天然氣管網輸送仿真方法及實現系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于天然氣管道系統(tǒng)技術領域，具體涉及天然氣管網輸送仿真方法及實現系統(tǒng)。在全面、系統(tǒng)地研究國外軟件(TGNET、SPS等)的基礎上，使用了當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，結合了相關軟件的優(yōu)勢，并充分考慮了初始和邊界條件以及輸氣管道的焦耳——湯姆遜效應等，編制了相關軟件，更適用于壓縮機、管道、閥門、氣田等組成的多氣源任意管網。
【專利說明】
天然氣管網輸送仿真方法及實現系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于天然氣儲存調峰技術領域，具體涉及天然氣管網輸送仿真方法及實現系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]天然氣作為一次性清潔能源，具有熱值高、便于運輸等特點。利用天然氣能夠改變能源的結構，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，具有一定的經濟效益。
[0003]進入二十一世紀以來，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，我國的輸氣管網主干已經逐漸完成。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，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。
[0004]隨著科學技術的進一步發(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用天然氣儲氣調峰技術。
[0005]調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)劃設計供氣系統(tǒng)時考慮利用一定調峰設施的基礎上，還應該在運行輸氣管道的過程中利用調峰設施的設置情況以及用戶用氣量的變化規(guī)律擬定相應的，經濟上合理并且技術上可行的調峰方法。而選擇調峰方案的最核心的因素就是調峰周期，根據調峰周期的長短可分為短期調峰和季節(jié)性調峰。短期調峰周期短，能夠相對準確的描述用戶用氣量的變化規(guī)律;而季節(jié)性調峰周期較長，用戶的用氣量變化較大，很難準確地表述出周期內用戶的具體用氣規(guī)律，因而需采用“削峰填谷”的方法宏觀地考慮調峰方法。因為輸氣管道系統(tǒng)在調峰過程中處于非穩(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復雜的變化規(guī)律。為了確保輸氣管網的安全、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)進行設計以及改造，進而對管道心痛的調度管理提供理論指導。
[0006]天然氣輸氣管網的模擬仿真以天然氣在輸氣管道中流動的數學模型為基礎建立的，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、線性化以及數值化來求解。因而隨著計算機技術地不斷高速發(fā)展，只有利用計算機來逐步完善數值計算的方法以求得近似解，把理論聯系到實際問題中，更為有效地指導調峰問題，對天然氣輸氣管網的建設和運行具有重大的意義。
【發(fā)明內容】
[0007]本發(fā)明是天然氣管網輸送仿真方法及實現系統(tǒng)。通過對多用戶天然氣儲氣調峰的模擬，為實際管道、儲氣調峰方式設計提供指導作用。
[0008]本發(fā)明技術方案如下:所述的天然氣管網輸送仿真方法及實現系統(tǒng)，包括數據導入模塊、編程可視化模塊和報告輸出模塊；
[0009]所述的數據導入模塊需輸入天然氣參數、管道參數、非管道元件參數和供用氣規(guī)律；
[0010]所述的編程可視化模塊包括:MBWRS方程、龍格-庫塔、TVD格式和相應非管道元件程序，通過以上方程、程序利用C#為工具實現可視化；
[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]所述的天然氣管網輸送仿真方法及實現系統(tǒng)，該軟件能夠對天然氣輸氣管網進行靜態(tài)以及動態(tài)仿真模擬，其主要功能包括有:(I)輸氣管網的靜態(tài)模擬，該管網可以為低壓輸氣管網，同時也可以為中高壓輸氣管網；(2)輸氣管網的動態(tài)仿真，通常只針對中高壓輸氣管網進行動態(tài)仿真模擬，由于低壓輸氣管網自身的壓力較小，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)模擬仿真數據，得出輸氣管道末段的儲氣能力，能夠有效地指導調峰，為復雜用戶的儲氣調峰方案提供基礎。
[0013]所述的天然氣管網輸送仿真方法及實現系統(tǒng)，(I)采用C#開發(fā)，操作簡單、明確，采用多頁面、積木式的窗口設計，具有較為直觀的人機界面；(2)利用數據庫以及圖形化編制程序，在設備庫的基礎上添加了各種圖形庫，因此，實現了用圖形的方式來顯示輸氣管網系統(tǒng)以及圖形顯示和數據庫的完美鏈接；(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，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)軟件的應用范圍廣泛，適用于專業(yè)技術人員、調度人員以及現場工作人員等；(5)能夠實現輸氣管道的可視化以及對歷史數據的連續(xù)、精確的仿真模擬；(6)能夠有效地指導調峰，對復雜用戶的用氣規(guī)律，能夠提出行之有效的調峰方案。
[0014]發(fā)明的優(yōu)點
[0015]在深入了解國外軟件(TGNET、SPS等)的基礎上，保證了計算的可靠性和準確性。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)定的數字求解技術；
[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，較為真實地反映了實際輸氣管道的情況;完備的設備模擬，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)軟件的應用范圍廣泛，適用于專業(yè)技術人員、調度人員以及現場工作人員等；
[0019](4)能夠實現輸氣管道的可視化以及對歷史數據的連續(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計或操作參數的設置，最終獲得優(yōu)化的系統(tǒng)性能。
【附圖說明】
[0021 ]下面結合附圖及實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明:
[0022]圖1為天然氣管網輸送仿真方法及實現系統(tǒng)示意圖；
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖及實施方式對本發(fā)明專利作進一步詳細的說明:本發(fā)明專利具體涉及天然氣管網輸送仿真方法及實現系統(tǒng)，所述的天然氣管網輸送仿真方法及實現系統(tǒng)，包括數據導入模塊、編程可視化模塊和報告輸出模塊；
[0024]所述的數據導入模塊需輸入天然氣參數、管道參數、非管道元件參數和供用氣規(guī)律；
[0025]所述的編程可視化模塊包括:MBWRS方程、龍格-庫塔、TVD格式和相應非管道元件程序，通過以上方程、程序利用C#為工具實現可視化；
[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]所述的天然氣管網輸送仿真方法及實現系統(tǒng)，該軟件能夠對天然氣輸氣管網進行靜態(tài)以及動態(tài)仿真模擬，其主要功能包括有:(I)輸氣管網的靜態(tài)模擬，該管網可以為低壓輸氣管網，同時也可以為中高壓輸氣管網；(2)輸氣管網的動態(tài)仿真，通常只針對中高壓輸氣管網進行動態(tài)仿真模擬，由于低壓輸氣管網自身的壓力較小，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)模擬仿真數據，得出輸氣管道末段的儲氣能力，能夠有效地指導調峰，為復雜用戶的儲氣調峰方案提供基礎。
[0028]所述的天然氣管網輸送仿真方法及實現系統(tǒng)，(I)采用C#開發(fā)，操作簡單、明確，采用多頁面、積木式的窗口設計，具有較為直觀的人機界面；(2)利用數據庫以及圖形化編制程序，在設備庫的基礎上添加了各種圖形庫，因此，實現了用圖形的方式來顯示輸氣管網系統(tǒng)以及圖形顯示和數據庫的完美鏈接；(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，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)軟件的應用范圍廣泛，適用于專業(yè)技術人員、調度人員以及現場工作人員等；(5)能夠實現輸氣管道的可視化以及對歷史數據的連續(xù)、精確的仿真模擬；(6)能夠有效地指導調峰，對復雜用戶的用氣規(guī)律，能夠提出行之有效的調峰方案。
【主權項】
1.天然氣管網輸送仿真方法及實現系統(tǒng)，其特征在于:包括數據導入模塊、編程可視化模塊和報告輸出模塊； 所述的數據導入模塊需輸入天然氣參數、管道參數、非管道元件參數和供用氣規(guī)律； 所述的編程可視化模塊包括= MBWRS方程、龍格-庫塔、TVD格式和相應非管道元件程序，通過以上方程、程序利用C#為工具實現可視化； 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.如權利要求1所述的天然氣管網輸送仿真方法及實現系統(tǒng)，其特征在于:該軟件能夠對天然氣輸氣管網進行靜態(tài)以及動態(tài)仿真模擬，其主要功能包括有:(I)輸氣管網的靜態(tài)模擬，該管網可以為低壓輸氣管網，同時也可以為中高壓輸氣管網；(2)輸氣管網的動態(tài)仿真，通常只針對中高壓輸氣管網進行動態(tài)仿真模擬，由于低壓輸氣管網自身的壓力較小，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)模擬仿真數據，得出輸氣管道末段的儲氣能力，能夠有效地指導調峰，為復雜用戶的儲氣調峰方案提供基礎。3.如權利要求1所述的天然氣管網輸送仿真方法及實現系統(tǒng)，其特征在于:(I)采用C#開發(fā)，操作簡單、明確，采用多頁面、積木式的窗口設計，具有較為直觀的人機界面；(2)利用數據庫以及圖形化編制程序，在設備庫的基礎上添加了各種圖形庫，因此，實現了用圖形的方式來顯示輸氣管網系統(tǒng)以及圖形顯示和數據庫的完美鏈接；(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，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)軟件的應用范圍廣泛，適用于專業(yè)技術人員、調度人員以及現場工作人員等；(5)能夠實現輸氣管道的可視化以及對歷史數據的連續(xù)、精確的仿真模擬；(6)能夠有效地指導調峰，對復雜用戶的用氣規(guī)律，能夠提出行之有效的調峰方案。
【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