第四章7節(jié)油氣管道仿真軟件

1、RealPipe 應(yīng)用培訓(xùn)應(yīng)用培訓(xùn)2 2秦沈輸氣管線工況演示秦沈輸氣管線工況演示仿真技術(shù)介紹仿真技術(shù)介紹軟件建模與結(jié)果分析軟件建模與結(jié)果分析RealPipe RealPipe 介紹介紹3 仿真：借助于一個(gè)系統(tǒng)或過程的性能，對(duì)另一個(gè)系統(tǒng)或過程的性能做出模仿性的演示。（分物理模擬與數(shù)學(xué)模擬） 計(jì)算機(jī)仿真：采用數(shù)學(xué)模型描述系統(tǒng)模型或某一工藝過程的特征，以計(jì)算機(jī)編程的方式進(jìn)行模型求解，根據(jù)輸入變量與過程特性計(jì)算輸出變量的數(shù)值。5仿真技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域？ 傳統(tǒng)的工程技術(shù)領(lǐng)域，包括航空、航天、電力、化工以及其他工業(yè)過程控制。 現(xiàn)代仿真技術(shù)日益廣泛地應(yīng)用于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生物等領(lǐng)域，包括交通控制、城市規(guī)劃、資源利用、

2、環(huán)境污染防治、生產(chǎn)管理、市場(chǎng)預(yù)測(cè)、世界經(jīng)濟(jì)的分析和預(yù)測(cè)、人口控制等。管網(wǎng)運(yùn)行管理需要專業(yè)的仿真軟件輔助！管網(wǎng)運(yùn)行管理需要專業(yè)的仿真軟件輔助！為什么要開發(fā)管道仿真軟件？為什么要開發(fā)管道仿真軟件？ 管網(wǎng)發(fā)展迅速使運(yùn)行調(diào)度難度加大管網(wǎng)發(fā)展迅速使運(yùn)行調(diào)度難度加大 傳統(tǒng)的計(jì)算手段無法滿足傳統(tǒng)的計(jì)算手段無法滿足 企業(yè)節(jié)能增效的內(nèi)生動(dòng)力企業(yè)節(jié)能增效的內(nèi)生動(dòng)力4 4大戰(zhàn)略通道大戰(zhàn)略通道9 9萬公里萬公里大型管網(wǎng)大型管網(wǎng) “十二五”期間，天然氣業(yè)務(wù)發(fā)展迅猛，成為中國石油新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。管道新增里程3.2萬公里，總里程達(dá)到6.2萬公里，年管輸調(diào)峰能力達(dá)到2400億立方米，同比增長175%。atmos atmos

3、軟件公司軟件公司n 軟件功能：適應(yīng)介質(zhì)：油、氣、水單相、多相流動(dòng)軟件功能：適應(yīng)介質(zhì)：油、氣、水單相、多相流動(dòng)仿真功能：管網(wǎng)瞬態(tài)仿真、設(shè)備仿真、培訓(xùn)、優(yōu)化仿真功能：管網(wǎng)瞬態(tài)仿真、設(shè)備仿真、培訓(xùn)、優(yōu)化在線仿真，完整性管理、運(yùn)行成本分析等在線仿真，完整性管理、運(yùn)行成本分析等n 計(jì)算引擎：已經(jīng)成熟，并且輕易升級(jí)不了計(jì)算引擎：已經(jīng)成熟，并且輕易升級(jí)不了n 管網(wǎng)建模技術(shù)：可視化、與管網(wǎng)建模技術(shù)：可視化、與CADCAD、GISGIS系統(tǒng)接口等系統(tǒng)接口等n 軟件性能：精度高、穩(wěn)定性好、計(jì)算速度快、通用性強(qiáng)軟件性能：精度高、穩(wěn)定性好、計(jì)算速度快、通用性強(qiáng)軟件產(chǎn)品例如：軟件產(chǎn)品例如：SPSSynerGEE、Ene

4、rgy solutions、Atmos、Flowmaster80%不足：不足： 不能完全滿足國內(nèi)生產(chǎn)需求不能完全滿足國內(nèi)生產(chǎn)需求 需求定制困難需求定制困難 價(jià)格貴、維護(hù)成本高價(jià)格貴、維護(hù)成本高SPS軟件 美國Stoner公司 開發(fā) 被英國Advantica公司收購，2001年 2007年被德國Germanischer Lloyd工業(yè)服務(wù)公司收購) SWS-氣體穩(wěn)態(tài)管網(wǎng)設(shè)計(jì)軟件氣體穩(wěn)態(tài)管網(wǎng)設(shè)計(jì)軟件 SPS-長輸管道動(dòng)態(tài)工況模擬軟件長輸管道動(dòng)態(tài)工況模擬軟件 SPS既可以對(duì)管道系統(tǒng)的水力、熱力工況進(jìn)行仿真，又可以對(duì)管道系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程及結(jié)果進(jìn)行仿真。SPS還設(shè)置了理想化的調(diào)節(jié)器，可以方便的模擬管道系統(tǒng)

5、的控制，如：進(jìn)、出站壓力控制，流量控制等。 Stoner Web SimulatorStoner Web SimulatorStoner Pipeline SimulatorStoner Pipeline Simulator SPS軟件 功能批次跟蹤批次跟蹤混油界面跟蹤混油界面跟蹤減阻劑減阻劑(DRA)(DRA)仿真仿真控制系統(tǒng)仿真控制系統(tǒng)仿真熱力仿真熱力仿真不滿流仿真不滿流仿真非牛頓流體仿真非牛頓流體仿真瞬態(tài)仿真瞬態(tài)仿真壓縮機(jī)仿真壓縮機(jī)仿真用戶產(chǎn)權(quán)跟蹤用戶產(chǎn)權(quán)跟蹤組分跟蹤組分跟蹤管網(wǎng)存活時(shí)間分析管網(wǎng)存活時(shí)間分析清管器跟蹤清管器跟蹤 泄漏檢測(cè)泄漏檢測(cè) 操作員培訓(xùn)操作員培訓(xùn) 通過通過SPSSPS

6、軟件提供的功能模塊和軟件提供的功能模塊和軟件接口，仿軟件接口，仿SCADASCADA系統(tǒng)界面，系統(tǒng)界面，可開發(fā)出培訓(xùn)器操作界面，并可開發(fā)出培訓(xùn)器操作界面，并通過通過OPCOPC與界面進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，與界面進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，從而將后臺(tái)的仿真模型與前臺(tái)從而將后臺(tái)的仿真模型與前臺(tái)的操作界面有機(jī)地結(jié)合起來。的操作界面有機(jī)地結(jié)合起來。在培訓(xùn)器界面上可提供管道全在培訓(xùn)器界面上可提供管道全線的參數(shù)顯示及控制畫面、水線的參數(shù)顯示及控制畫面、水力坡降線和趨勢(shì)圖等，以方便力坡降線和趨勢(shì)圖等，以方便對(duì)管道運(yùn)行人員的操作培訓(xùn)。對(duì)管道運(yùn)行人員的操作培訓(xùn)。 SPS系列軟件 Offline（離線模擬）（離線模擬） SPS/Sim

7、ulator（SPS/離線仿真器） SPS/Trainer（SPS/仿真培訓(xùn)器） Online（在線模擬） SPS/Statefinder（SPS/在線仿真器） SPS/Leakfinder（SPS/泄漏檢測(cè)器） SPS/Predictor（SPS/預(yù)測(cè)分析器）TGNET軟件軟件 TGNET(Transient Gas Network)軟件 美國科學(xué)軟件公司（SSI Scientific Software Intercomp）推出的天然氣集輸管網(wǎng)瞬態(tài)模擬軟件，可以對(duì)大型復(fù)雜的天然氣集輸管網(wǎng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬和瞬態(tài)模擬。 該軟件是最早從國外引進(jìn)的輸氣管道仿真軟件。 該軟件可用于分析含有球閥、止回閥、調(diào)

8、節(jié)閥及壓縮機(jī)等多種元件的管道系統(tǒng)的水力、熱力工況。 TGNET軟件功能 (1) 對(duì)單相流進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬和動(dòng)態(tài)模擬諸如節(jié)點(diǎn)的壓力、流量、溫度、管壁粗糙度等參數(shù)的模擬，以確定最佳的設(shè)計(jì)方案、改擴(kuò)建方案或最有效的操作方式； (2) 對(duì)輸氣管道的正常工況和事故工況進(jìn)行分析測(cè)試和評(píng)價(jià)輸氣管道的設(shè)計(jì)參數(shù)或操作參數(shù)，最終獲得優(yōu)化的系統(tǒng)性能； (3)管網(wǎng)模擬預(yù)測(cè)當(dāng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或配產(chǎn)發(fā)生變化時(shí)，對(duì)管線的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，為生產(chǎn)決策提供有力依據(jù)； (4) 為實(shí)時(shí)模擬軟件的組態(tài)提供建模數(shù)據(jù) SPS與TGNET的異同(1) SPS與TGNET計(jì)算的結(jié)果比較相近。動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果幾乎無差別，兩者均適用于天然均適用于天

9、然氣管網(wǎng)的動(dòng)靜態(tài)仿真氣管網(wǎng)的動(dòng)靜態(tài)仿真。(2) 動(dòng)靜態(tài)模型的模擬速度有所差別。TGNET的模擬速度明顯不如SPS快，特別是動(dòng)態(tài)模擬。(3) 建立模型方式不同。均提供有效性檢驗(yàn)。(4) 結(jié)果查看方式不同。 (5) 邏輯控制方式不同。TGNET幾乎沒有邏輯控制，而SPS則提供了非常豐富的邏輯控制。 (6) 實(shí)現(xiàn)功能有所不同。最新的TGNET 7.2增加了模擬地下儲(chǔ)氣庫的功能。 SPS能夠?qū)崿F(xiàn)在線仿真功能 TGNET通過有效性檢驗(yàn)后，便可進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)模擬；SPS通過有效性檢驗(yàn)后，需要一個(gè)非常重要的INTRAN文件，該文件需要使用者按照SPS自定義的語言進(jìn)行編程，才能進(jìn)行模擬計(jì)算。TGNET靜態(tài)模擬過程

10、中不能隨時(shí)查看結(jié)果，SPS在動(dòng)靜態(tài)模擬過程中均能查看結(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，需要通過建立INGRAF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)；TGNET則不需要編寫任何程序，可以直接查看結(jié)果趨勢(shì)和表。管道仿真原理關(guān)鍵-數(shù)學(xué)模型 + 求解方法(仿真發(fā)動(dòng)機(jī)) 1.1數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 1.2 求解方法求解方法 數(shù)值法包括特征線法、顯式差分法、隱式有數(shù)值法包括特征線法、顯式差分法、隱式有限差分法和迦遼金限差分法和迦遼金(Galerkin)法或變分法。法或變分法。 1.3初始條件和邊界條件初始條件和邊界條件1.1數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 數(shù)學(xué)模型數(shù)

11、學(xué)模型 通過在管道中取一微元段，根據(jù)流體力學(xué)的運(yùn)動(dòng)微分方程和連續(xù)性微分通過在管道中取一微元段，根據(jù)流體力學(xué)的運(yùn)動(dòng)微分方程和連續(xù)性微分方程，建立起全面、確切地描述管道動(dòng)態(tài)過程的基本方程組方程，建立起全面、確切地描述管道動(dòng)態(tài)過程的基本方程組(對(duì)不等溫輸送管對(duì)不等溫輸送管路需補(bǔ)充描述熱力瞬變的能量方程，氣體管道需補(bǔ)充氣體狀態(tài)方程路需補(bǔ)充描述熱力瞬變的能量方程，氣體管道需補(bǔ)充氣體狀態(tài)方程)。其中，。其中，運(yùn)動(dòng)方程和連續(xù)性方程也合稱為水力模型。運(yùn)動(dòng)方程和連續(xù)性方程也合稱為水力模型。 傳熱和摩擦生熱對(duì)管道的水力特性也會(huì)產(chǎn)生很大作用，這種影響可以反映在能量方程中。一個(gè)精確的管道仿真模型經(jīng)常要用到某種形式的熱

12、力模型，如全熱力模型、等溫模型、連續(xù)穩(wěn)態(tài)模型、蛙跳式瞬變熱力模型和假穩(wěn)態(tài)熱力模型等，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的熱力模型。 連續(xù)穩(wěn)態(tài)模型同是由一系列的邊界條件、控制設(shè)定點(diǎn)、設(shè)備狀態(tài)及界面位置所組成的，主要用于跟蹤或計(jì)算管道中油品的運(yùn)動(dòng)。1.2 求解方法求解方法 求解方法有解析法、圖解法和數(shù)值法。數(shù)值法包括特征線法、顯式差分法、隱式有限差分法和迦遼金數(shù)值法包括特征線法、顯式差分法、隱式有限差分法和迦遼金(Galerkin)法或變分法法或變分法采用特征線法和顯式差分法不需求解龐大的非線性方程組，易于求解，但計(jì)算時(shí)間相對(duì)較長隱式有限差分法需要求解的非線性方程組非常龐大，但它能保證數(shù)值的絕對(duì)穩(wěn)定性。利用

13、特殊的有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算方法，可以對(duì)管道中間各點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。迦遼金法（Galerkin）或變分法既具有解析法的特點(diǎn)，又具有數(shù)值解法的特點(diǎn)，與純數(shù)值解法相比，管道單元和時(shí)間步長的選取可大可小，且各管道單元的大小可以不一樣，這就大大提高了求解的靈活性，其算法也具有較高的時(shí)間和空間效率。例如、慶鐵輸油管道運(yùn)行的各種工況，是利用了牛頓雷伏生法對(duì)那些非線性方程組進(jìn)行線性化，然后用高斯消元法進(jìn)行求解。在數(shù)值計(jì)算中采用了松弛因子和變步長等方法，以保證迭代收斂。1.3初始條件和邊界條件初始條件和邊界條件瞬變過程發(fā)生前的初始時(shí)刻，模擬對(duì)象所處的狀態(tài)稱為初始條件初始條件。使用差分方程計(jì)算不穩(wěn)定流動(dòng)過程時(shí)，需要計(jì)算初始

14、條件(t=0時(shí))的參數(shù)，即穩(wěn)定工況下管內(nèi)的壓頭和流量分配，作為瞬變過程計(jì)算的初值。通過穩(wěn)定工況仿真，計(jì)算初始條件下管線上各節(jié)點(diǎn)壓頭、流量，以此作為動(dòng)態(tài)仿真的初值。 邊界條件邊界條件是指模擬對(duì)象邊界處的流動(dòng)狀態(tài)或流動(dòng)狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系式管道瞬變流動(dòng)過程的邊界條件，就是瞬變流動(dòng)過程中，邊界處壓頭、流量與時(shí)間的變化關(guān)系。建立和求解邊界條件，就是使用輔助方程描述管道邊界處壓頭、流量隨時(shí)間變化的某種函數(shù)關(guān)系，聯(lián)立求解輔助方程和對(duì)應(yīng)的特征方程的過程。通過求解邊界條件，把邊界特性傳遞給模擬的管道內(nèi)部節(jié)點(diǎn)。管道系統(tǒng)中的邊界條件有內(nèi)部邊界條件和外部邊界條件之分。2. 管道仿真技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)管道仿真技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 主

15、要集中在主要集中在泄漏檢測(cè)泄漏檢測(cè)順序輸送順序輸送加劑輸送加劑輸送仿真培訓(xùn)仿真培訓(xùn)2.1管道泄露檢測(cè)和分析管道泄露檢測(cè)和分析 目前管道檢漏的方法很多，常用的有兩種。 直接檢漏法：直接檢漏法：直接檢測(cè)石油產(chǎn)品和氣體的泄漏 包括人工分段巡檢法、管道分段試壓法、檢測(cè)電纜法、油檢測(cè)元件法、油溶性壓力管法、漏磁法 間接檢漏法：間接檢漏法：是檢測(cè)因泄漏造成的流量、壓力、聲音等物理參數(shù)變化，包括質(zhì)量或流量平衡法、壓力分布法、負(fù)壓力波法、壓力點(diǎn)分布法、壓力波陣面分布法、放射物檢漏法、聲學(xué)法。2.2順序輸送順序輸送 不同品種的原油：進(jìn)口油 國產(chǎn)油 各個(gè)油田 不同品種的成品油： 汽油 煤油 柴 油 順序輸送產(chǎn)生油

16、品的混合，增加企業(yè)的生產(chǎn)成本。 準(zhǔn)確分析順序輸送時(shí)兩種油品的混油濃度分布對(duì)順序輸送的管理調(diào)度、減少混油損失具有重要意義。 對(duì)管道順序輸送的仿真基礎(chǔ)基礎(chǔ)是建立準(zhǔn)確描述混油過程的數(shù)學(xué)模型，關(guān)鍵關(guān)鍵是解決混油量的計(jì)算問題，并實(shí)現(xiàn)對(duì)混油段的追蹤。2.3加劑輸送加劑輸送加劑輸送的模擬加劑輸送的模擬在仿真軟件中對(duì)減阻劑效應(yīng)的模擬通常是對(duì)水力摩阻系數(shù)進(jìn)行修正： f = m * F式中 f減阻后的水力摩阻系數(shù)； F減阻前的水力摩阻系數(shù); m減阻系數(shù)。影響減阻劑效應(yīng)的因素，如減阻劑的類型、溶解劑的濃度、溫度、管徑、粗糙度及季節(jié)性等因素，其對(duì)減阻劑效應(yīng)的影響比較復(fù)雜。在管道仿真中要全面模擬減阻劑效應(yīng)，必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)

17、試驗(yàn)數(shù)據(jù)，擬合減阻劑性能曲線，或修正所采用的模型計(jì)算減阻系數(shù)。仿真培訓(xùn)仿真培訓(xùn) 仿真培訓(xùn)仿真培訓(xùn) 培訓(xùn)系統(tǒng)真實(shí)模擬實(shí)際管網(wǎng)系統(tǒng)培訓(xùn)系統(tǒng)真實(shí)模擬實(shí)際管網(wǎng)系統(tǒng) 基于精確的水力計(jì)算基于精確的水力計(jì)算 可設(shè)置為圖形界面活可設(shè)置為圖形界面活SCADA界面界面 正常操作培訓(xùn)和突發(fā)事故應(yīng)急反應(yīng)培訓(xùn)正常操作培訓(xùn)和突發(fā)事故應(yīng)急反應(yīng)培訓(xùn) 定期培訓(xùn)考核操作人員定期培訓(xùn)考核操作人員自主產(chǎn)權(quán)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全，提升競(jìng)爭(zhēng)力，培養(yǎng)人才自主產(chǎn)權(quán)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全，提升競(jìng)爭(zhēng)力，培養(yǎng)人才p 國外對(duì)管道仿真技術(shù)封鎖、技術(shù)服務(wù)不到位，制約國內(nèi)管道運(yùn)營企國外對(duì)管道仿真技術(shù)封鎖、技術(shù)服務(wù)不到位，制約國內(nèi)管道運(yùn)營企 業(yè)的發(fā)展；業(yè)的發(fā)展；p 國內(nèi)自主研

18、發(fā)，掌握核心技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展，同時(shí)可根據(jù)需求國內(nèi)自主研發(fā)，掌握核心技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展，同時(shí)可根據(jù)需求 定制功能模塊，更好滿足國內(nèi)生產(chǎn)需要；定制功能模塊，更好滿足國內(nèi)生產(chǎn)需要；p 有利于為企業(yè)培養(yǎng)優(yōu)秀的仿真技術(shù)專家，為國內(nèi)的管道運(yùn)營業(yè)務(wù)提有利于為企業(yè)培養(yǎng)優(yōu)秀的仿真技術(shù)專家，為國內(nèi)的管道運(yùn)營業(yè)務(wù)提 供更好的決策支持。供更好的決策支持。1、GASFLOW軟件2、GPNS軟件3、SimuPipe軟件4、RealPipe-Gas軟件 20102010年，中國石油管道科技研究中年，中國石油管道科技研究中心自主研發(fā)了大型天然氣管網(wǎng)仿心自主研發(fā)了大型天然氣管網(wǎng)仿真軟件真軟件RealPipe-Gas 1.

19、0RealPipe-Gas 1.0。 19971997年，西南石油學(xué)院李長俊等研年，西南石油學(xué)院李長俊等研制了氣體管道靜、動(dòng)態(tài)仿真軟件制了氣體管道靜、動(dòng)態(tài)仿真軟件EGPNSEGPNS。20052005年，中國石油大學(xué)左麗麗開發(fā)年，中國石油大學(xué)左麗麗開發(fā)了輸配氣管網(wǎng)運(yùn)行仿真通用軟件了輸配氣管網(wǎng)運(yùn)行仿真通用軟件SimuPipeSimuPipe。 1995年，西南石油學(xué)院王壽喜等基于靜年，西南石油學(xué)院王壽喜等基于靜態(tài)仿真節(jié)點(diǎn)壓力法、動(dòng)態(tài)仿真特征態(tài)仿真節(jié)點(diǎn)壓力法、動(dòng)態(tài)仿真特征線法研制了天然氣管網(wǎng)靜動(dòng)態(tài)仿真線法研制了天然氣管網(wǎng)靜動(dòng)態(tài)仿真軟件軟件GASFLOW。 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀！國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀！2015201

20、5201220122010201020082008RealPipe 3.0RealPipe 3.0RealPipe 5.0RealPipe 5.0RealPipe 1.0RealPipe 1.0啟動(dòng)國產(chǎn)化進(jìn)程啟動(dòng)國產(chǎn)化進(jìn)程中國石油管道仿真技術(shù)發(fā)展史中國石油管道仿真技術(shù)發(fā)展史2626秦沈輸氣管線工況演示秦沈輸氣管線工況演示軟件建模與結(jié)果分析軟件建模與結(jié)果分析RealPipe RealPipe 介紹介紹管道仿真業(yè)務(wù)背景管道仿真業(yè)務(wù)背景n 仿真的分類特點(diǎn)流程結(jié)構(gòu)已知計(jì)算設(shè)備參數(shù) 或物料性質(zhì)等 變量特點(diǎn)特點(diǎn)特點(diǎn)校核型校核型模擬型模擬型設(shè)計(jì)型設(shè)計(jì)型流程結(jié)構(gòu)、設(shè) 備參數(shù)與物料 性質(zhì)已知優(yōu)化參數(shù)流程結(jié)構(gòu)、設(shè)

21、 備參數(shù)與工況 條件已知工況分析優(yōu)化操作優(yōu)化設(shè)計(jì)n 仿真的主要環(huán)節(jié)物性預(yù)測(cè)系統(tǒng)模型拓?fù)浞治鰯?shù)值求解后處理2929n 系統(tǒng)建模試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式（復(fù)雜或新設(shè)備）試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式（復(fù)雜或新設(shè)備）實(shí)驗(yàn)修正的機(jī)理模型（外推）實(shí)驗(yàn)修正的機(jī)理模型（外推）模型依據(jù)模型依據(jù)代數(shù)方程組（穩(wěn)態(tài)）代數(shù)方程組（穩(wěn)態(tài)）偏微分方程組（瞬態(tài)）偏微分方程組（瞬態(tài)）機(jī)理模型機(jī)理模型經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头植紖?shù)模型（分布參數(shù)模型（空間分布空間分布）集總參數(shù)模型（集總參數(shù)模型（點(diǎn)模型點(diǎn)模型）30 模型方程模型方程模型方程連續(xù)連續(xù)性方程動(dòng)動(dòng)量守恒分流、匯匯合串、并聯(lián)并聯(lián)模型連連接方程模型控制方程能量守恒方程模型控制方程模型控制方程模型連續(xù)方程模型連續(xù)

22、方程連續(xù)性方程連續(xù)性方程動(dòng)量方程動(dòng)量方程能量守恒方程能量守恒方程串、并聯(lián)串、并聯(lián)分流、匯合分流、匯合 Real Pipe的管路流動(dòng)模型xixi-1xi+1 342xvtxgiifkpcTvTTvvTTTDD 0txAA v( )02()xtxxipfvvvghv vD25223(1)exp()dcRTTRT氣體：氣體：BWRS(BWRS(適用于輕烴混合物，尤其是高硫）適用于輕烴混合物，尤其是高硫）n 物性預(yù)測(cè)混合物性混合物性混合物樣本混合物樣本溫度溫度()壓力壓力(kPa)平均絕對(duì)偏差平均絕對(duì)偏差密度14-175237.78101.35344731.16%焓差23-156.67366344.7

23、3172365.117kJ/kg熵值72測(cè)點(diǎn)-156.67148101.35173890.0218kJ/(kg. )20000034521ACDEdZBbRTRTRTRTRTRT n 拓?fù)浞治?將工藝流程圖通過信號(hào)流圖描述，采用矩陣的形式實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)模擬流程結(jié)構(gòu)，為求解模型方程組提供系數(shù)矩陣。單元單元流線流線A1-11B1-1C1-1-1D1-1-1工藝流程圖信息流圖關(guān)聯(lián)矩陣n 后處理 將仿真計(jì)算結(jié)果以趨勢(shì)圖、沿里程分布圖或者使用工藝參數(shù)總表的方式進(jìn)行顯示和輸出，用于工況分析。參數(shù)總表壓力-流量分布圖3535秦沈輸氣管線工況演示秦沈輸氣管線工況演示仿真技術(shù)介紹仿真技術(shù)介紹軟件建模與結(jié)果分析軟件建

24、模與結(jié)果分析管道仿真業(yè)務(wù)背景管道仿真業(yè)務(wù)背景36RealPipe 管道仿真軟件提供一個(gè)圖形化的集成環(huán)境進(jìn)行氣體或液體單相流動(dòng)管網(wǎng)的建模，并對(duì)模型進(jìn)行水力、熱力瞬態(tài)分析。RealPipe-Gas 天然氣管道仿真軟件RealPipe-Gas Optimizer 天然氣管道運(yùn)行優(yōu)化 軟件RealPipe-Product 成品油管道仿真軟件RealPipe-Crude 原油管道仿真軟件穩(wěn)定性穩(wěn)定性 準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性 高效性高效性 RealPipe軟件性能軟件性能3939壓縮機(jī)運(yùn)行仿真天然氣管道設(shè)計(jì)與校核計(jì)算天然氣管道投產(chǎn)計(jì)算分析管道啟停過程分析管道運(yùn)行穩(wěn)定性天然氣管道系統(tǒng)存活時(shí)間天然氣管道清管過程仿真主要

25、功能主要功能應(yīng)用應(yīng)用RealPipe具備功能具備功能設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)物理參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)校核與優(yōu)化篩選物理參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)校核與優(yōu)化篩選投產(chǎn)投產(chǎn)投產(chǎn)方案投產(chǎn)方案運(yùn)行運(yùn)行工況分析工況分析正常工況：?jiǎn)⑼］敗⑦\(yùn)行機(jī)組切換、正常工況：?jiǎn)⑼］?、運(yùn)行機(jī)組切換、 增輸減量輸送；分輸量調(diào)整、增輸減量輸送；分輸量調(diào)整、 最大最小管存確定、最大最小管存確定、 調(diào)節(jié)閥切換、運(yùn)行方案優(yōu)化；調(diào)節(jié)閥切換、運(yùn)行方案優(yōu)化； 水合物生成預(yù)測(cè)；水合物生成預(yù)測(cè)；事故工況：泄漏、堵塞、事故工況：泄漏、堵塞、 干線截?cái)嚅y異常關(guān)閉、干線截?cái)嚅y異常關(guān)閉、 壓縮機(jī)組失效、壓縮機(jī)組失效、 調(diào)節(jié)閥失效、調(diào)節(jié)閥失效、 ESD觸發(fā)后響應(yīng)觸發(fā)后響應(yīng)培訓(xùn)考核培訓(xùn)考

26、核調(diào)度人員培訓(xùn)、認(rèn)證考核調(diào)度人員培訓(xùn)、認(rèn)證考核大部分大部分培訓(xùn)培訓(xùn)n 設(shè)計(jì)參數(shù)校核 難點(diǎn)：輸氣管道長度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜度以及設(shè)備多樣性使得仿真軟件成為管道設(shè)計(jì)的唯一工具。 解決：受昆侖燃?xì)馕校L沙-大瑤 九三-中壓管網(wǎng)長沙長沙- -大瑤模型大瑤模型九三九三- -中壓管網(wǎng)模中壓管網(wǎng)模型型n 投產(chǎn)過程模擬 投產(chǎn)難點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)沒有手段測(cè)量氮?dú)舛螝忸^速度、進(jìn)而控制混氣段長度，混氣段長度增加可能導(dǎo)致投產(chǎn)失敗。 解決：提供給現(xiàn)場(chǎng)合適的注入量和注入壓力，保證氣頭速度5m/s，氣頭壓力0.03表壓。n 水合物生成預(yù)測(cè) 防冰堵難點(diǎn)：需要預(yù)測(cè)水合物生成區(qū)域及生成條件，制定防護(hù)措施以及清管方案。 解決：實(shí)時(shí)計(jì)算管道沿線溫度

27、、壓力、流量分布，結(jié)合水合物預(yù)測(cè)模型，計(jì)算出水合物生成高危位置。n 泄漏 泄漏事故應(yīng)急方案制定難點(diǎn)：不能在實(shí)際管道中進(jìn)行。 解決：通過泄漏模擬，計(jì)算存活時(shí)間、下游用戶分輸調(diào)整方案和恢復(fù)時(shí)間，為合理安排維搶修時(shí)間提供4545元件庫圖元庫建模區(qū)功能區(qū)信息顯示4646秦沈輸氣管線工況演示秦沈輸氣管線工況演示仿真技術(shù)介紹仿真技術(shù)介紹RealPipeRealPipe 介紹介紹管道仿真業(yè)務(wù)背景管道仿真業(yè)務(wù)背景4747運(yùn)行結(jié)果分析系統(tǒng)建模模型驗(yàn)證仿真運(yùn)行運(yùn)行控制邏輯設(shè)置管道仿真管道仿真建模流程建模流程基礎(chǔ)參數(shù)n 管道仿真建模流程4848建立新的工程 點(diǎn)擊軟件圖標(biāo) 選擇流體（gas) 設(shè)置文件名（qs) 設(shè)置

28、保存位置運(yùn)行環(huán)境配置 點(diǎn)擊工具-選項(xiàng) 設(shè)置歷史數(shù)據(jù)間隔時(shí)長 設(shè)置顯示位數(shù) 配置畫布顏色4949常用參數(shù)配置 物性方程 熱、水力模型設(shè)定 設(shè)置常用參數(shù) 組分輸入建立仿真模型 系統(tǒng)流程建模 站場(chǎng)子流程建模 系統(tǒng)與站場(chǎng)聯(lián)接 流程結(jié)構(gòu)參數(shù)配置 腳本控制編程5050操作條件設(shè)定 設(shè)置起始工況 邊界條件設(shè)置 操作參數(shù)輸入 計(jì)算參數(shù)控制工況分析與輸出 分布曲線設(shè)置 趨勢(shì)曲線查看 參數(shù)表分析 計(jì)算圖、表導(dǎo)出5151點(diǎn)擊桌面軟件圖標(biāo)或者開始菜單中點(diǎn)擊啟動(dòng)RealPipe軟件，出現(xiàn)啟動(dòng)界面隨后進(jìn)入RealPipe軟件主界面5252包含20個(gè)常規(guī)氣體組分參數(shù)，可定制化擴(kuò)展。5353和進(jìn)口壓力設(shè)置匹配54545555

29、56565757管路元件：站場(chǎng)、管道、閥門（單向閥、截?cái)嚅y）動(dòng)力設(shè)備：離心壓縮機(jī)站場(chǎng)元件：注入端、分輸端、加熱爐、空冷 器、 旋風(fēng)分離器、除塵器、站內(nèi) 匯管、流量計(jì)、收發(fā)球筒、閥門5858作為來氣邊界模擬上站管線來氣作為來氣邊界模擬上站管線來氣模擬氣源氣、儲(chǔ)氣庫等模擬氣源氣、儲(chǔ)氣庫等模擬吹掃，置換外部來氣模擬吹掃，置換外部來氣LNGLNG終端來氣終端來氣59596060截?cái)嚅y截?cái)嚅y調(diào)節(jié)閥（調(diào)節(jié)閥（壓力，流量）壓力，流量）單向閥單向閥放空閥（設(shè)置流通面積、開啟壓力）放空閥（設(shè)置流通面積、開啟壓力）61616262wbVpCQ)(max(t)()(maxQtfrtQS)()()（max5.0tQt

30、frtQS)()()(max3tQtfrtQS6363閥門開關(guān)曲線及時(shí)間設(shè)置：閥門開關(guān)曲線及時(shí)間設(shè)置：氣體管道：類型根據(jù)實(shí)際設(shè)置，缺少廠家數(shù)據(jù)氣體管道：類型根據(jù)實(shí)際設(shè)置，缺少廠家數(shù)據(jù)時(shí)，通常設(shè)置為線性，開關(guān)閥時(shí)間采用廠家數(shù)時(shí)，通常設(shè)置為線性，開關(guān)閥時(shí)間采用廠家數(shù)據(jù)，一般對(duì)于干線閥門設(shè)置為稍大，站內(nèi)閥門據(jù)，一般對(duì)于干線閥門設(shè)置為稍大，站內(nèi)閥門可以設(shè)置較小?？梢栽O(shè)置較小。6464站內(nèi)短管不做模擬，所以所有的站內(nèi)管道壓降我們需要站內(nèi)短管不做模擬，所以所有的站內(nèi)管道壓降我們需要并入到閥門中去模擬，模擬最重要的原則是如果一個(gè)管并入到閥門中去模擬，模擬最重要的原則是如果一個(gè)管路上有控制閥門，同時(shí)還有手動(dòng)閥

31、門和截止閥，我們需路上有控制閥門，同時(shí)還有手動(dòng)閥門和截止閥，我們需要把主要的閥門壓降放到控制閥門上。要把主要的閥門壓降放到控制閥門上。閥門模擬的原則：閥門模擬的原則：65656666CVCV值的設(shè)定值的設(shè)定廠家給定，或者通過廠家給定，或者通過SCADA 界面界面值反算值反算ZGTtfrcvQPPSo22i)(t)(-t)（注：壓力單位：KPa G=0.5 流量單位：m3/h 溫度單位：K6767 流量控制器：流量控制器：K 0.10.4 Ti 0.052推薦值推薦值K 0.2 Ti 0.1 壓力控制器：壓力控制器：K 15 Ti 25推薦值推薦值K 4 Ti 4 液位控制器：液位控制器：K 25 Ti 25推薦值推薦值K 4 Ti 4 溫度控制器：溫度控制器：K 14 Ti 15推薦值推薦值K