SPS與TGNET在天然氣管網(wǎng)仿真中應(yīng)用與認(rèn)識(shí)

1、第27卷第1期2009年2月天然氣與石油Na tura l Ga s And O ilVol .27,No .1Feb .2009 收稿日期:2007212201作者簡(jiǎn)介:蘇欣(19822,男,四川南充人,碩士,助理工程師,2007年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè),現(xiàn)從事油氣田地面工程設(shè)計(jì)工作。電話:(02886014120。SPS 與TG NET 在天然氣管網(wǎng)仿真中應(yīng)用與認(rèn)識(shí)蘇欣1,章磊1,劉佳2,張琳1(1.中國(guó)石油工程設(shè)計(jì)有限公司西南分公司,四川成都610017;2.中油管道檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司,河北廊坊065000摘要:介紹了天然氣管網(wǎng)水力仿真常用的SPS 和TG NET 軟件,分別應(yīng)

2、用兩種軟件對(duì)某多氣源天然氣管網(wǎng)進(jìn)行了動(dòng)靜態(tài)仿真,仿真結(jié)果表明TG NET 和SPS 的計(jì)算結(jié)果相近;TG NET 在靜態(tài)模擬時(shí)模型的建立和結(jié)果的查看上較方便;SPS 的優(yōu)點(diǎn)在于其動(dòng)態(tài)模擬速度較快,且如果管網(wǎng)越復(fù)雜該優(yōu)勢(shì)越明顯;另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是SPS 能實(shí)現(xiàn)更多的邏輯控制。建議對(duì)于天然氣管網(wǎng)一般靜態(tài)仿真計(jì)算采用TG NET,而復(fù)雜管網(wǎng)的動(dòng)態(tài)計(jì)算推薦采用SPS 。關(guān)鍵詞:天然氣;管網(wǎng);仿真;軟件;應(yīng)用文章編號(hào):100625539(20090120001203文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A0引言目前,國(guó)際公認(rèn)的天然氣管道水力計(jì)算軟件主要有兩個(gè):一個(gè)是英國(guó)ESI 公司的Pi pelineStudi o (TG NET 軟

3、件;另一個(gè)是英國(guó)ADVANTI CA 公司ST ONER P I PEL I N E SI M ULATI O N (SPS 軟件。兩個(gè)軟件的計(jì)算結(jié)果均較可靠,而且在國(guó)際上都得到了廣泛的應(yīng)用,但兩者軟件在建模、求解及結(jié)果顯示等方面均有較大差別,且SPS 的最大特點(diǎn)是不僅可以進(jìn)行離線仿真,還可實(shí)現(xiàn)在線仿真。本文就筆者在使用軟件進(jìn)行天然氣管網(wǎng)仿真中所遇到的問(wèn)題談幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。1相關(guān)基礎(chǔ)資料某天然氣管網(wǎng)布局如圖1(其中119表示管段編號(hào),A1A16表示用戶編號(hào),S1S4表示氣源,其余數(shù)字表示氣量,單位×104m 3/h ,管網(wǎng)相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。管網(wǎng)的設(shè)計(jì)壓力為613MPa,從管網(wǎng)布置示意圖可以看

4、出該管網(wǎng)的類(lèi)型是以多氣源環(huán)狀為主,部分枝狀的天然氣管網(wǎng)。由于氣源多,用戶多,天然氣在管道中的流向隨工況而發(fā)生變化,因此,這樣的管網(wǎng)其水力計(jì)算如果手算或者自行編程計(jì)算都是相當(dāng)圖1某天然氣管網(wǎng)布局示意圖表1管網(wǎng)管段參數(shù)管段81354.41081356.57復(fù)雜和困難的,而且計(jì)算結(jié)果的可靠性也難以保證。因此,采用國(guó)際成熟的專業(yè)軟件SPS和TG NET分別計(jì)算。由于用戶中存在電廠用戶,因此其用氣量隨時(shí)間(每天工作10h變化而改變,各用戶用氣需求量見(jiàn)表2。表2管網(wǎng)各用戶用氣需求表用戶編號(hào)A1A2A3A4A5A6A7A8其余已知參數(shù):氣源S1氣量23181×104m3/h, S2氣量32114&

5、#215;104m3/h,S3的壓力為418MPa,S4氣量23181×104m3/h。分別應(yīng)用SPS和TG NET對(duì)該管網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)模擬。2仿真結(jié)果與認(rèn)識(shí)2.1仿真結(jié)果統(tǒng)一以各用戶的最大用氣需求作為靜態(tài)模擬的參數(shù),而動(dòng)態(tài)模擬的參數(shù)按照不同時(shí)間對(duì)應(yīng)不同氣量輸入模型中。模型的約束條件為各用戶的用氣需求量,氣源S1,S2,S4的氣量和S3的壓力(418 MPa。對(duì)于SPS來(lái)說(shuō)模型必須首先確定選用何種狀態(tài)方程(提供了AG A、BWRS和CNG A三種方程,熱力學(xué)模型(是否絕熱等,輸入氣源及各用戶的壓力或氣量?jī)烧邊?shù)之一,而管道則需要輸入管徑、壁厚、長(zhǎng)度等參數(shù);TG NET對(duì)氣源來(lái)說(shuō)可以不控

6、制任何參數(shù),但這樣管網(wǎng)就少了一個(gè)約束,需要在其它節(jié)點(diǎn)處增加一個(gè)約束以滿足約束條件,其節(jié)點(diǎn)只能控制壓力(SPS的管道連接處的節(jié)點(diǎn)既可控制流量也可控制壓力,另外TG NET提供了AG A,Pan (A,Pan(B,W ey mouth和Colebr ook五種計(jì)算公式,其余設(shè)置與SPS大致相同(當(dāng)然不同設(shè)備的設(shè)置在兩個(gè)軟件中肯定有所不同,在此不一一敘述。具體的建模過(guò)程不再贅述。為比較兩個(gè)軟件計(jì)算結(jié)果,選取所有氣源及用戶A2,A5,A8,A9,A10,A11和A14節(jié)點(diǎn)的壓力計(jì)算結(jié)果作對(duì)比,見(jiàn)表3(選擇BWRS和Colebr ook進(jìn)行計(jì)算13。表3管網(wǎng)動(dòng)靜態(tài)仿真模擬結(jié)果對(duì)比表P/M Pa S1S2

7、S4A2A5從表3可以看出,兩者計(jì)算結(jié)果十分相近:靜態(tài)模擬壓力結(jié)果明顯小于動(dòng)態(tài),這是由于靜態(tài)情況下各用戶的用氣量是穩(wěn)定的,沒(méi)有發(fā)生變化,整個(gè)管網(wǎng)的氣量達(dá)到最大(但并不是管網(wǎng)的最大通過(guò)能力,故各節(jié)點(diǎn)壓力明顯較小;而動(dòng)態(tài)模擬時(shí),在電廠關(guān)閉后,氣量處于供大于求,多余的氣量?jī)?chǔ)存在環(huán)狀管網(wǎng)中,使得整個(gè)管網(wǎng)壓力升高,而電廠的啟停時(shí)間間隔小于整個(gè)管網(wǎng)壓力降低所需的時(shí)間,故電廠正常運(yùn)行后壓力的最低值也比靜態(tài)的壓力值高。這就是環(huán)狀管網(wǎng)的儲(chǔ)氣調(diào)峰作用,因此,為更加符合實(shí)際工況,一般采用動(dòng)靜態(tài)模擬相結(jié)合的方式,對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行仿真。同時(shí),說(shuō)明在確定管網(wǎng)管徑時(shí),如果靜態(tài)模擬結(jié)果顯示不能滿足某節(jié)點(diǎn)壓力要求時(shí),并不一定要繼續(xù)調(diào)

8、整管徑,因?yàn)橥ㄟ^(guò)動(dòng)態(tài)模擬有可能發(fā)現(xiàn)完全能夠達(dá)到該用戶用氣壓力要求。例如用戶A10的壓力要求為410MPa,而靜態(tài)模擬顯示只有319MPa 左右,但動(dòng)態(tài)結(jié)果表明該節(jié)點(diǎn)的最小壓力也有4119 MPa,完全能夠滿足該用戶的用氣要求,沒(méi)有必要增2天然氣與石油2009年大管徑。很明顯管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力也需要按照動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果進(jìn)行確定,按靜態(tài)結(jié)果確定的設(shè)計(jì)壓力明顯偏小。2.2認(rèn)識(shí)通過(guò)使用兩個(gè)軟件,發(fā)現(xiàn)二者有共同之處,也有差別:a.從表3可以看出兩個(gè)軟件計(jì)算的結(jié)果非常相近,特別是動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果幾乎沒(méi)有差別,可見(jiàn)兩者均適用于天然氣管網(wǎng)的動(dòng)靜態(tài)仿真模擬。b .動(dòng)靜態(tài)模型的模擬速度有所差別。TG NET 的仿真模擬速度明顯

9、不如SPS 快,特別是動(dòng)態(tài)模擬。該管網(wǎng)用TG NET 進(jìn)行模擬耗時(shí)約5m in,而SPS 幾乎在幾秒之內(nèi)便得到穩(wěn)定的結(jié)果。因此,對(duì)于大型復(fù)雜的管網(wǎng)建議使用SPS 軟件進(jìn)行仿真計(jì)算。c .建立模型方式不同。兩者模型建立好后,均提供了有效性檢驗(yàn),即查錯(cuò)模式,方便使用者快速查找出模型中的錯(cuò)誤。TG NET 一旦有效性檢驗(yàn)通過(guò)后,便可進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)模擬;但SPS 在模型建好,通過(guò)有效性檢驗(yàn)后,仍然不能進(jìn)行計(jì)算,因?yàn)橥暾腟PS 模型還需要一個(gè)非常重要的I N T RAN 文件,該文件需要使用者按照SPS 自定義的語(yǔ)言進(jìn)行編程,才能進(jìn)行模擬計(jì)算。圖2SPS 仿真結(jié)果界面d .結(jié)果查看方式不同。TG NET

10、靜態(tài)模擬過(guò)程中不能隨時(shí)查看結(jié)果,SPS 在動(dòng)靜態(tài)模擬過(guò)程中均能查看結(jié)果,但在動(dòng)態(tài)時(shí)其結(jié)果隨時(shí)間變化快不易查看,需要通過(guò)建立I N GRAF 文件,運(yùn)行GRAF 后,才能查看軟件自行生成了OUTGRAF 結(jié)果文本文檔(靜態(tài)也一樣;TG NET 則不需要編寫(xiě)任何程序,可以直接查看結(jié)果趨勢(shì)和表。圖2是SPS 仿真模擬過(guò)程,一旦啟動(dòng)計(jì)算,該圖隨即出現(xiàn)(用戶必須先定義該圖里需要查看哪些參數(shù),而圖3是TG NET 仿真模擬計(jì)算完成后才會(huì)出現(xiàn)的。圖3TG NET 仿真結(jié)果界面e .邏輯控制方式不同。TG NET 幾乎沒(méi)有什么邏輯控制,而SPS 則提供了非常豐富的邏輯控制,這是源于其I N TRAN 文件的強(qiáng)

11、大功能,在I N TRAN 文件中,使用者可以按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況提前定義閥門(mén)、壓縮機(jī)、泵等設(shè)備在指定情況下的開(kāi)啟和停止。而且TG NET 模型一旦運(yùn)行,在運(yùn)行過(guò)程中不能改變?nèi)魏螀?shù),而SPS 在模型是否運(yùn)行,都不影響其參數(shù)的變化,而且模擬圖示會(huì)立即反映出因某個(gè)參數(shù)變化后系統(tǒng)壓力、流量等參數(shù)的變化趨勢(shì)。SPS 還可模擬在某些危險(xiǎn)情況下,自動(dòng)開(kāi)啟某些閥門(mén)或停止某些設(shè)備等工況,而TG NET 則基本沒(méi)有這項(xiàng)功能。另外在動(dòng)態(tài)模擬中,有的用戶的用氣量是隨時(shí)間有規(guī)律的變化,因此,SPS 提供了自動(dòng)循環(huán)語(yǔ)句,即只需要輸入一個(gè)周期的數(shù)據(jù)后,使用“RAMP RE 2PE AT =YES ”語(yǔ)句,軟件就自動(dòng)無(wú)限重復(fù)

12、該周期,這樣減少了輸入的數(shù)據(jù);而TG NET 則是通過(guò)另一種方式實(shí)現(xiàn)該功能,即完成一個(gè)周期模擬后,可以重新啟動(dòng)動(dòng)態(tài)模擬,選擇是否以上次結(jié)果作為本次模擬的初始狀態(tài),重復(fù)的選擇后達(dá)到循環(huán)功能,明顯SPS 更為方便。f .實(shí)現(xiàn)功能有所不同。兩者均可進(jìn)行一般的天然氣管網(wǎng)仿真計(jì)算,但最新的TG NET712增加了模擬地下儲(chǔ)氣庫(kù)的功能,SPS 暫無(wú)此功能。但SPS 能夠?qū)崿F(xiàn)在線仿真功能,只要與SCADA 系統(tǒng)結(jié)合,對(duì)該軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),便能方便的實(shí)現(xiàn)在線仿真。3建議通過(guò)對(duì)SPS 和TG NET 在天然氣管網(wǎng)仿真中的應(yīng)用,總結(jié)了二者的特點(diǎn),建議:(下轉(zhuǎn)第10頁(yè)3第27卷第1期蘇欣,等:SPS 與TG NET

13、 在天然氣管網(wǎng)仿真中應(yīng)用與認(rèn)識(shí)后管道全線溫度隨時(shí)間變化的情況。從而根據(jù)油品性質(zhì)就可以確定出管道的安全停輸時(shí)間8。圖3 春秋季時(shí)沿線溫降圖圖4夏季時(shí)沿線溫降圖4結(jié)束語(yǔ)通過(guò)建立熱油管道土壤、油品、管壁傳熱方程,結(jié)合邊界條件、連接條件、初始條件等,對(duì)其進(jìn)行數(shù)值求解,可以計(jì)算出管道停輸后的溫降規(guī)律, 從而為圖5冬季時(shí)沿線溫降圖更合理地確定管道的不同季節(jié)的安全停輸時(shí)間提供了計(jì)算依據(jù)。參考文獻(xiàn):1羅塘湖.含蠟原油流變特性及其管道輸送M .北京:石油工業(yè)出版社,1991.2古賓B E .高粘高凝原油和成品油管道輸送M .陳祖澤譯.北京:石油工業(yè)出版社,1997.3張帆.馬-惠線、紅-惠線應(yīng)用降凝劑進(jìn)行原油混

14、輸?shù)难芯縅 .油氣儲(chǔ)運(yùn),1988,7(5:21224.4楊筱蘅,張國(guó)忠.輸油管道設(shè)計(jì)與管理M .東營(yíng):石油大學(xué)出版社,1996.5.原油和油品管道的熱力與水力計(jì)算M .羅塘湖譯.北京:石油工業(yè)出版社,1981.6黃福其,張家猷,羅塘湖.地下輸油管熱工計(jì)算J .石油學(xué)報(bào),1980,1(1:77291.7李長(zhǎng)俊,李丙文.熱油管道停輸數(shù)值模擬J .油氣儲(chǔ)運(yùn),2001,20(7:28231.8謝依楊.含蠟原油管道安全停輸時(shí)間的確定J .油氣儲(chǔ)運(yùn),2001,20(8:22223.(上接第3頁(yè)a.如果用氣量變化不大或沒(méi)有變化的靜態(tài)模擬,采用TG NET 軟件,其仿真速度雖沒(méi)SPS 快但結(jié)果查看十分方便。b

15、 .如果進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,且需要進(jìn)行多種邏輯控制則使用SPS 進(jìn)行仿真。c .盡快對(duì)SPS 進(jìn)行更多的二次開(kāi)發(fā),開(kāi)發(fā)出人機(jī)界面友好且理解和操作方便的二次軟件,利用SPS 軟件加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)工作人員、工程師等的仿真培訓(xùn),進(jìn)一步推廣該軟件的應(yīng)用。參考文獻(xiàn):1油田油氣集輸設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)編寫(xiě)組.油田油氣集輸設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)M .北京:石油工業(yè)出版社,1995.2蘇建華,許可方,宋德琦,等.天然氣礦場(chǎng)集輸與處理M .北京:石油工業(yè)出版社,2004.3G B 50251-2003,輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范S.01天然氣與石油2009年S ELECTED ABS TRACTS NAT URAL GAS AND O I L(B

16、 I M ON THLYO I L&GAS TRANSP O RTAT I O N AN D ST O RAGEAppli ca ti on of SPS and TGNET i n Na tura l Ga s P i peli n e Network S i m ul a ti onSu Xin,Zhang Lei,Zhang L in(China Petr oleu m Engineering CO.,L td.South west Company,Chengdu,Sichuan,610017,China L iu J ia(China Petr oleum Pi peline

17、I ns pecti on,Langfang,Hebei,065000,ChinaNGO,2009,27(1:123ABSTRACT:SPS and TG NET commonly used in hydraulic si m ulati on of natural gas p i peline net w ork are intr oduced and app lied t o static and dyna m ic si m ulati on of a multi2gas s ources p i peline net w ork.The si m ulati on shows that

18、 results fr om SPS are si m ilar t o those fr om TG NET.TG NET has such advantage as convenient model establish ment and result dis p lay in static si m ulati on and SPS has such advantage as fast dyna m ic si m ulati on s peed and the advantage is obvi ous in case of more comp lex p i peline net w

19、ork.SPS has an advan2 tage of more l ogic contr ol.Finally,it is suggested that TG NET is app lied t o general static si m ulati on and SPS is app lied t o dyna m ic si m ulati on of comp lex p i peline net w ork.KE Y WO R D S:Natural gas;Pi peline net w ork;Si m ulati on;Soft w are;App licati onPre

20、sen t St a tus and Prospect of Flu i d Pressure Energy Recovery i n Na tura l Ga s Tran s m issi on and D istr i buti onZheng Zhi,W ang Shuli,Song Q i,Xie Lei(J iangsu Polytechnic University,Changzhou,J iangsu,213016,ChinaW ang Ting(South west Petr oleu m University,Chengdu,Sichuan,610500,ChinaNGO,2

21、009,27(1:11215ABSTRACT:I ntr oduced is the p ressure energy recovery mechanis m,analyzed are the current recovery p r ocess fl ows and its technical and econom ical perfor mances,forecasted are devel opment tendency and app licati on p r os pect of p ressure energy recovery in the future and devel o

22、ped is reas onable p ressure energy st orage and peak shaving sche me.KE Y WO R D S:Natural gas;Pressure energy recovery;LPG;Cold energy;Pi peline net w ork;St orage;Peak shavingSpeed Con trol of P i g i n Ga s P i peli n eJ in Chaowen(Sichuan O il Field Constructi on Co.,Chuandong B ranch,Longchang

23、,Sichuan,642150,ChinaNGO,2009,27(1: 31235ABSTRACT:The p ig will be bl ocked or p ig receiver will be da maged in case p ig s peed cannot be contr olled p r operly when p ig is pushed f or ward by comp ressed air.The p ig s peed shall be calculated and f orecasted thr ough effective measures t o cont

24、r ol the p igging s peed within safe and reliable range.I n South Trunk L ine p r oject of Sichuan,p igging s peed calculati on methods were app lied app r op ri2 ately,air comp ress ors were reas onably shifted and operati on durati on of air comp ress ors was reduced.The p ig s peed contr ol p rinci p le described herein can be referred in gas p i peline p igging operati on.KE Y WO R D S:Gas p i peline;Pig s peed contr ol;Calculati on;Operati onO I L&GAS TREAT I NG AND PR OCESS I NGTran sfor ma ti on and Appli ca ti on of H i gh Pressure D ehydra ti on Techn i que of