天然氣管網(wǎng)輸送仿真方法及實現(xiàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于天然氣管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及天然氣管網(wǎng)輸送仿真方法及實現(xiàn)系統(tǒng)。在全面、系統(tǒng)地研究國外軟件(TGNET、SPS等)的基礎(chǔ)上，使用了當(dāng)前計算天然氣物性最精確的方程式MBWRS狀態(tài)方程，以及利用四階龍格—庫塔(Runge?Kutte)法來求解輸氣管道的穩(wěn)定流動微分方程組。并以C#為工具，結(jié)合了相關(guān)軟件的優(yōu)勢，并充分考慮了初始和邊界條件以及輸氣管道的焦耳——湯姆遜效應(yīng)等，編制了相關(guān)軟件，更適用于壓縮機、管道、閥門、氣田等組成的多氣源任意管網(wǎng)。
【專利說明】
天然氣管網(wǎng)輸送仿真方法及實現(xiàn)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于天然氣儲存調(diào)峰技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及天然氣管網(wǎng)輸送仿真方法及實現(xiàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣作為一次性清潔能源，具有熱值高、便于運輸?shù)忍攸c。利用天然氣能夠改變能源的結(jié)構(gòu)，減少煤炭的運輸量，減輕大氣污染。因此，可以使居民的生活條件得到改善，縮減固體燃料以及廢渣的堆方和運輸，不僅可以保護生態(tài)環(huán)境，還能夠節(jié)約能源，具有一定的經(jīng)濟效益。
[0003]進入二十一世紀(jì)以來，世界天然氣進入了告訴發(fā)展的增長時期，也是我國的天然氣工業(yè)作為城市能源步入成熟的時期。目前，我國的輸氣管網(wǎng)主干已經(jīng)逐漸完成。主要有西氣東輸管線、澀-寧-蘭輸氣管線等，之后還即將開展西氣東輸二線的建設(shè)，于此同時正在進行其它輸氣管線的前期、中期研究工作。我國將會初步建成為全國性或者包含若干個地區(qū)的具有多氣源、多用戶的大型輸氣管網(wǎng)。
[0004]隨著科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，以煤炭為主的一次能源的消耗也逐漸改變。因而天然氣的供應(yīng)量在不斷變化，無論是居民用氣，還是工業(yè)發(fā)電用氣，都呈現(xiàn)出不均勻的用氣規(guī)律。這種規(guī)律使供氣量發(fā)生了大幅度的變化從而出現(xiàn)了用氣的高峰期和低谷期，但氣井尤其是海洋石油平臺的氣源供應(yīng)量卻不能完全隨用氣量的變化而變化。為保證供氣的連續(xù)性和供氣與用氣間的平衡，最有效的手段就是應(yīng)用天然氣儲氣調(diào)峰技術(shù)。
[0005]調(diào)峰問題是在時間變化的條件下，采用一種或幾種的方法使用氣量隨時符合用戶的用氣要求。為了解決這一問題，在規(guī)劃設(shè)計供氣系統(tǒng)時考慮利用一定調(diào)峰設(shè)施的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該在運行輸氣管道的過程中利用調(diào)峰設(shè)施的設(shè)置情況以及用戶用氣量的變化規(guī)律擬定相應(yīng)的，經(jīng)濟上合理并且技術(shù)上可行的調(diào)峰方法。而選擇調(diào)峰方案的最核心的因素就是調(diào)峰周期，根據(jù)調(diào)峰周期的長短可分為短期調(diào)峰和季節(jié)性調(diào)峰。短期調(diào)峰周期短，能夠相對準(zhǔn)確的描述用戶用氣量的變化規(guī)律;而季節(jié)性調(diào)峰周期較長，用戶的用氣量變化較大，很難準(zhǔn)確地表述出周期內(nèi)用戶的具體用氣規(guī)律，因而需采用“削峰填谷”的方法宏觀地考慮調(diào)峰方法。因為輸氣管道系統(tǒng)在調(diào)峰過程中處于非穩(wěn)態(tài)工況下，系統(tǒng)中各處的壓力、溫度和流量等隨時間的變化而呈現(xiàn)復(fù)雜的變化規(guī)律。為了確保輸氣管網(wǎng)的安全、優(yōu)化運行，就必須了解天然氣在輸氣管道中的運行規(guī)律，這通常要進行輸氣管道的動態(tài)模擬研究，才能對輸氣管道系統(tǒng)進行設(shè)計以及改造，進而對管道心痛的調(diào)度管理提供理論指導(dǎo)。
[0006]天然氣輸氣管網(wǎng)的模擬仿真以天然氣在輸氣管道中流動的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)建立的，有穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)仿真以及非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)仿真兩部分。它是一組沒有解析解的非線性偏微分方程組，只可以在一定的條件下簡化、線性化以及數(shù)值化來求解。因而隨著計算機技術(shù)地不斷高速發(fā)展，只有利用計算機來逐步完善數(shù)值計算的方法以求得近似解，把理論聯(lián)系到實際問題中，更為有效地指導(dǎo)調(diào)峰問題，對天然氣輸氣管網(wǎng)的建設(shè)和運行具有重大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是天然氣管網(wǎng)輸送仿真方法及實現(xiàn)系統(tǒng)。通過對多用戶天然氣儲氣調(diào)峰的模擬，為實際管道、儲氣調(diào)峰方式設(shè)計提供指導(dǎo)作用。
[0008]本發(fā)明技術(shù)方案如下:所述的天然氣管網(wǎng)輸送仿真方法及實現(xiàn)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊、編程可視化模塊和報告輸出模塊；
[0009]所述的數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊需輸入天然氣參數(shù)、管道參數(shù)、非管道元件參數(shù)和供用氣規(guī)律；
[0010]所述的編程可視化模塊包括:MBWRS方程、龍格-庫塔、TVD格式和相應(yīng)非管道元件程序，通過以上方程、程序利用C#為工具實現(xiàn)可視化；
[0011]所述的報告輸出板塊包括輸出Word文檔、Exce1、圖表及打印功能。
[0012]所述的天然氣管網(wǎng)輸送仿真方法及實現(xiàn)系統(tǒng)，該軟件能夠?qū)μ烊粴廨敋夤芫W(wǎng)進行靜態(tài)以及動態(tài)仿真模擬，其主要功能包括有:(I)輸氣管網(wǎng)的靜態(tài)模擬，該管網(wǎng)可以為低壓輸氣管網(wǎng)，同時也可以為中高壓輸氣管網(wǎng)；(2)輸氣管網(wǎng)的動態(tài)仿真，通常只針對中高壓輸氣管網(wǎng)進行動態(tài)仿真模擬，由于低壓輸氣管網(wǎng)自身的壓力較小，通常不需要動態(tài)仿真模擬；
(3)利用長輸管道的靜態(tài)、動態(tài)模擬仿真數(shù)據(jù)，得出輸氣管道末段的儲氣能力，能夠有效地指導(dǎo)調(diào)峰，為復(fù)雜用戶的儲氣調(diào)峰方案提供基礎(chǔ)。
[0013]所述的天然氣管網(wǎng)輸送仿真方法及實現(xiàn)系統(tǒng)，(I)采用C#開發(fā)，操作簡單、明確，采用多頁面、積木式的窗口設(shè)計，具有較為直觀的人機界面；(2)利用數(shù)據(jù)庫以及圖形化編制程序，在設(shè)備庫的基礎(chǔ)上添加了各種圖形庫，因此，實現(xiàn)了用圖形的方式來顯示輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)以及圖形顯示和數(shù)據(jù)庫的完美鏈接；(3)充分考慮了初始、邊界條件，以及變徑管的焦耳一湯姆遜效應(yīng)，較為真實地反映了實際輸氣管道的情況，特別是實際輸氣管路中的壓縮機、閥門、變徑管等，系統(tǒng)全面地分析了輸氣管道的壓力、流速和溫度的變化趨勢；(4)軟件的應(yīng)用范圍廣泛，適用于專業(yè)技術(shù)人員、調(diào)度人員以及現(xiàn)場工作人員等；(5)能夠?qū)崿F(xiàn)輸氣管道的可視化以及對歷史數(shù)據(jù)的連續(xù)、精確的仿真模擬；(6)能夠有效地指導(dǎo)調(diào)峰，對復(fù)雜用戶的用氣規(guī)律，能夠提出行之有效的調(diào)峰方案。
[0014]發(fā)明的優(yōu)點
[0015]在深入了解國外軟件(TGNET、SPS等)的基礎(chǔ)上，保證了計算的可靠性和準(zhǔn)確性。操作簡單，明確，具有很強的適用性。使用模塊化編程，有效地結(jié)合了計算的精確性和軟件的直觀性。
[0016](I)采用C#開發(fā)，操作簡單，明確，具有直觀的人機界面，全功能的圖形界面、穩(wěn)定的數(shù)字求解技術(shù)；
[0017](2)充分考慮了初始、邊界條件，以及變徑管的焦耳一湯姆遜效應(yīng)，較為真實地反映了實際輸氣管道的情況;完備的設(shè)備模擬，特別是實際輸氣管路中的壓縮機、閥門、變徑管等;多約束條件設(shè)定、溫度跟蹤、氣體屬性跟蹤，系統(tǒng)全面地分析了輸氣管道的壓力、流速和溫度的變化趨勢；
[0018](3)軟件的應(yīng)用范圍廣泛，適用于專業(yè)技術(shù)人員、調(diào)度人員以及現(xiàn)場工作人員等；
[0019](4)能夠?qū)崿F(xiàn)輸氣管道的可視化以及對歷史數(shù)據(jù)的連續(xù)、精確的仿真模擬；
[0020](5)本軟件可以對輸氣管道的正常工況和事故工況進行分析，測試和評價輸氣管道的設(shè)計或操作參數(shù)的設(shè)置，最終獲得優(yōu)化的系統(tǒng)性能。
【附圖說明】
[0021 ]下面結(jié)合附圖及實施方式對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明:
[0022]圖1為天然氣管網(wǎng)輸送仿真方法及實現(xiàn)系統(tǒng)示意圖；
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖及實施方式對本發(fā)明專利作進一步詳細(xì)的說明:本發(fā)明專利具體涉及天然氣管網(wǎng)輸送仿真方法及實現(xiàn)系統(tǒng)，所述的天然氣管網(wǎng)輸送仿真方法及實現(xiàn)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊、編程可視化模塊和報告輸出模塊；
[0024]所述的數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊需輸入天然氣參數(shù)、管道參數(shù)、非管道元件參數(shù)和供用氣規(guī)律；
[0025]所述的編程可視化模塊包括:MBWRS方程、龍格-庫塔、TVD格式和相應(yīng)非管道元件程序，通過以上方程、程序利用C#為工具實現(xiàn)可視化；
[0026]所述的報告輸出板塊包括輸出Word文檔、Exce1、圖表及打印功能。
[0027]所述的天然氣管網(wǎng)輸送仿真方法及實現(xiàn)系統(tǒng)，該軟件能夠?qū)μ烊粴廨敋夤芫W(wǎng)進行靜態(tài)以及動態(tài)仿真模擬，其主要功能包括有:(I)輸氣管網(wǎng)的靜態(tài)模擬，該管網(wǎng)可以為低壓輸氣管網(wǎng)，同時也可以為中高壓輸氣管網(wǎng)；(2)輸氣管網(wǎng)的動態(tài)仿真，通常只針對中高壓輸氣管網(wǎng)進行動態(tài)仿真模擬，由于低壓輸氣管網(wǎng)自身的壓力較小，通常不需要動態(tài)仿真模擬；
(3)利用長輸管道的靜態(tài)、動態(tài)模擬仿真數(shù)據(jù)，得出輸氣管道末段的儲氣能力，能夠有效地指導(dǎo)調(diào)峰，為復(fù)雜用戶的儲氣調(diào)峰方案提供基礎(chǔ)。
[0028]所述的天然氣管網(wǎng)輸送仿真方法及實現(xiàn)系統(tǒng)，(I)采用C#開發(fā)，操作簡單、明確，采用多頁面、積木式的窗口設(shè)計，具有較為直觀的人機界面；(2)利用數(shù)據(jù)庫以及圖形化編制程序，在設(shè)備庫的基礎(chǔ)上添加了各種圖形庫，因此，實現(xiàn)了用圖形的方式來顯示輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)以及圖形顯示和數(shù)據(jù)庫的完美鏈接；(3)充分考慮了初始、邊界條件，以及變徑管的焦耳一湯姆遜效應(yīng)，較為真實地反映了實際輸氣管道的情況，特別是實際輸氣管路中的壓縮機、閥門、變徑管等，系統(tǒng)全面地分析了輸氣管道的壓力、流速和溫度的變化趨勢；(4)軟件的應(yīng)用范圍廣泛，適用于專業(yè)技術(shù)人員、調(diào)度人員以及現(xiàn)場工作人員等；(5)能夠?qū)崿F(xiàn)輸氣管道的可視化以及對歷史數(shù)據(jù)的連續(xù)、精確的仿真模擬；(6)能夠有效地指導(dǎo)調(diào)峰，對復(fù)雜用戶的用氣規(guī)律，能夠提出行之有效的調(diào)峰方案。
【主權(quán)項】
1.天然氣管網(wǎng)輸送仿真方法及實現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于:包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊、編程可視化模塊和報告輸出模塊； 所述的數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊需輸入天然氣參數(shù)、管道參數(shù)、非管道元件參數(shù)和供用氣規(guī)律； 所述的編程可視化模塊包括= MBWRS方程、龍格-庫塔、TVD格式和相應(yīng)非管道元件程序，通過以上方程、程序利用C#為工具實現(xiàn)可視化； 所述的報告輸出板塊包括輸出Word文檔、Exce 1、圖表及打印功能。2.如權(quán)利要求1所述的天然氣管網(wǎng)輸送仿真方法及實現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于:該軟件能夠?qū)μ烊粴廨敋夤芫W(wǎng)進行靜態(tài)以及動態(tài)仿真模擬，其主要功能包括有:(I)輸氣管網(wǎng)的靜態(tài)模擬，該管網(wǎng)可以為低壓輸氣管網(wǎng)，同時也可以為中高壓輸氣管網(wǎng)；(2)輸氣管網(wǎng)的動態(tài)仿真，通常只針對中高壓輸氣管網(wǎng)進行動態(tài)仿真模擬，由于低壓輸氣管網(wǎng)自身的壓力較小，通常不需要動態(tài)仿真模擬；(3)利用長輸管道的靜態(tài)、動態(tài)模擬仿真數(shù)據(jù)，得出輸氣管道末段的儲氣能力，能夠有效地指導(dǎo)調(diào)峰，為復(fù)雜用戶的儲氣調(diào)峰方案提供基礎(chǔ)。3.如權(quán)利要求1所述的天然氣管網(wǎng)輸送仿真方法及實現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于:(I)采用C#開發(fā)，操作簡單、明確，采用多頁面、積木式的窗口設(shè)計，具有較為直觀的人機界面；(2)利用數(shù)據(jù)庫以及圖形化編制程序，在設(shè)備庫的基礎(chǔ)上添加了各種圖形庫，因此，實現(xiàn)了用圖形的方式來顯示輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)以及圖形顯示和數(shù)據(jù)庫的完美鏈接；(3)充分考慮了初始、邊界條件，以及變徑管的焦耳一湯姆遜效應(yīng)，較為真實地反映了實際輸氣管道的情況，特別是實際輸氣管路中的壓縮機、閥門、變徑管等，系統(tǒng)全面地分析了輸氣管道的壓力、流速和溫度的變化趨勢；(4)軟件的應(yīng)用范圍廣泛，適用于專業(yè)技術(shù)人員、調(diào)度人員以及現(xiàn)場工作人員等；(5)能夠?qū)崿F(xiàn)輸氣管道的可視化以及對歷史數(shù)據(jù)的連續(xù)、精確的仿真模擬；(6)能夠有效地指導(dǎo)調(diào)峰，對復(fù)雜用戶的用氣規(guī)律，能夠提出行之有效的調(diào)峰方案。
【文檔編號】G06Q50/06GK105930557SQ201610224209
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】李秉繁, 馬貴陽, 潘振, 劉培勝, 商麗艷, 冉龍飛
【申請人】遼寧石油化工大學(xué)