一种枝环油气系统拓扑排序节点序列生成方法及系统

本发明涉及油气管网仿真、图数据处理及管道状态采集，具体是指一种枝环油气系统拓扑排序节点序列生成方法及系统。

背景技术：

1、油气集输系统、天然气输配系统及油气处理站场通常由井口、阀室、汇管节点、分输节点、处理设备节点和有向管线共同构成。受多源汇入、并联输送、回流调节、站内旁路及环形供气等工况影响，实际管网往往同时包含树枝段和环路段。水力、热力或能流传递仿真需要按照管线之间的依赖关系依次处理节点，以使上游节点的压力、温度、流量或组分计算结果能够作为后续节点的输入。

2、对于不含环路的有向管网，可根据节点入度执行拓扑排序；对于存在环路的管网，严格意义上的拓扑序不存在。现有处理通常先搜索强连通分量或全部环路，再删除环边、缩点或将环路等效为单一计算对象。该类处理不仅需要独立的环路识别和图结构转换，而且容易直接改变原始管网模型。采用邻接矩阵或关联矩阵保存拓扑时，存储量还会随节点数量或节点与管线数量的乘积增长。

3、此外，油气环路内的实际流向可能随边界压力、阀门状态和负荷变化而反转，模型文件中预先记录的起点、终点不一定始终对应当前物理流向。若在多个候选环边中仅按记录位置任意选择一条边暂时断开，生成的节点顺序可能与当前能流传播方向不一致，并可能在相邻仿真时步中形成不同的断环结果。仅依赖连续压力或瞬时流量符号判断方向时，流量接近零、压力脉动或气液混输又会使方向信号在正负之间反复跳变，导致工作边方向和节点序列频繁重构。

4、另一方面，若采用节流件形成压差以识别流向，节流通道过小会在大流量工况下产生较大永久压力损失；若差压直接作用于尺寸较小的支管或触发件，低压差又可能不足以克服复位力。因而，还需要一种能够在正常流量下形成可用方向压差、在高流量下自动旁通、并将较小压差转换为足以触发稳定端态的轴向驱动力的结构，使所得端态能够与拓扑排序过程直接配合。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决以下技术问题：在不预先搜索全部环路、不缩点并且不改变枝环油气系统原始拓扑的条件下，利用与管线数量线性对应的数据结构生成可供油气系统仿真使用的节点处理序列；在管线可能换向以及多个候选环边并存的情况下，使工作边方向和临时断环位置具有稳定的物理依据；并在不显著限制管线高流量通流能力的条件下，将较小方向压差转换为能够形成离散端态的机械触发事件。

2、在本发明的第一方面，提供一种枝环油气系统拓扑排序节点序列生成方法。

3、所述方法包括：按照枝环油气系统的管线记录顺序构建原始起点列表和原始终点列表，并复制形成工作起点列表s和工作终点列表t；遍历s，将未出现在t中的当前起点作为当前源点写入排序节点序列o，同步删除相同索引处的起点和终点，并在对应终点不存在其他未处理入边时将其写入o；当完整遍历未获得当前源点且s非空时，从剩余工作边中确定候选环边并同步删除一条候选环边；重复上述处理直至s为空，并输出o。工作边的删除仅用于排序期间的依赖消去，不改变原始起点列表、原始终点列表以及原始管线连接关系。

4、优选地，对于设置有管道方向端态采集装置的候选管段，根据两个相反方向的机械触发事件建立能够保持至相反事件出现的方向锁止状态，并据此校正工作边方向；在遍历停滞时对各候选环边分别进行试释放，计算删除该候选环边后无需再次断环即可连续释放的节点数量，优先在方向未决的候选环边中选择连续释放链最长者，在不存在方向未决边时从全部候选环边中选择连续释放链最长者。

5、在本发明的第二方面，提供一种枝环油气系统拓扑排序节点序列生成系统。

6、所述系统包括处理器和存储器，并由所述处理器执行存储于所述存储器中的计算机程序而形成数据构建模块、序列生成模块和仿真执行模块。数据构建模块用于从油气系统数据中构建原始起点列表和原始终点列表；序列生成模块用于在工作列表上执行当前源点释放和遍历停滞时的候选环边删除，以输出排序节点序列；仿真执行模块用于驱动水力求解器、热力求解器或能流传递求解器按照所述排序节点序列依次处理节点。

7、优选地，所述管道方向端态采集装置包括串接于候选管段的管状主体、设置于管状主体内的对称压差发生套以及采集单元；采集单元利用两个活塞的有效受压面积将压差转换为活塞杆和触发件的轴向运动，并通过位于触发件两侧的接触开关形成方向相反的触发事件。

8、优选地，所述压差发生套设置有连通其两端的泄压管路，泄压管路上的压力触发启开单元包括导通方向相反的单向压力阀，使压差发生套在低流量及正常流量时维持方向触发所需的压差，并在高流量时依据流向自动开启相应旁通路径。

9、优选地，所述存储器还存储候选管段的离散方向端态和临时断环边记录；当相邻仿真时步之间未出现相反方向触发事件时复用既有方向端态和排序结果，当出现相反方向触发事件时更新对应工作边方向并重新生成排序节点序列。

10、本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

11、1. 本发明以两个允许节点编号重复的一维列表表示有向管线，在工作副本上通过当前源点释放和遍历停滞时的候选环边删除统一处理枝段与环段，无需预先搜索全部环路或强连通分量，也不需要缩点或修改原始管网模型，存储量与管线数量线性对应。

12、2. 本发明将机械触发形成的离散方向端态用于工作边方向校正，并以候选环边试释放后的连续释放链长度确定临时断环位置，使临时断环的选择同时反映物理方向可靠性和当前剩余依赖的释放效果，降低压力脉动或近零流量造成的节点序列频繁重构。

13、3. 本发明通过两个活塞的有效受压面积将压差发生套两端的较小压差转换为轴向驱动力，并由相对设置的接触开关形成方向事件，使细引压管仅承担压力传递而不承担直接输出推力，从而提高低压差工况下端态触发的可靠性。

14、4. 本发明通过导通方向相反的单向压力阀使泄压管路在正向或反向高流量工况下均能够开启对应旁通路径，在正常流量时保持压差发生套的方向识别能力，在高流量时限制局部压降，实现方向触发灵敏度与管线通流能力的协调。

15、应当理解， 技术实现要素： 部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

1.一种枝环油气系统拓扑排序节点序列生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的枝环油气系统拓扑排序节点序列生成方法，其特征在于，所述原始起点列表和所述原始终点列表中处于相同记录位置的起点编号与终点编号共同表示一条管线，两个列表的长度均等于枝环油气系统的管线总数，并允许同一节点编号在任一列表中重复出现。

3.根据权利要求1所述的枝环油气系统拓扑排序节点序列生成方法，其特征在于，建立已输出节点标识集合；在将当前起点或当前终点写入排序节点序列之前，判断相应节点是否已包含于所述已输出节点标识集合，仅将尚未包含于所述已输出节点标识集合的节点写入排序节点序列，并同步写入所述已输出节点标识集合。

4.根据权利要求1所述的枝环油气系统拓扑排序节点序列生成方法，其特征在于，当遍历停滞时，逐条读取剩余工作边；若一条剩余工作边的起点编号出现于工作终点列表且其终点编号出现于工作起点列表，则将该剩余工作边加入候选环边集合。

5.根据权利要求4所述的枝环油气系统拓扑排序节点序列生成方法，其特征在于，当候选环边集合仅包括一条候选环边时，删除该候选环边；当候选环边集合包括多条候选环边时，按照候选环边在当前工作边列表中的记录顺序选择一条候选环边；

6.根据权利要求1所述的枝环油气系统拓扑排序节点序列生成方法，其特征在于，所述节点编号、管线起点编号和管线终点编号从油气系统的计算机辅助设计数据、地理信息系统数据、管网数据库或仿真模型文件中提取；

7.根据权利要求1所述的枝环油气系统拓扑排序节点序列生成方法，其特征在于，将所述排序节点序列发送至油气系统的水力求解器、热力求解器或能流传递求解器，由所述求解器按照排序节点序列中的节点顺序处理节点参数和相连管线参数，并在环路平衡或迭代过程中继续调用原始管线连接关系中与被删除候选环边相对应的管线。

8.根据权利要求1所述的枝环油气系统拓扑排序节点序列生成方法，其特征在于，还包括：获取候选管段在两个相反方向上的机械触发事件，将仅第一方向触发有效的状态记为正向锁止状态，将仅第二方向触发有效的状态记为反向锁止状态，将未获得有效方向触发的状态记为方向未决状态，并保持最近一次有效的方向锁止状态直至获得相反方向的机械触发事件；依据所述方向锁止状态保留或交换对应工作边的起点编号和终点编号；当遍历停滞时，针对每条候选环边分别复制当前工作起点列表和工作终点列表形成试验工作副本，在各试验工作副本中删除对应候选环边并连续释放当前源点，以连续释放的不同节点数量作为相应候选环边的连续释放链长度；优先从方向未决的候选环边中选择连续释放链长度最大者，不存在方向未决的候选环边时，从全部候选环边中选择连续释放链长度最大者。

9.根据权利要求8所述的枝环油气系统拓扑排序节点序列生成方法，其特征在于，所述机械触发事件由串接于候选管段的管道方向端态采集装置形成；所述管道方向端态采集装置包括管状主体、同轴设置于所述管状主体内的压差发生套以及采集单元，所述压差发生套包括两个相互对称的增压段和位于两个增压段之间的导流段，所述采集单元通过两个引压管分别取得所述压差发生套两端的压力，并利用分别设置在两个容纳腔体内且由同一活塞杆连接的两个活塞将两端压差转换为触发件的轴向位移，以选择性触发位于所述触发件两侧的两个接触开关；所述压差发生套的两端还通过泄压管路连通，所述泄压管路上的压力触发启开单元在两端压差达到开启条件时连通高压侧与低压侧。

10.一种枝环油气系统拓扑排序节点序列生成系统，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序、原始起点列表和原始终点列表，所述计算机程序被所述处理器执行时形成数据构建模块、序列生成模块和仿真执行模块；所述数据构建模块用于获取枝环油气系统的节点编号、管线起点编号和管线终点编号，并按照管线记录顺序建立所述原始起点列表和所述原始终点列表；所述序列生成模块用于复制两个原始列表形成工作起点列表和工作终点列表，识别未出现在工作终点列表中的当前起点，将尚未输出的当前起点写入排序节点序列并同步删除对应工作边，在对应终点不再出现于删除后的工作终点列表时将该终点写入排序节点序列；当完整遍历未获得当前起点且工作起点列表非空时，删除起点编号出现于工作终点列表且终点编号出现于工作起点列表的一条候选环边，并重复上述处理直至工作起点列表为空；其中，工作边的删除不改变两个原始列表；所述仿真执行模块用于将排序节点序列提供给油气系统的水力求解器、热力求解器或能流传递求解器，以使所述求解器按照排序节点序列依次处理枝环油气系统的节点。