一种天然气分配管道网络状态的计算方法与流程

1.本发明涉及一种天然气分配管道网络状态的计算方法。


背景技术：

2.气体分配管道网络是有数百或数千公里的管道和生产的系统，存储和分配中心，压缩站和许多其他设备，如阀门和稳压器。这些类型的系统在高压下工作，并使用压缩站供应到气体足够的能量沿着长距离移动。当气体流过网络时，它会受到能量由于气体管道和内壁之间的摩擦而导致的压力损失，但也是由于气体与环境之间的传热。如果需要的气体必须提供给交货点指定的压力，必须定期恢复沿网络的不期望的压力下降。这个任务通过安装在网络上的压缩站进行，但这些通常会消耗超过3％或5％总天然气运输。另一方面，如果发生气压的增加，则可以超过某些安全限制。在这些情况下，有必要激活紧急机制以避免此类应急。为了应对它，网络具有能够降低压力的压力调节器，直到达到值这在这些限制范围内。如在压缩机站的情况下，这些器件消耗了总数的一小部分由网络运输的天然气。
3.在现有技术中，有不同的模型来描述气体管道内的气体动力学的行为。但是，在大多数情况下，都没有任何参考所用的计算时间，这些模型的准确性有待提高。
4.因此，需要提供一种天然气分配管道网络状态的计算方法，其能够评估不同的操作场景，对于网络管道模型的分配状态计算准确性高。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：提供一种天然气分配管道网络状态的计算方法，其能够评估不同的操作场景，对于网络管道模型的分配状态计算准确性高。
6.本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
7.一种天然气分配管道网络状态计算方法，该方法包括：
8.第一步，建立气体传输模型；
9.第二步，简化气体传输模型；
10.第三步，建立特征方法；
11.第四步，求解模型。
12.第一步，建立气体传输模型,具体包括：
13.基于一维气体流动动态，通过将储存质量，矩和能量的守恒施加到无穷小的气体管道控制体积，利用空间和时间依赖性致密度m(o，t)，张力f(o，t)，速度w(o，t)和温度t(o，t)，其中s是气体管道的横截面积，d为管道的直径，t为气体温度，考虑到气体之间的切向应力和气体管道的内壁和气体之间的热传递及其每单位长度的周围环境的关系，具有以下热传递关系方程：
14.[0015][0016][0017][0018]
为了计算上述公式的解有必要知道热流参数的值δ,为了简化计算，假设管道内存在两种极端的状态，第一种为的温度恒定，即t为常数，第二种未气体呈现绝热的状态，即δ＝0。这两种情况可以被认为是两个极端。等温流量对应于慢速气体内温度变化的动态变化足以被取消以便被取消通过气体管道和周围环境之间的热传导。绝热流量对应于快速动态可以忽略热传导缓慢效应的气体的变化。在实际的管道中，不存在上述两种极端情况，也就是说δ不等于零，和气体管道之间没有热平衡，因此需要用于模拟导热过程的方程。
[0019]
v＝mws
[0020][0021][0022][0023]
其中，δ热流参数的值，v为管道单位时间内的流量。
[0024]
第二步，简化气体传输模型
[0025]
在热传递关系方程中需要忽略摩擦，根据不粘性气体经典动力学的方程，压力波通过气体传播获得没有任何阻尼的声速，而实际气体管道中的流动认为是用于高压气体传输，其中动态变化受到气体流动的波动。根据部分管道和气体常数的常规值，o＝104m，d＝1.2m，t＝4800s，p＝78bar，m＝68kg/m3，w＝25m/s，得到针对关系方程中的变量给出估计简化值如下：
[0026][0027][0028][0029][0030]
随后，使用关系m＝c2v(c为声速)对等温进程有效，以及正常流速条件下的热传递关系v＝mws，得到压力表达模型i
[0031][0032][0033]
最后，考虑到s＝π(d/2)2以及气体管道的流动变化快慢恒定和δ(0，t)是所有长度的平均值在每次间隔dt中的气体管道，上述方程演化出另一个二阶压力表达模型ii
[0034][0035][0036][0037]
第三步，建立特征方法
[0038]
采用特征方法来处理压力表达模型i和ii,假设线性近似，线路的斜率满足条件
[0039][0040]
压力表达模型i和ii可以转化为
[0041][0042][0043]
第四步，求解模型。
[0044]
通过限定差异方程来接近上述方程的每个系数，对于空间变换式，它可以是考虑到管道上任意点(i,n)的前向差异可以被视为其与其前方取样点连线的中点的中心差异，由此可以得到以下第一和二阶空间变换式。其中，i和n分别表示在径向和轴向上按照特定步长取样点的编号，i，n的远点设置在管道径向和轴向的中心。
[0045][0046][0047]
[0048][0049]
根据各个采样点在管道上布置的步长相关性，得到了如下解：
[0050]
(k-j)
×gi-1,n 1
(2k-2)
×gi,n 1
(k j)
×gi 1,n 1
[0051]
＝(-k j)
×gi-1,n
(2a-2)
×gi,n
(-k-j)
[0052]
×gi 1,n
[0053][0054][0055]
申请提供的一种天然气分配管道网络状态的计算方法，具有以下有益效果：各个仿真模拟管道网络的行为；执行网络的气体管道块的互连实例，过降低分布的成本来实现在网络中的过程采用压缩机操纵变量的流动分布的最佳控制。
附图说明
[0056]
图1为本发明提供的一种天然气分配管道网络状态的计算方法的流程图。
[0057]
图2为本发明提供的一种天然气分配管道网络状态的计算方法中对于流体管道的参数标定图。
具体实施方式
[0058]
以下将对本发明提供的一种天然气分配管道网络状态的计算方法作进一步的详细描述。
[0059]
下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有益效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
[0060]
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标。
[0061]
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用一方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0062]
一种天然气分配管道网络状态的计算方法，具体包括：
[0063]
第一步，建立气体传输模型,具体包括：
[0064]
基于一维气体流动动态，通过将储存质量，矩和能量的守恒施加到无穷小的气体管道控制体积，利用空间和时间依赖性致密度m(o，t)，张力f(o，t)，速度w(o，t)和温度t(o，t)，其中s是气体管道的横截面积，d为管道的直径，t为气体温度，考虑到气体之间的切向应
力和气体管道的内壁和气体之间的热传递及其每单位长度的周围环境的关系，具有以下热传递关系方程：
[0065][0066][0067][0068][0069]
为了计算上述公式的解有必要知道热流参数的值δ,为了简化计算，假设管道内存在两种极端的状态，第一种为的温度恒定，即t为常数，第二种未气体呈现绝热的状态，即δ＝0。这两种情况可以被认为是两个极端。等温流量对应于慢速气体内温度变化的动态变化足以被取消以便被取消通过气体管道和周围环境之间的热传导。绝热流量对应于快速动态可以忽略热传导缓慢效应的气体的变化。在实际的管道中，不存在上述两种极端情况，也就是说δ不等于零，和气体管道之间没有热平衡，因此需要用于模拟导热过程的方程。
[0070]
v＝mws
[0071][0072][0073][0074]
其中，δ热流参数的值，v为管道单位时间内的流量。
[0075]
第二步，简化气体传输模型
[0076]
在热传递关系方程中需要忽略摩擦，根据不粘性气体经典动力学的方程，压力波通过气体传播获得没有任何阻尼的声速，而实际气体管道中的流动认为是用于高压气体传输，其中动态变化受到气体流动的波动。根据部分管道和气体常数的常规值，o＝104m，d＝1.2m，t＝4800s，p＝78bar，m＝68kg/m3，w＝25m/s，得到针对关系方程中的变量给出估计简化值如下：
[0077][0078]
[0079][0080][0081]
随后，使用关系m＝c2v(c为声速)对等温进程有效，以及正常流速条件下的热传递关系v＝mws，得到压力表达模型i
[0082][0083][0084]
最后，考虑到s＝π(d/2)2以及气体管道的流动变化快慢恒定和δ(0，t)是所有长度的平均值在每次间隔dt中的气体管道，上述方程演化出另一个二阶压力表达模型ii
[0085][0086][0087][0088]
第三步，建立特征方法
[0089]
采用特征方法来处理压力表达模型i和ii,假设线性近似，线路的斜率满足条件
[0090][0091]
压力表达模型i和ii可以转化为
[0092][0093][0094]
第四步，求解模型。
[0095]
通过限定差异方程来接近上述方程的每个系数，对于空间变换式，它可以是考虑到管道上任意点(i,n)的前向差异可以被视为其与其前方取样点连线的中点的中心差异，由此可以得到以下第一和二阶空间变换式。其中，i和n分别表示在径向和轴向上按照特定步长取样点的编号，i，n的远点设置在管道径向和轴向的中心。
[0096]
[0097][0098][0099][0100]
根据各个采样点在管道上布置的步长相关性，得到了如下解：
[0101]
(k-j)
×gi-1,n 1
(2k-2)
×gi,n 1
(k j)
×gi 1,n 1
[0102]
＝(-k j)
×gi-1,n
(2a-2)
×gi,n
(-k-j)
[0103]
×gi 1,n
[0104][0105][0106]
申请提供的一种天然气分配管道网络状态的计算方法，具有以下有益效果：各个仿真模拟管道网络的行为；执行网络的气体管道块的互连实例，过降低分布的成本来实现在网络中的过程采用压缩机操纵变量的流动分布的最佳控制。
[0107]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，因此以上所述仅为本发明的实施例。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还包括各种等效变化和改进，这些变化和改进都将落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。