国外管道仿真技术发展状况

计算机仿真技术已在管道工业中的设计、运行管理和人员培训等方面得到了广泛的应用。管道仿真软件为动态水力工况分析、确定运行方案以及管道泄漏的检测和分析等提供了强有力的工具。从离线仿真和在线仿真（实时仿真）两个方面，分别介绍了国外管道仿真技术的发展及其应用，并着重介绍了在线仿真软件的各模块功能以及它们之间的联系。     

配置燃驱压缩机组的输气管道高温运行工况模拟

对于配置燃驱机组的长输天然气管道,高温天气易导致燃气轮机最大输出功率和运行效率降低,使得管道输气流量减小。利用SPS软件对中亚天然气管道的夏季高温运行工况进行瞬态仿真,并基于实际生产数据采用"移动曲线"方法校正软件的输入参数,从而使仿真结果与实际工况的偏差在合理范围内。通过分析燃气轮机功率特性及管道工况变化规律,从运行调控角度提出了压力控制与最大可用功率控制相结合的全线压缩机组控制模式,有效保证了高温运行工况下气源按合同进气,并降低自耗气量。     

基于分而治之思想的天然气管网仿真方法北大核心

随着天然气管网规模不断扩大,其拓扑结构越来越复杂,管网瞬态仿真过程所需的计算量及计算耗时都迅速增长。基于分而治之思想提出了一种简单高效的仿真方法:先求解天然气管网中各元件之间的连接点,进而将管网分解成若干条独立的管道,然后逐一求解每一条管道的水力参数和热力参数,连接点和管道的求解分别采用简单高效的共轭梯度和三对角矩阵算法。通过实例对比分而治之方法与SPS软件,结果表明:该方法计算精度与SPS软件相当;仿真速度与SPS软件处于同一量级,且超过SPS软件的1.5倍;对于管网规模的适应性与SPS软件相当,甚至当管网规模较大时,适应性更优。     

秦京输油管道仿真培训系统

针对秦京(秦皇岛-北京)输油管道的实际运行状况,应用国外先进的仿真软件Stoner Pipeline Simulator(SPS)建立了该管道的离线电子管道系统,并借助Visual Basic(VB)程序开发语言,开发了与现场一致的SCADA系统操作界面,应用SPS软件与VB评议语言接口,建立了前台操作界面与后台电子管道之间的实时联接,使操作人员能通过系统界面上直观的设备命令来驱动后台的离线电子管道系统.该仿真系统用于员工培训和管道运行工况分析,可为输油管道的实际运行提供科学依据.     

基于分而治之思想的天然气管网仿真方法

随着天然气管网规模不断扩大,其拓扑结构越来越复杂,管网瞬态仿真过程所需的计算量及计算耗时都迅速增长。基于分而治之思想提出了一种简单高效的仿真方法:先求解天然气管网中各元件之间的连接点,进而将管网分解成若干条独立的管道,然后逐一求解每一条管道的水力参数和热力参数,连接点和管道的求解分别采用简单高效的共轭梯度和三对角矩阵算法。通过实例对比分而治之方法与SPS软件,结果表明:该方法计算精度与SPS软件相当;仿真速度与SPS软件处于同一量级,且超过SPS软件的1.5倍;对于管网规模的适应性与SPS软件相当,甚至当管网规模较大时,适应性更优。     

三塘湖输油管道大落差地区的水击保护

大落差输油管道由于高差产生巨大的静水压力,因此,在设计中确保其在高承压下安全、平稳运行至关重要.结合三塘湖原油外输管道设计,采用离线仿真软件SPS建立三塘湖原油外输管道模型,进行稳态、瞬态模拟,并根据不同输送工况参数,采取设置减压站、变壁厚设计、站场安装泄压阀和压力调节阀、SCADA系统的水击超前保护程序等措施,制定预先保护方案,从而实现管道安全、平稳运行.     

在线仿真和离线仿真的建模机理

采用GL公司的SPS动态模拟分析软件建立延安-西安成品油管道系统在线实时监控系统和离线仿真培训系统模型.在线实时仿真需要从SCADA系统中实时获得模型驱动所需要的关键性数据.SPS在线仿真基于"黑箱"理论,主要利用管道两端的压力、流量、温度等数据对管道的水力状态进行模拟仿真,可以用于仪表分析,管道泄漏检测和定位,清管球...     

变频调速技术在某成油品管道的应用

为了避免传统工频定速电机产生的能量损失,在输油泵机组上应用变频调速技术,可以满足管道低输量运行工况的要求,达到节能目的.详细叙述了变频调速的工作原理,以实际运行的某成品油管道为例,选用SPS仿真软件对固定转速泵和采用变频调速技术的可变转速泵在不同输量运行工况下分别进行了模拟仿真,据此对比分析了机组加装交频装置前后的节能效果,并进一步评价了输油泵应用变频技术后带来的经济效益.     

成品油管道的混油长度计算方法

针对成品油管道顺序输送工艺预测混油量是制定混油处理方案的基础。为得到适用于肯尼亚1号线成品油管道的混油计算公式,现场采集了管道1个月内多个运行批次产生的实际混油长度数据,并对现场数据进行整理和分析,识别出影响混油长度的主要因素。应用目前常用的混油计算公式、Austin和Palfrey公式、扩散理论推导的公式、格拉管道经验公式及SPS仿真软件分别进行混油长度计算,并与现场实测值进行对比。根据对比情况,逐一分析了造成各公式计算结果差异的原因以及各公式的适用性,进而得出适用于肯尼亚1号线成品油管道的混油计算公式。     

中亚天然气C线管道SPS仿真模拟

中亚天然气C线管道属于典型的输送压力高、流量大、管道跨度大、压气站数目多、输送工艺复杂的输气管道。为研究中亚天然气C线管道正常工况和事故工况下水热力参数的变化规律以及各种事故下管道的自救时间,采用SPS软件建立了中亚天然气C线管道仿真模型。模拟了正常工况下管道全线压力和温度参数,模拟结果与实际运行数据最大相对误差分别为1.90%和12.24%,验证了模型的可靠性;在此基础上分析了环境温度和管道粗糙度变化对全线输气效率的影响规律,确定了各种事故工况下管道最长的自救时间,可为中亚天然气长输管道运行管理提供参考。     

TGNET和SPS在甬台温输气管道设计中的比较

结合甬台温输气管道,分别从建模、有效性检验、工况运行和结果读取4个方面定性分析TGNET和SPS软件在管道工程设计应用中的异同,对多气源管道的稳态动态模拟、最大储气能力和最大输气能力进行计算,并对结果进行定量比较.在相同设置、相同参数的情况下,两款软件的计算结果相近,但又各具特点:TGNET通过实物建模,操作简单、易于掌握,适用于稳态模拟和简单动态模拟;SPS可采用实物和文本编程两种方式建模,其Intran文件逻辑编辑功能强大,并可分段导入中线成果数据,生成断面线,可以随时查看运行结果、调整输入参数,交互性能好.基于此,提出建议:当需要中线成果数据导入及进行动态模拟时,特别是需要模拟多种逻辑控制的复杂管网,SPS明显优于TGNET,在其他情况下,宜采用操作简单的TGNET软件进行工艺计算.     

基于SPS的输油管道典型事故瞬态工况分析

为准确掌握输油管道事故工况变化对安全运行的影响,基于SPS管道仿真模拟软件,对输油管道典型事故发生时的瞬态工况进行模拟分析,得出了输油管道瞬时压力和流量的变化规律。结果表明：管道沿线泵站停运时,流量减小,进站压力升高,出站压力降低;泵站启动时,流量增加,进站压力降低,出站压力升高;阀门突然关闭时,阀门通过流量迅速降低为0,上、下游流量下降,上游压力上升,下游压力降低;管道发生泄漏时,泄漏点压力迅速降低,上游流量增加,下游流量减小,上、下游压力均降低。分析结果对制定输油管道事故应急预案具有一定的指导意义。（图6,参10）     

基于K-Spice与SPS的单管泵阀模型PID控制

管道的控制系统是油气管道建设必不可少的部分,对其进行仿真模拟具有重要的工程指导意义。通过K-Spice 软件建立单管泵阀模型,在模型上加入PID 控制进行仿真,同时在SPS 软件上进行相同的单管泵阀模型的PID 控制仿真。通过二者的仿真结果对比分析,验证了K-Spice 软件在模型控制仿真方面的可行性与优异性。K-Spice 软件的PID 控制模型仿真结果较为理想,且更方便、合理,可为后续使用K-Spice 软件进行更复杂的管网系统模型控制仿真提供支持。     

常温输油管道试验室模拟软件的开发

介绍了运用MCGS及VB编程开发的常温输油管道试验室模拟软件,通过该软件可以实现输油试验室泵、管道等设备的设计计算及选型,且能够直观地看到正常工况、越站工况、堵塞工况、泄漏工况及各泵站的串并联工作时管道模拟流动情况和相应的工况分析图.     

天然气管道线路截断阀误关断判断算法

为减少天然气长输管道线路截断阀误关断次数,提高阀室泄漏检测系统的可靠性,基于大量阀室误关断事件的原因分析,结合气体流体力学理论,运用SPS仿真软件建立了长输天然气管道泄漏仿真模型。探究了天然气长输管道泄漏过程中泄漏位置、管道运行压力等条件对压力下降过程的影响规律,并在此基础上计算在特定管道出现泄漏时可能发生的最快压力下降过程数据。据此,设计了一种天然气管道线路截断阀误关断判断算法,并编写了管道泄漏线路截断阀关断的控制程序。仿真数据及试验结果表明,该方法可根据压力变化特征实现误关断信号与真实泄漏信号的判断,降低系统误关断率。     

成品油管网的“白箱”在线仿真

采用英国水力集团公司（HAL）SSL公司的VariSim动态模拟分析软件,建立在线实时监控系统和离线仿真培训系统模型。在线实时仿真需要从SCADA系统中实时获得模型驱动所需要的关键性数据。VariSim“白箱”在线模型,实时利用管道运行的数据对管道的实时状态进行完整的动态模拟仿真,可以用于仪表分析,管道泄漏检测和定位,清管球跟踪,批次和混油跟踪,全线任意位置点的压力、温度、流量预测等。在线仿真软件的实时动态模拟,可为管道的实际生产操作提供重要参考。