段塞流，对管线造成冲击和振动。
因此，对气液混输管线起伏管段进行积液数值模拟具有重要意义。
二、基本控制方程为研究天然气管线起伏段积液规律，采用VOF模型和标准k-ε湍流模型建立求解起伏管段气液混输的数学模型。
假设气液两相间不存在质量传递，其控制方程如下：1.连续性方程连续性方程即动量守恒方程，表示在单位时间内流入控制体内的流体质量与流出控制外的流体质量相等，其表达式如下：()=∂∂+∂∂iix u t ρρ式中：ρ——密度； u——速度； t——时间。
2.动量方程动量方程表示单位时间内在某一给定的流体微元中动量相对于时间的变化率等于该微元体所施加的力：()()()S x p x u u u x x u u t u +∂∂−=∂∂+∂∂−∂∂+∂∂ρρ式中：p——压力；u i ——时均速度； S——源项。
3.能量方程能量方程表示单位时间内流体微元的质量力与流体的表面力对微元所做的功，具体表达式如下：()()()Tp p ST U Tc tT c =∆⋅∆=⋅∆+∂∂λρρ式中：μ——动力黏性系数； ε——耗散能； T——温度。
4.标准k-ε湍流模型()()S Y G G x k x x k u t k +−−++∂∂+∂∂=∂∂+∂∂ρεσµµρρ()()()ερεσµµρερεS k G G G G k C x k x x u t+−++∂∂+∂∂=∂∂+∂∂式中：k——湍动能；μt ——湍流粘度；G k 、G b 、Y m ——时均速度梯度、浮力、湍流脉动扩张产生项；C 1ε、C 2ε、C μ、σk 、σε——湍流系数。
输气管道仿真软件SPS的应用与认识
输气管道仿真软件SPS的应用与认识郑云萍;肖杰;孙啸;华红玲;房国庆【期刊名称】《天然气工业》【年(卷),期】2013(033)011【摘要】SPS(Stoner Pipeline Simulator)是目前国际公认较好的输气管道模拟计算、水力分析及调度运营软件,可对管道输送的单一流体、批次流体或单相混合流体进行模拟.为了更好地发挥SPS在管道运营中的指导作用,提高输气管道管理水平,以中石化川气东送管道为例,利用SPS仿真软件模拟了该输气管道在设计输气量为120×108 m3/a工况下的压力、温度、流量及压缩机运行参数,并分别从建模、有效性检验、调试、工况运行、仿真结果查看以及数据输出等方面定性分析了该软件在应用中存在的不足.分析结果表明:①软件操作较为复杂;②模型中存在不规范术语;③软件编程语言不易掌握;④压缩机运行特性描述过于复杂;⑤会出现不符合水力工况的仿真计算;⑥仿真结果查看不便,数据输出格式无法更改.据此提出以下建议:①加强软件设计公司与用户之间的沟通,进行共同研发;②加快国内输气管道仿真软件的自主研发.【总页数】6页(P104-109)【作者】郑云萍;肖杰;孙啸;华红玲;房国庆【作者单位】西南石油大学石油工程学院;西南石油大学石油工程学院;中国石油西南管道公司重庆输油气分公司;西南石油大学石油工程学院;中国石油青海油田公司英东勘探开发一体化建设项目部【正文语种】中文【相关文献】1.输气管道仿真软件及其在供气调峰中的应用 [J], 吴长春;张鹏;蒋方美2.基于SPS的长距离输气管道破损压降速率分析 [J], 徐嘉爽;邱星栋;李海润;姜鹏3.SPS与TGNET在天然气管网仿真中应用与认识 [J], 苏欣;章磊;刘佳;张琳4.海底输气管道泄漏扩散可视化仿真软件开发 [J], 宋金升;刘超;李长江;肖文生5.护理本科生对医学虚拟仿真软件认识和体验的现象学研究 [J], 张博明;姜贺因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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末段最大储气能力（给定管径）：
dVS 0 dlz
Vs max A*d A*
7
2 2 p p * lz 1max 22 min 2CQ
p
3 1max
p
3 2 min
2 2 2 1.5 ( p1max p2 ) min 2 Q2
C02
T0 6 p0T 2 Z 2 *
—— l z* 为对应于给定管径的最优末段长度。 为什么末段储气能力不随末段长度单调增加？ 当末段长度为多少时，末段储气能力等于 0？
气体充装量（Line pack）：某时刻一个输气管段实际 容纳的气体数量，也叫管存（量）。
最大气体充装量：对应管段的最高压力状态。 末段最小气体充装量：管道终点达到最低允许压力 （合同压力）时末段的气体充装量。 末段储气量（Inventory）： 输气管道末段在某时刻 的气体充装量与最小气体充装量之差 。 末段储气能力（Inventory capacity）：输气管道末 段最大气体充装量与最小气体充装量之差 。
（如电厂）作为缓冲/可中断用户interruptible user)、
要求居民用户配置备用加热装置（如电加热装置） …
短期调峰措施 输气管道末段储气：最有效、最方便、最经济。 储气罐：经济性差，新建天然气供气系统基本上不采用。 地下高压管束。 地下储气库 各类LNG/CNG/LPG设施
2003年北京市高峰周用气流量与管道输气能力的差额
2000
储气库采气量（万方/日)
1500 1000 500 0
0 24 48 72 96 120 144 168
时间（小时）
储气库的采气量 用气缺口
1.2 调峰的类型 按周期划分： • 中长期调峰（季节性调峰）:调峰周期1个月 • 短期调峰：调峰周期＜1个月 • 月调峰、日调峰、周调峰、小时调峰…（2种理解） • 调峰周期越长，调峰的难度和代价越大。
按调峰周期内供需平衡程度划分：
• 总量平衡型： 总供气能力=总需求气量 • 总量欠平衡型：总供气能力总需求气量 • 总量超平衡型：总供气能力总需求气量 注意：由于很难准确预测用气量，因而总量 平衡型调峰问题往往只具有理论意义。
1.3 调峰措施 供气方（supplier）：调整气源供应量、调整输气管道 运行方案、管道末段储气、储气罐或高压储气管束、 地下储气库、调峰型LNG厂、LNG/CNG/LPG辅助气源… 用气方（user）：选择一些可切换燃料的大型企业
中长期调峰措施 地下储气库 各类LNG设施 LPG设施 (掺混空气)
1.4 管道末段储气
末段：从管道最末一个压气站到管道终点的管段。如果 一条输气管道只在其起点设有一个压气站，或者全线没 有压气站，则应该将整条管线看成末段。 最佳短期调峰手段：这种措施一般只能适应用气流量在 短时间内（如一昼夜）周期性波动。如果在设计输气管 道时对末段储气能力有所要求，则在布压气站之前必须 先进行末段设计，包括确定末段的长度、管径与壁厚。 基本原理：利用末段中气体压力的变化及气体的压缩性 改变其中的气体充装量。
末段储气能力的计算
基本假设：末段处于稳态工况 。 已知条件： Q， p1max， p2min，，*，T，d，lz 稳态最高压力状态： p1max 稳态最低压力状态： p1min
Q
p2max p2min
p2 max
p12max Cl z Q 2
2 2 p2 min Cl z Q
p1min
• SCADA系统采集的初始时刻运行参数 注意：尽管初始条件是输气管道动态模拟的定解条件， 但它对模拟结果的影响将随时间延续而衰减。
边界条件
• 边界条件：在整个瞬变过程中系统边界处的流动状态或 相邻边界处流动状态之间的关系，其通常为时间的函数， 反映扰动对瞬变过程的影响。 边界可以分为内边界和外边界两种。 • 外边界：系统与环境的交接处。 例如管道的起点、终点。 • 内边界：系统内部各部分之间的交界处。
高压储气罐：8-20bar，经济性优于低压气柜。
地下高压管束储气：经济性优于低压气柜和高压储气罐。 长输管道末段储气：经济性优于低压气柜、高压储气罐、 地下高压管束。 枯竭气田型 孔隙型 枯竭凝析气田型 枯竭油田型 地下储气库 含水层型 盐穴型 岩洞型 废弃矿井型
洞穴型
冲洗（leaching）造腔
输气管道供气调峰与动态模拟
吴长春 中国石油大学（北京）
1、供气调峰问题概述 2、输气管道非稳态工况产生的原因 3、输气管道非稳态工况物理过程分析 4、输气管道动态模拟的数学模型 5、慢瞬变流问题的隐式中心差分法 6、快瞬变流问题的显式特征差分法 7、输气管道仿真软件简介
中石油的天然气管网布局
西五线 伊宁-鄯善段
陕京一线：北京市用气量变化传播到干线的物理过程？
• 当北京市配气管网用气流量增大时，配气干线中气体充装量 减少，衙门口站出站压力有下降趋势。 • 为维持衙门口站出站压力在16bar设定值，将增大该站调压阀 开度。 • 若不对陕京一线进行提升流量的调节，则其终点压力将逐渐 下降，甚至可能低于规定下限（19bar)，从而导致配气系统 不能正常向用户供气。 • 当北京市配气管网用气流量减小时，若不减小陕京一线流量， 则其终点压力将逐渐升高，管道中气体充装量增加，这种趋 势将逐渐向管道上游传播，有可能导致陕京线管道超压或压 缩机进入喘振工况。 • 非稳态条件下输气管路的流量-压力关系不同于稳态。
正向冲洗法
反向冲洗法
盐 穴 形 状 预 测 与 控 制
2、输气管道非稳态工况产生的原因
常见原因： • 管道终点或中途分气点供气流量变化。 • 管道起点（首站进口处）进气压力变化。 • 管道起点或中途进气点进气流量变化。
• 管道进/分气支线（包括与储气库连接的支线） 接通/关闭。
• 压缩机组或压气站开启/关闭。
注意：不同调峰周期可重叠。某个时间段可能既属于 一个中长期调峰周期，又属于一个短期调峰周期。
调峰分类的参考依据
Flanigan Orin: Underground Gas Storage Facilities Design and Implementation
Peaking: Facilities that require less than 30 days to empty at the rated deliverability.
w2 w2 [(A)(u gs)] [(wA)(h gs)] x 2 x 2 h=h（p, T）
u=u Q （ p, T）
• 6个方程刚好包括p、T、ρ、w、u、h这6个未知函数，从微 分方程通解的角度看，方程组封闭。
初始条件
• 稳态初始条件
• 上一次瞬态模拟终了时刻的状态
VS
VS Vmax Vmin
d 2 p pj max p pj min T0
4 p0 TZ
lz
Vsmax
0
lz*
lmax
x
1.5 储气罐和储气库
低压储气柜 gas holder：干式，湿式
垂直导向式湿式气柜
螺旋导向式湿式气柜
干式气柜
阿曼阿恩型干式气柜
可隆型干式气柜
威金斯干式气柜
• 若用气流量较长时间偏离衙门口门站的设计供气流量， 则陕京线工况的自发变化将导致其不能正常运行。此时 为保证正常供气，必须适当调整陕京线运行方案。
用气流量持续减小时
• 降低压缩机转速 • 关闭部分压缩机甚至压气站 • 多余气体注入储气库 用气流量持续增大时 • 提高压缩机转速 • 增加运行的压缩机或压气站数目 • 从储气库中采气
抓吉 喀纳斯达坂
西四线 喀纳斯达坂-哈密-靖边
霍尔果斯
大庆
西三线 霍尔果斯-福州
哈尔滨 长春
沈阳-哈尔滨
轮南
吐鲁番 红柳 敦煌
陕京四线
秦皇岛-沈阳
陕京三线 陕京一二线
沈阳
大连-沈阳
西二线西段
银川 中卫 格尔木
涩宁兰管道
永清 榆林 靖边
大连LNG 唐山LNG
唐山LNG外输管道
西一线
兰州 泰安 平顶山 南部
压气站
p1max
C, d, lz
p2max
p1min
稳态最高平均压力 稳态最低平均压力
Q
p2min
M+R站
Q 2 ( )
2 p2 2 max p pj max ( p1max ) 3 p1max p2 max 2 2 p2 min p pj min ( p1min ) 3 p1min p2 min
• 干线阀门开启/关闭或调节阀动作。 • 压缩机转速变化。 • 故障或其它原因引起的压缩机特性变化。 • 管道线路发生断裂或漏气事故。 • 埋地管道周围土壤热物理状态（如地温、土壤导热 系数、土壤含水量及地下水运移等因素）变化。
管道终点或中途分气点供气流量变化是最常见原因。
3、输气管道非稳态工况物理过程分析
瞬变类型
快瞬变 • 压缩机（压气站）的开启或关闭
• 干线阀门的启、闭或调节
• 管道支线接通/关闭 • 管道发生断裂或大量漏气
慢瞬变
• 用气量变化 • 管外壁至土壤的传热状况变化 注意：快瞬变和慢瞬变并没有明确界线，例如当用气量 只在短时间内（例如10分钟）发生变化时，所引发的瞬 变过程既可看作慢瞬变又可以看作快瞬变。
1.1 基本概念 调峰（peak-shaving）天然气用户的用气流量一般随 时间变化，而管道输气流量通常比较稳定。为此需要 采取措施解决均衡供气与不均衡用气的矛盾，这些措 施称为调峰措施，而实施调峰措施的过程称为调峰。 调峰是输气管道设计与运行管理过程中需要重点考虑 的问题。
调峰周期: 指调峰问题针对的时间段，可以是一年、 一个季度、一个月、一周或一天，也可以是某特定 时间段（如采暖期/季）。