基于实时组分追踪的多气源非等温管网仿真方法

作     者：陈潜 管奥成 雷鹏正 苗超 黄伟 程遹滔 左丽丽 CHEN Qian;GUAN Aocheng;LEI Pengzheng;MIAO Chao;HUANG Wei;CHENG Yutao;ZUO Lili

作者机构：长江大学石油工程学院 西南石油大学石油与天然气工程学院 中国石油西南油气田公司天然气研究院 国家管网集团西南管道公司昆明输油气分公司 中国石油大学(北京)机械与储运工程学院 

出 版 物：《天然气工业》 (Natural Gas Industry)

年 卷 期：2024年第44卷第8期

页      面：133-144页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082003[工学-油气储运工程] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目“复杂供气管网大时滞非线性仿真模型构建与智能调控”(编号:52174064) 

主　　题：天然气管网 能量计量 组分追踪 组分运移模型 中心差分法 瞬态仿真 时空演化规律 水力热力过程 

摘      要：在管网公平开放的运行模式下，以天然气气质为基础的能量计量将逐渐成为天然气贸易的主流方式。为实现虚拟预测多气源管网关键节点天然气的实时组分，在结合非等温管流瞬态仿真模型和气体组分运移模型的基础上，建立了多气源天然气管网动态组分追踪模型。首先基于高精度的BWRS方程、稳态流动方程、焓方程、气体混合参数方程和边界条件得到管网运行初始条件，其次采用隐式中心差分法对管流控制方程和对流扩散方程进行离散，最后结合不同时空条件下的物性方程、混合参数关系式及边界条件，通过时间递推法和Newton—Rapshan算法求解得到天然气管网各节点的压力、流量、温度、组分等参数在整个瞬态时间域上的演化规律。研究结果表明：(1)建立的稳态模型仿真结果与TGNET模拟结果相比，系统压力和温度的最大绝对偏差分别为0.069 MPa和2.81 K，两者的甲烷和氢气摩尔分数结果基本一致；(2)建立的动态模型仿真结果与TGNET模拟结果相比，关键节点处压力、温度、甲烷和氢气摩尔分数的最大绝对偏差分别为0.078 MPa,2.22 K,1.54%和0.55%，模型预测的准确性高；(3)提出的多气源混合模型具有较强的通用性，可以适用于复杂拓扑结构的天然气管道系统的运行参数动态仿真和气体组分动态追踪。结论认为，提出的实时组分追踪方法可以为多气源非等温管网气体组分实时预测提供依据，进而为天然气管网能量计量以及管道仿真软件的国产化开发奠定理论基础。