一种基于压力采样数据进行燃气管网动态仿真的方法与流程

1.本发明涉及燃气管网的动态监测方法，尤其是涉及一种基于压力采样数据进行燃气管网动态仿真的方法。


背景技术：

2.燃气主要指天然气，天然气作为低消耗、高收益、低污染、高效益的无烟工业和战略产业，对国民经济及可持续发展,具有重大战略。通过燃气管网将燃气运送到各家各户，在燃气运送的过程中实时监测燃气管网的压力、流量等信息是杜绝安全隐患的必要手段。
3.随着物联网技术的普及与发展，城市管网的动态监测手段正在逐步走向成熟。现有的燃气管网仿真计算方法，不能精确掌握管网气体流动信息、对于燃气流速异常的状况发现不及时、不能及时发现管网中的逻辑错误。


技术实现要素：

4.本发明针对现有的燃气管网监测方法中难以精确掌握管网气体流动信息、对于燃气流速异常的情况发现不及时、不能及时发现管网中逻辑错误的技术问题，提供了一种能够实时获得管网气体流动信息、监视燃气的异常流量、理顺管网的逻辑关系的基于压力采样数据进行燃气管网动态仿真的方法。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于压力采样数据进行燃气管网动态仿真的方法，其特征在于，在城市燃气市政管网的各个源点、汇点和节点附近，均安装介质压力传感器和大气压力传感器，所述介质压力传感器用于实时监测各点的介质绝压，所述大气压力传感器用于实时监测各点的大气压力，通过迭代算法获得各点的静态绝压差，通过水力计算公式获得燃气在管道内的流速、流向、流量与用气量信息。
6.优选的，通过迭代算法获得各点的静态绝压差的具体步骤为:
7.步骤1，设源点为集合{a}，在所述集合{a}中找到供气压力最高的点，设为a0，所述集合{a}中其他各点元素为(ai)，设节点为集合{b}，所述集合{b}中的任意元素为(bi)，设汇点为集合{c}，所述集合{c}中任意元素为(ci)；
8.步骤2，取各个测点每天24h的数据，找到本地表压最大时介质的绝压值，设为p
绝
，记录所述p
绝
所对应的时间点，读取该时间点a0点的绝压值为p0，求出p
绝-p0，标记为该测点的当日静态绝压差，每天求取，保留绝对值的最小值，迭代一段时间，确定出所有测点相对于a0点的静态绝压差，保留正负号；
9.步骤3，获取所有源点的静态绝压差集合{p
ai静
}，所有节点的静态绝压差集合{p
bi静
}，所有汇点的静态绝压差集合{p
ci静
}。
10.优选的，以任意节点bi为中心，设所连接的管段为gi，i为整数，其相邻点为源点、节点、汇点任意性质的点，根据各点对a0点的静态绝压差值，求出bi点与周围所有相邻点之间的静态绝压值。
11.优选的，获取燃气在管道内流向的方法为：设bi与某相邻点的静态绝压差为
△
pi
静态
，所对应的管段为gi，设某一时刻测得的bi点绝压值为p
bi测
，测得的某相邻点的绝压值为p
邻测
，当p
邻测-p
bi测
‑△
pi
静态
大于0时，则管段gi中的介质流向为从相邻点流向bi点，当p
邻测-p
bi测
‑△
pi
静态
小于 0时，则管段gi中的介质流向为bi点流向相邻点，当p
邻测-p
bi测
‑△
pi
静态
趋于0时，则管段gi中的介质不流动。
12.优选的，设
△
pi
动态
＝p
邻测-p
bi测
‑△
pi
静态
，当
△
pi
动态
》0时，介质从相邻点流向bi点，则pi＝p
bi测
，pj＝p
bi测
‑△
pi
动态
；当
△
pi
动态《
0时，介质从bi 点流向相邻点，则pj＝p
bi测
，pi＝p
bi测

△
pi
动态
，其中，pi为管段进口节点的绝对压力，pj为管段出口节点的绝对压力。
13.优选的，高、中压燃气管段的水力计算公式为：
[0014][0015][0016]
式中：
[0017]
pi、pj——管段进口和出口节点的绝对压力，kpa；
[0018]
l——管段的长度，km；
[0019]
λ——管段的摩擦阻力系数；
[0020]
qk——标准状态下的燃气流量，m3/h；
[0021]
d——管段的内直径，mm；
[0022]
ρ——燃气的密度，kg/m3，在0℃及101.325kpa条件下是0.7174；
[0023]
t——燃气的温度，单位：k，t＝t0 t℃，其中t为介质温度；
[0024]
z——燃气压缩因子，当燃气压力小于1.2mpa时，取1；
[0025]
t0——标准状态下的燃气温度，单位：k，取t0＝273.16k；
[0026]
k——管段内表面当量绝对粗糙度；
[0027]
re——雷诺数。
[0028]
本发明的有益效果是：
[0029]
(1)通过对各点压力的测定，实时获得管网气体流动信息，掌握燃气流向，通过计算获取介质流速，监视燃气的异常流量与突发的大泄露事件；
[0030]
(2)能够顺理管网的逻辑关系，及时发现逻辑错误；
[0031]
(3)能够及时发现卡脖子管段，为管网建设提供设计依据，并为气网调配与可视化管理提供数据支持。
具体实施方式
[0032]
下面将结合本发明的实施例对本发明进行进一步阐述。
[0033]
一种基于压力采样数据进行燃气管网动态仿真的方法，通过在城市燃气市政管网的各个源点、汇点和节点附近安装介质压力传感器和大气压力传感器，实时监测各点的介质绝压与大气压，通过迭代算法获得各点在静态时的绝压之间的相互关系，从而消除高程于压力传感器测量误差等因素对计算结果所带来的影响，具体步骤为：
[0034]
步骤1，设源点为集合{a}，在集合{a}中找到供气压力最高的点，设为a0，其他各点
元素为(ai)，设节点为集合{b}，任意元素为(bi)，汇点为集合{c}，任意元素为(ci)；
[0035]
步骤2，取各个测点每天24h的数据，找到本地表压(p
绝-pa)最大时介质的绝压值(此时本地的流动性为最小)，设为p
绝
，记录该p
绝
所对应的时间点，读取该时间点a0点的绝压值为p0，求出p
绝-p0，标记为该测点的当日静态绝压差，每天求取，保留绝对值的最小值，迭代一段时间，例如30天，确定出所有测点相对于a0点的静态绝压差，保留正负号；
[0036]
步骤3，获得所有源点的{p
ai静
}，所有节点的{p
bi静
}，所有汇点的{p
ci静
}，以任意节点bi为中心，设所连接的管段为gi(i＝1、2、3...)，其相邻点为源点、节点、汇点等任意性质的点，根据各点对a0的静态绝压差值，求出bi点与周围所有相邻点之间的静态绝压值。
[0037]
设bi与某相邻点的静态绝压差为
△
pi
静态
，所对应的管段为gi，设某一时刻测得的bi点绝压值为p
bi测
，测得的某相邻点的绝压值为p
邻测
，如p
邻测-p
bi测
‑△
pi
静态
＞0，则管段gi中的介质流向为从相邻点流向bi点，如p
邻测-p
bi测
‑△
pi
静态
＜0，则管段gi中的介质流向为bi点流向相邻点，如p
邻测-p
bi测
‑△
pi
静态
趋于0，则管段gi中的介质不流动。此处趋于0即等于0或者接近于0。
[0038]
对采集到的信息进行处理，根据处理所得的某点的静态绝压差、绝压值和相邻点的绝压值，得到此点所处管段中介质的流向。
[0039]
设
△
pi
动态
＝p
邻测-p
bi测
‑△
pi
静态
，确定bi点与相邻点的进出口关系(通过“p
邻测-p
bi测
‑△
pi
静态”的值判定流向，进而确定进出口关系)，根据进出口关系设pi＝p
bi测
与pj＝p
bi测
‑△
pi
动态
，或pj＝p
bi测
与pi＝p
bi测

△
pi
动态
，通过计算获得管段gi的流速、流向、流量与用气量信息。
[0040]
高、中压燃气管段的水力计算公式为：
[0041][0042][0043]
式中：
[0044]
pi、pj——管段进口和出口节点的绝对压力，kpa；
[0045]
l——管段的长度，km；
[0046]
λ——管段的摩擦阻力系数；
[0047]
qk——标准状态下的燃气流量，m3/h；
[0048]
d——管段的内直径，mm；
[0049]
ρ——燃气的密度，kg/m3(在0℃及101.325kpa条件下是0.7174)；
[0050]
t——燃气的温度，单位：k，(t＝0 t℃)，其中t为介质温度；
[0051]
z——燃气压缩因子，(当燃气压力小于1.2mpa时，取1)；
[0052]
t0——标准状态下的燃气温度，单位：k，(取t0＝273.16k)；
[0053]
k——管段内表面当量绝对粗糙度；
[0054]
re——雷诺数。
[0055]
重复上述计算，获得所有管段在任意压力状态下的动态流动信息，从而实现管网的动态仿真。
[0056]
通过对各点压力的测定，实时获得管网气体流动信息，掌握燃气流向，通过计算获取介质流速，监视燃气的异常流量与突发的大泄露事件；能够顺理管网的逻辑关系，及时发现逻辑错误；能够及时发现卡脖子管段，为管网建设提供设计依据，并为气网调配与可视化管理提供数据支持。
[0057]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。