第一篇：天然氣管道壓氣站的技術(shù)現(xiàn)狀及運(yùn)行優(yōu)化研究
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天然氣管道壓氣站的技術(shù)現(xiàn)狀及運(yùn)行優(yōu)化研究
天然氣管道壓氣站的技術(shù)現(xiàn)狀及運(yùn)行優(yōu)化研究
摘 要：本文介紹了我國(guó)陸上長(zhǎng)輸天然氣管道壓氣站的技術(shù)現(xiàn)狀。從壓縮機(jī)組備用方式、機(jī)組選型、壓氣站相關(guān)設(shè)計(jì)等方面，指出了在優(yōu)化設(shè)計(jì)管道壓氣站時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。對(duì)壓縮機(jī)組運(yùn)行技術(shù)中的優(yōu)化、在線監(jiān)測(cè)與診斷以及優(yōu)化壓氣站運(yùn)行管理方面進(jìn)行了深入的分析。
關(guān)鍵詞：天然氣 壓氣站
一、引言
天然氣管道壓氣站的功能是給天然氣增壓以維持所要求的輸氣流量，主要設(shè)備是天然氣壓縮機(jī)組。近年來(lái)，隨著天然氣需求量不斷增加，在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的比例正在迅速增大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005～2015年，世界各地計(jì)劃建造原油、成品油和天然氣管道約9.6×104km，其中62%是天然氣管道。2002年以來(lái)，我國(guó)管道壓氣站建設(shè)進(jìn)入高峰期，相繼投運(yùn)的澀寧蘭、西氣東輸、忠武線、陜京二線、冀寧和蘭銀等長(zhǎng)距離天然氣管道設(shè)計(jì)中均配置有一座或多座壓氣站。
二、我國(guó)天然氣管道壓氣站的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析
1986年8月我國(guó)第一座長(zhǎng)輸天然氣管道壓氣站在中滄輸氣管道濮陽(yáng)站建成投產(chǎn)，首次采用了燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)離心壓縮機(jī)機(jī)組。1996年11月建成投產(chǎn)的鄯烏輸氣管道鄯善站，是我國(guó)首次采用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)組的壓氣站。2000年11月投產(chǎn)的陜京管道應(yīng)縣壓氣站，是我國(guó)第一個(gè)采用變頻調(diào)速電機(jī)通過(guò)增速齒輪箱驅(qū)動(dòng)離心壓縮機(jī)機(jī)組的壓氣站。2007年2月投產(chǎn)的西氣東輸管道蒲縣壓氣站，是我國(guó)第一個(gè)投產(chǎn)的采用高速變頻調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)離心壓縮機(jī)機(jī)組的壓氣站。目前，我國(guó)已在9條天然氣管道上分別建成投產(chǎn)了31座壓縮機(jī)站，共投運(yùn)各種類型管道壓縮機(jī)組72套，并計(jì)劃于今后陸續(xù)建成34座壓氣站，投運(yùn)各種類型管道壓縮機(jī)組79套。
三、管道壓氣站運(yùn)行優(yōu)化研究
1.管道壓氣站優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題
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1.1 壓縮機(jī)組備用方式
常用的機(jī)組備用方式有機(jī)組備用、功率備用、隔站機(jī)組備用等方式，確定機(jī)組備用方式后還有一用一備和多用一備等方式。目前，我國(guó)選擇備用方式的主要依據(jù)是實(shí)用性、可靠性、效率、投資費(fèi)用等，壓氣站多采用機(jī)組備用，往復(fù)機(jī)組多用一備較多，而離心機(jī)組一用一備較多。
1.2 壓縮機(jī)組比選
壓縮機(jī)組的比選是根據(jù)機(jī)組安裝地的環(huán)境依托條件，結(jié)合不同機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算和分析。首先是離心壓縮機(jī)組與往復(fù)壓縮機(jī)組的比選；二是離心壓縮機(jī)組中有電機(jī)驅(qū)動(dòng)與燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的比選；三是電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)組中有變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)、恒速高壓電機(jī)通過(guò)調(diào)速行星齒輪驅(qū)動(dòng)和整體式磁懸浮電驅(qū)離心壓縮機(jī)組三者的比選。比選的主要依據(jù)為可用性、可靠性、效率、經(jīng)濟(jì)性（20年費(fèi)用現(xiàn)值）、性價(jià)比、不間斷工作時(shí)間、無(wú)故障工作時(shí)間、運(yùn)行維護(hù)保檢難度及費(fèi)用、污染情況和在天然氣管道的使用業(yè)績(jī)等。此外，壓氣站優(yōu)化設(shè)計(jì)中可能會(huì)受到投產(chǎn)日期、制造周期、政治因素、市場(chǎng)因素等條件制約，因此必須進(jìn)行綜合考慮。我國(guó)在陜京、靖西、西氣東輸和澀寧蘭管道壓氣站的設(shè)計(jì)中均進(jìn)行了科學(xué)合理的優(yōu)化。
1.3 壓縮機(jī)組水力模型等的相關(guān)計(jì)算
壓縮機(jī)組初步設(shè)計(jì)的第一步是建立設(shè)計(jì)單位的水力計(jì)算模型與壓縮機(jī)生產(chǎn)廠商機(jī)芯設(shè)計(jì)的一體化計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果確認(rèn)和改進(jìn)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)性能和運(yùn)行條件。由于每條管道的工藝條件不同，機(jī)組的運(yùn)行工藝條件均存在一些不確定因素，因此在機(jī)組投產(chǎn)后，設(shè)計(jì)單位應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行參數(shù)審查、確認(rèn)、修正管道水力模擬和壓縮機(jī)工藝電算結(jié)果。設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)壓氣站的管道，在實(shí)際運(yùn)行達(dá)到設(shè)計(jì)流量且運(yùn)行條件穩(wěn)定以后，應(yīng)對(duì)整個(gè)管道壓縮系統(tǒng)中的所有壓縮機(jī)運(yùn)行實(shí)際效能進(jìn)行全面的重新評(píng)估和分析，將得到的整個(gè)管道壓縮系統(tǒng)的總效率與設(shè)計(jì)要求相比較，以彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)計(jì)水平的不足。
2.壓縮機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化及維護(hù)
2.1 壓氣站機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化
在壓氣站運(yùn)行期間，可以利用仿真模擬軟件（TGNET、SPS）模擬
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分析不同輸量下壓氣站的運(yùn)行方式，優(yōu)化出各種輸量下壓氣站最優(yōu)運(yùn)行方案；在某座或幾座壓氣站發(fā)生故障的情況下，可以根據(jù)當(dāng)時(shí)各下游用戶的計(jì)劃輸量要求，優(yōu)化出全線機(jī)組最佳運(yùn)行方案。
目前，我國(guó)多條管道都有很大的冬季運(yùn)行優(yōu)化空間，應(yīng)在分析下游用氣結(jié)構(gòu)，利用下游用氣資源的基礎(chǔ)上，結(jié)合上游氣田資源，合理利用管道自身資源（壓氣站資源），不斷優(yōu)化冬季用氣高峰期運(yùn)行方案和預(yù)案，以減少壓氣站機(jī)組運(yùn)行時(shí)問(wèn)和啟機(jī)次數(shù)，達(dá)到提輸、降耗和增效的目的。天然氣管道聯(lián)網(wǎng)是保障向下游供氣的重要手段，目前，我國(guó)幾條長(zhǎng)距離大管徑天然氣管道即將連通，組網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)將逐漸凸顯。組網(wǎng)運(yùn)行的管道在統(tǒng)一調(diào)控下可根據(jù)不同情況，通過(guò)計(jì)算進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)優(yōu)化運(yùn)行，在優(yōu)化運(yùn)行方案和預(yù)案的制訂過(guò)程中，管網(wǎng)內(nèi)各壓氣站機(jī)組使用和工作方式將是優(yōu)化運(yùn)行的重要內(nèi)容。
2.2 機(jī)組故障監(jiān)測(cè)與診斷
2.2.1 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)
天然氣管道壓縮機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)是利用豐富的圖譜實(shí)時(shí)對(duì)機(jī)組進(jìn)行“體檢”，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的早期故障預(yù)警，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)掌控機(jī)組的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，變被動(dòng)的故障后處理為早期發(fā)現(xiàn)潛在故障并及時(shí)處理，能使遠(yuǎn)在千里之外的診斷專家及時(shí)得到機(jī)組異常變化信息。它的有效利用可以提高機(jī)組故障診斷準(zhǔn)確率，對(duì)機(jī)組故障的預(yù)測(cè)、分析和排除能力、機(jī)組定期保養(yǎng)檢修和輔助大修能力以及機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)車指導(dǎo)能力和機(jī)組備品、備件需求預(yù)前判斷能力具有重要意義，可以保證壓縮機(jī)組的長(zhǎng)期、安全和平穩(wěn)運(yùn)行。例如，西氣東輸管道在機(jī)組引進(jìn)的同時(shí)購(gòu)買了“機(jī)組遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)”，國(guó)內(nèi)其它管道壓縮機(jī)組也有使用且收效顯著。
2.2.2 油液分析
油液分析是抽取油箱中有代表性的油樣，分別采用鐵譜分析、發(fā)射光譜分析、紅外光譜分析以及常規(guī)理化指標(biāo)分析，確定在用潤(rùn)滑油中的磨粒種類、數(shù)量和成分、變質(zhì)產(chǎn)物的種類，含量以及潤(rùn)滑油中典型添加劑的損耗程度，以此作為判斷機(jī)組關(guān)鍵摩擦部位潤(rùn)滑和磨損狀況的主要依據(jù)。在國(guó)內(nèi)已進(jìn)行了針對(duì)天然氣壓縮機(jī)組的油液分析、診斷和研究工作，且進(jìn)行了部分應(yīng)用。
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2.2.3 機(jī)組效率計(jì)算優(yōu)化
燃?xì)廨啓C(jī)離心壓縮機(jī)組效率計(jì)算是通過(guò)對(duì)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中各相關(guān)參數(shù)進(jìn)行精確采集，分別計(jì)算得出燃?xì)廨啓C(jī)和離心壓縮機(jī)的效率。定期進(jìn)行機(jī)組效率計(jì)算，可以依此運(yùn)行狀況及時(shí)對(duì)可能存在的問(wèn)題進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。通過(guò)與燃機(jī)歷史效率的對(duì)比，判斷是否需要清潔燃機(jī)的進(jìn)氣濾芯或水洗燃機(jī)的壓氣機(jī)；通過(guò)與離心壓縮機(jī)歷史效率的對(duì)比，判斷級(jí)間迷宮密封是否磨損；找出機(jī)組的實(shí)際最佳運(yùn)行區(qū)，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行工況使機(jī)組在最佳效率區(qū)內(nèi)運(yùn)行。
3.壓氣站的運(yùn)行管理優(yōu)化
我國(guó)各輸氣管道所屬壓氣站的運(yùn)行管理方式各不相同，目前較先進(jìn)的管道壓氣站管理方式是以業(yè)主管理為核心，以現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)服務(wù)承包商和機(jī)組保養(yǎng)檢修專業(yè)化技術(shù)服務(wù)承包商為主要作業(yè)者，以機(jī)組生產(chǎn)廠商售后服務(wù)為支持的“四為一體”運(yùn)行管理體系框架。管道壓縮機(jī)組（燃?xì)廨啓C(jī)、變頻調(diào)速電機(jī)、離心壓縮機(jī)）結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)復(fù)雜，技術(shù)含量高，要求從事運(yùn)行維護(hù)、檢修保養(yǎng)和故障診斷的人員應(yīng)具有較高的專業(yè)技術(shù)水平和豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。
四、結(jié)論與認(rèn)識(shí)
通過(guò)管道壓氣站目前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的綜合分析，對(duì)壓氣站不同方面進(jìn)行的深入研究，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)壓氣站系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到運(yùn)行，再到管理的整體優(yōu)化，提高了管道輸送效率，確保了管道輸送平穩(wěn)運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
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第二篇：天然氣管道技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
天然氣管道技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 世界天然氣管道技術(shù)現(xiàn)狀
（1）長(zhǎng)運(yùn)距、大管徑和高壓力管道是當(dāng)今世界天然氣管道發(fā)展主流
自20 世紀(jì)70 年代以來(lái)，世界上新開(kāi)發(fā)的大型氣田多遠(yuǎn)離消費(fèi)中心。同時(shí)，國(guó)際天然氣貿(mào)易量的增加，促使全球輸氣管道的建設(shè)向長(zhǎng)運(yùn)距、大管徑和高壓力方向發(fā)展。1990 年，前蘇聯(lián)的天然氣管道的平均運(yùn)距達(dá)到2 698 km。
從20 世紀(jì)至今，世界大型輸氣管道的直徑大都在1 000 mm 以上。到1993 年，俄羅斯直徑1 000 mm以上的管道約占63%，其中最大直徑為1 420 mm 的管道占34.7%。西歐國(guó)家管道最大直徑為1 219 mm，如著名的阿-意管道等。
干線輸氣管道的壓力等級(jí)20 世紀(jì)70 年代為6～8 MPa；80 年代為8～10 MPa；90 年代為10～12MPa。
2000 年建成的Alliance 管道壓力為12 MPa、管徑為914 mm、長(zhǎng)度為3 000 km，采用富氣輸送工藝，是一條公認(rèn)的代表當(dāng)代水平的輸氣管道。
（2）輸氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化
隨著天然氣產(chǎn)量和貿(mào)易量的增長(zhǎng)以及消費(fèi)市場(chǎng)的擴(kuò)大，目前全世界形成了洲際的、多國(guó)的、全國(guó)性的和許多地區(qū)性的大型供氣系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通常由若干條輸氣干線、多個(gè)集氣管網(wǎng)、配氣管網(wǎng)和地下儲(chǔ)氣庫(kù)構(gòu)成，可將多個(gè)氣田和成千上萬(wàn)的用戶連接起來(lái)。這樣的大型供氣系統(tǒng)具有多氣源、多通道供氣的特點(diǎn)，保證供氣的可靠性和靈活性。前蘇聯(lián)的統(tǒng)一供氣系統(tǒng)是世界最龐大的輸氣系統(tǒng)，連接了數(shù)百個(gè)氣田、數(shù)十座地下儲(chǔ)氣庫(kù)及約1 500 個(gè)城市，管道總長(zhǎng)度超過(guò)20×104km。目前歐洲的輸氣管網(wǎng)已從北海延伸到地中海，從東歐邊境的中轉(zhuǎn)站延伸到大西洋，阿-意輸氣管道的建成實(shí)際上已將歐洲的管網(wǎng)和北非連接起來(lái)。阿爾及利亞—西班牙的輸氣管道最終將延伸到葡萄牙、法國(guó)和德國(guó)，并與歐洲輸氣管網(wǎng)連成一體。
（3）建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)是安全穩(wěn)定供氣的主要手段
無(wú)論是天然氣出口國(guó)家，還是主要依賴進(jìn)口天然氣的一些西歐國(guó)家，對(duì)建造地下儲(chǔ)氣庫(kù)都十分重視，將地下儲(chǔ)氣庫(kù)作為調(diào)峰、平衡天然氣供需、確保安全穩(wěn)定供氣的必要手段。截止到1998 年，全世界建成儲(chǔ)氣庫(kù)605 座，總庫(kù)容575.5億立方米、工作氣量307.7立方米。工作氣量相當(dāng)于世界天然氣消費(fèi)量的11%，相當(dāng)于民用及商業(yè)領(lǐng)域消費(fèi)量的44%。2001 年美國(guó)的儲(chǔ)氣庫(kù)總工作氣量約120立方米，預(yù)計(jì)到2010 年儲(chǔ)氣能力將達(dá)到170立方米。國(guó)外天然氣管道在計(jì)量技術(shù)、泄漏檢測(cè)和儲(chǔ)存技術(shù)等方面取得了一些新進(jìn)展
（1）天然氣的熱值計(jì)量技術(shù) 世紀(jì)80 年代以后，熱值計(jì)量技術(shù)的應(yīng)用在西歐和北美日益普遍，已成為當(dāng)今天然氣計(jì)量技術(shù)的發(fā)展方向。天然氣熱值計(jì)量比體積和質(zhì)量計(jì)量更為科學(xué)和公平，由于天然氣成分比較穩(wěn)定，按熱值計(jì)價(jià)可以體現(xiàn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)。天然氣熱值的測(cè)定方法有兩種：直接測(cè)定法和間接計(jì)算法。近幾年，天然氣熱值的直接測(cè)量技術(shù)發(fā)展較快，特別是在自動(dòng)化、連續(xù)性、精確度等方面有了很大提高。
（2）天然氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)—紅外輻射探測(cè)器
目前，美國(guó)天然氣研究所（GRI）正在進(jìn)行以激光為基礎(chǔ)的遙感檢漏技術(shù)研究，該方法是利用紅外光譜（IR）吸收甲烷的特性來(lái)探測(cè)天然氣的泄漏。該遙感系統(tǒng)由紅外光譜接收器和車載式檢測(cè)器組成，能在遠(yuǎn)距離對(duì)氣體泄漏的熱柱進(jìn)行大面積快速掃描。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，檢漏效率比舊方法提高50%以上，且費(fèi)用大幅度下降。
（3）天然氣管道減阻劑（DRA）的研究應(yīng)用
美國(guó)Chevron 石油技術(shù)公司（ChevronPetroleum Technology Co）在墨西哥灣一條長(zhǎng)8 km、.152mm 的輸氣管道上進(jìn)行了天然氣減阻劑（DRA）的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。結(jié)果表明，可提高輸量10%～15%，最高壓力下降達(dá)20%。這種減阻劑的主要化學(xué)成分是聚酰胺基，通過(guò)注入系統(tǒng)，定期地按一定濃度將減阻劑注入到天然氣管道中，減阻劑可在管道的內(nèi)表面形成一種光滑的保護(hù)膜；這層薄膜能夠顯著降低輸送摩阻，同時(shí)還有一定的防腐作用。
（4）天然氣儲(chǔ)存技術(shù)
從商業(yè)利益考慮，國(guó)外管道公司非常重視使大型儲(chǔ)氣庫(kù)墊底氣最少化的技術(shù)研究。目前，正在研究應(yīng)用一種低揮發(fā)性且廉價(jià)的氣體作為“工作氣體”來(lái)充當(dāng)儲(chǔ)氣庫(kù)的墊底氣。
（5）管道運(yùn)行仿真技術(shù)
管道在線仿真系統(tǒng)的應(yīng)用可有效地提高管道運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。管道計(jì)算機(jī)應(yīng)用表現(xiàn)在3 個(gè)方面：管道測(cè)繪及地理信息系統(tǒng)、管道操作優(yōu)化管理模型和天然氣運(yùn)銷集成控制系統(tǒng)。仿真技術(shù)在長(zhǎng)輸管道上的應(yīng)用不僅優(yōu)化了管道的設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理，而且為管輸企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。目前，國(guó)外長(zhǎng)輸管道仿真系統(tǒng)主要分為3 種類型：一是用于油氣管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)、方案優(yōu)選；二是用于運(yùn)行操作人員的培訓(xùn)；三是管道的在線運(yùn)營(yíng)管理。如美國(guó)最大的天然氣管道公司之一的Williams 管道公司，采用計(jì)算機(jī)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)在不影響正常工作的情況下即可完成對(duì)一線工人的上崗培訓(xùn)，大大縮短了培訓(xùn)時(shí)間，節(jié)約大量費(fèi)用，比傳統(tǒng)的培訓(xùn)方式提高效率約50%。
（6）GIS 技術(shù)在管道中的應(yīng)用
隨著管道工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，GIS（地理信息系統(tǒng)）在長(zhǎng)輸管道中得到了日益廣泛的應(yīng)用。它融合了管道原有的SCADA 系統(tǒng)自動(dòng)控制功能，美國(guó)、挪威、丹麥等國(guó)家的管道普遍使用GIS 技術(shù)。目前，該技術(shù)已實(shí)現(xiàn)地理信息、數(shù)據(jù)采集、傳輸、儲(chǔ)存和作圖統(tǒng)一作業(yè)，可為管道的勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)運(yùn)行、管理監(jiān)測(cè)、防腐等各階段提供資料。技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
（1）高壓力輸氣與高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度管材的組合是新建管道發(fā)展的最主要趨勢(shì)
高壓氣管道是指運(yùn)行壓力在10～15 MPa 之間的陸上天然氣管道。根據(jù)專家研究成果，年輸量在10億立方米以上時(shí)，采用高壓輸氣可節(jié)省運(yùn)輸成本。當(dāng)運(yùn)輸距離為5 000 km、年輸量在15～30億立方米之間時(shí)，采用高壓輸氣比傳統(tǒng)運(yùn)輸方式可節(jié)約運(yùn)輸成本20%～35%。采用高壓輸氣可減小管徑，通過(guò)高鋼級(jí)管材的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用可減小鋼管壁厚，進(jìn)而減輕鋼管的重量，并減少焊接時(shí)間，從而降低建設(shè)成本。例如采用管材X100 比采用X65 和X70 節(jié)約費(fèi)用約30%，節(jié)約管道建設(shè)成本10%～12%。
目前X100 管道鋼管已由日本NKK、新日鐵、住友金屬、歐洲鋼管等公司開(kāi)發(fā)出來(lái)。另外，復(fù)合材料增強(qiáng)管道鋼管正在開(kāi)發(fā)，即在高鋼級(jí)管材外部包敷一層玻璃鋼和合成樹(shù)脂。采用這種管材，可進(jìn)一步提高輸送壓力，降低建設(shè)成本，同時(shí)可增加管輸量，增加管道抵抗各種破壞的能力和安全性。當(dāng)管材鋼級(jí)超過(guò)X120 及X125 時(shí)，單純依靠提高鋼級(jí)來(lái)減少成本已十分困難，必須采用復(fù)合材料增強(qiáng)管道鋼管。X100 及以上管道鋼管目前還未得到商業(yè)應(yīng)用的主要原因是對(duì)材料性能、安裝技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)還需進(jìn)一步驗(yàn)證和更好的了解。
（2）高壓富氣輸送技術(shù)及斷裂控制
高壓富氣輸送是指在輸送過(guò)程中采用高壓使輸送氣體始終保持在臨界點(diǎn)上，保證重組分不呈液態(tài)析出。采用高壓富氣輸送能取得很大的經(jīng)濟(jì)效益，但富氣輸送時(shí)天然氣的熱值較高，要求管材不但能防止裂紋的啟裂，而且還要具有更高的防止延性裂紋擴(kuò)展的止裂韌性。以Alliance 管道為代表的高壓富氣輸送是天然氣輸送技術(shù)的重大創(chuàng)新，其斷裂控制是該管道的關(guān)鍵技術(shù)之一。
深入了解高鋼級(jí)管道鋼管的斷裂控制是未來(lái)以低成本建設(shè)管道的前提。由ECSC、CSM、SNAM 和European 聯(lián)合進(jìn)行的項(xiàng)目，就是研究大口徑X100管道在15 MPa 的高壓下的斷裂行為。
（3）多相混輸技術(shù) 世紀(jì)70 年代，各發(fā)達(dá)國(guó)家相繼投入了大量資金和人力，進(jìn)行多相流領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用技術(shù)研究，取得了不少成果。目前，這些成果已在上百條長(zhǎng)距離混輸管道上得到了應(yīng)用。
近年來(lái)，英國(guó)、美國(guó)、法國(guó)及挪威等國(guó)相繼建成了不同規(guī)模的試驗(yàn)環(huán)道，采用多種先進(jìn)測(cè)量?jī)x表和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在大量高質(zhì)量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行多相流研究。已有的多相流商業(yè)軟件中，著名的OLGA 軟件可以進(jìn)行多相流穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)流動(dòng)模擬。
（4）天然氣水合物（NGH）儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)
據(jù)專家保守估計(jì)，世界上天然氣水合物所含天然氣的總資源量約為０.０18億億立方米～０.０21億億立方米，能源總量相當(dāng)于全世界目前已知煤炭、石油和天然氣能源總儲(chǔ)量的兩倍，被認(rèn)為是21 世紀(jì)最理想、最具商業(yè)開(kāi)發(fā)前景的新能源。天然氣水合物潛在的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)效益，已為世界許多國(guó)家所重視。目前，世界范圍內(nèi)正在興起從海底開(kāi)發(fā)天然氣水合物新能源的熱潮。雖然目前世界上還沒(méi)有高效開(kāi)發(fā)天然氣水合物的技術(shù)，但許多國(guó)家已制定了勘探和開(kāi)發(fā)天然氣水合物的國(guó)家計(jì)劃。美國(guó)1998 年將天然氣水合物作為國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略能源列入長(zhǎng)遠(yuǎn)計(jì)劃，準(zhǔn)備在2015 年試開(kāi)采。日本、加拿大、印度等國(guó)都相繼制定了天然氣水合物的研究計(jì)劃。
根據(jù)目前國(guó)外對(duì)天然氣水合物技術(shù)的研究，可以得出幾點(diǎn)共識(shí)：一是天然氣水合物在常壓、-15～-5℃的下儲(chǔ)存在隔熱容器中可長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定；二是對(duì)于處理海上油田或陸上邊遠(yuǎn)油田的伴生氣，該技術(shù)的可行性優(yōu)于液化天然氣、甲醇和合成油技術(shù)。該技術(shù)安全且對(duì)環(huán)境無(wú)污染；三是天然氣水合物技術(shù)的成本比液化天然氣的生產(chǎn)成本約低四分之一；四是采用天然氣水合物技術(shù)可以對(duì)天然氣進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸。國(guó)內(nèi)天然氣管道技術(shù)現(xiàn)狀
西氣東輸代表了目前我國(guó)天然氣管道工程的最高水平。西氣東輸管道設(shè)計(jì)輸量為120×108m3/a；管道全長(zhǎng)3 898.5 km；管徑1 016 mm；設(shè)計(jì)壓力10MPa；管道鋼級(jí)L485（X70）；全線共設(shè)工藝站場(chǎng)35座，線路閥室137 座，壓氣站10 座。目前我國(guó)天然氣管道的技術(shù)水平分析如下：
（1）采用的設(shè)計(jì)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際接軌。
（2）采用衛(wèi)星遙感技術(shù)、GPS 系統(tǒng)，優(yōu)化管道線路走向。
（3）采用國(guó)際上通用的TGNET、SPS、AutoCAD等軟件，進(jìn)行工藝計(jì)算、特殊工況模擬分析和設(shè)計(jì)出圖。
（4）管材采用高強(qiáng)度、高韌性管道鋼，主要有X52、X60、X65 和X70，國(guó)內(nèi)有生產(chǎn)大口徑螺旋縫埋弧焊鋼管和直縫鋼管的能力。
（5）管理自動(dòng)化、通信多種方式并用。運(yùn)營(yíng)管理采用SCADA 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、在線檢測(cè)、監(jiān)控，進(jìn)行生產(chǎn)管理和電子商務(wù)貿(mào)易；通信采用微波、衛(wèi)星和租用地方郵網(wǎng)方式，新建管道將與國(guó)際接軌，向光纜通信發(fā)展。
（6）管道防腐。管道外防腐層主要采用煤焦油瓷漆、單層環(huán)氧粉末、雙層環(huán)氧粉末、聚乙烯防腐層（二層PE）和環(huán)氧粉末聚乙烯復(fù)合結(jié)構(gòu)（三層PE）。管道內(nèi)涂層主要采用液體環(huán)氧涂料。
（7）天然氣計(jì)量。我國(guó)早期建設(shè)的管道天然氣計(jì)量大都采用孔板計(jì)量；而近年新建的幾條輸氣管道采用超聲波流量計(jì)。
（8）主要工藝設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)輸氣管道輸氣站主要工藝閥門大都采用氣動(dòng)球閥，今后新建管道將以采用氣-液聯(lián)動(dòng)球閥為主。國(guó)內(nèi)在役輸氣管道采用的增壓機(jī)組有離心式和往復(fù)式壓縮機(jī)，驅(qū)動(dòng)方式有燃驅(qū)和電驅(qū)；將來(lái)我國(guó)的長(zhǎng)距離輸氣管道主流機(jī)型采用離心式，在有電源保證的條件下采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)為發(fā)展方向。
（9）管道施工。目前我國(guó)的管道建設(shè)引進(jìn)了國(guó)際上通行的HSE 管理技術(shù)，采用了第三方監(jiān)理的機(jī)制；管道專業(yè)化施工企業(yè)整體水平達(dá)到國(guó)際水平，裝備有先進(jìn)的施工機(jī)具，如：大噸位吊管機(jī)、全自動(dòng)焊機(jī)等；掌握了管道大型穿（跨）越工程的施工技術(shù)，如水平定向穿越技術(shù)、盾構(gòu)穿越技術(shù)。
（10）優(yōu)化運(yùn)行。目前在役輸氣管道利用進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)軟件進(jìn)行在線或離線不同工況模擬，以確定既能滿足供氣需求，又使單位輸氣成本最低的運(yùn)行操作方案。差距分析
我國(guó)大部分輸氣管道建于20 世紀(jì)60～70 年代，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)完善的供氣管網(wǎng)相比有很大的差距，管道少、分布不均、未形成全國(guó)性管網(wǎng)；管徑小，設(shè)計(jì)壓力低，輸量少，不能滿足目前增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。
第三篇：天然氣管道輸送技術(shù)
1.天然氣的輸送基本分為兩種方式：液化輸送，管道輸送。2.天然氣管輸系統(tǒng)的輸氣管線：一般分為礦場(chǎng)集氣支線，礦場(chǎng)集氣干線，輸氣干線，配氣管線四類。3.輸氣站的主要功能：包括調(diào)壓，凈化，計(jì)量，清管，增壓，冷卻。4.天然氣的組成大致可分為三類：烴類組分，含硫組分和其他組分。5.按油氣藏的特點(diǎn)天然氣可分三類：氣田氣，凝析氣田氣，油田伴生氣。6.按天然氣中烴類組分的含量可分為：干氣和濕氣。7.按天然氣中的含硫量差別可分為：潔氣和酸性天然氣。8.分離器的內(nèi)部構(gòu)件：進(jìn)口轉(zhuǎn)向器，除沫板，旋流破碎器，霧沫脫除器。9.阻止水合物形成的方法：一提高天然氣的溫度，二是減少天然氣中水汽的含量。10.解除水合物阻塞的措施：一是降壓，二是加熱，三是注防凍劑。11.管內(nèi)氣體流動(dòng)的基本方程：連續(xù)性方程，運(yùn)動(dòng)方程，能量方程 氣體狀態(tài)方程12.求解等流量復(fù)雜管常用：當(dāng)量管法或流量系數(shù)法。13.管道溫度低于0°時(shí)，球內(nèi)應(yīng)灌低凝固點(diǎn)液體以防止凍結(jié)。14.清管設(shè)備主要包括：清管器收發(fā)裝置，清管器，管道探測(cè)器以及清管器通過(guò)指示器。15.提高輸氣管能力的措施：鋪副管，倍增壓氣站。16.密度的影響因素：一定質(zhì)量的天然氣壓力越大密度越大，溫度越大密度越小。17.天然氣的相對(duì)密度：是指在同溫同壓條件下天然氣的密度與空氣密度之比。18.天然氣的粘度：氣體粘度隨壓力的增大而增大；低壓條件下，氣體粘度隨溫度的升高而增大；高壓條件下，氣體粘度在溫度低于一定程度時(shí)隨溫度的增高而急劇降低，但達(dá)到一定溫度時(shí)氣體的粘度隨溫度的升高而增大。19.天然氣含水量：指天然氣中水汽的含量。20.天然氣絕對(duì)濕度：指單位數(shù)量天然氣中所含水蒸氣的質(zhì)量。21.天然氣相對(duì)濕度：指單位體積天然氣的含水量與相同條件下飽和狀態(tài)天然氣的含水量的比值。22.天然氣的水露點(diǎn)：在一定壓力下，天然氣的含水量剛達(dá)到飽和濕度時(shí)的溫度稱為天然氣的水露點(diǎn)。23.天然氣的分類：我國(guó)將天然氣按硫和二氧化碳含量分為一類（硫化氫≤6）二類（硫化氫≤20）三類。一類二類主要用作民用燃料，三類主要用作工業(yè)原料或燃料。24.地形平坦地區(qū)輸氣管道：指地形起伏高差小于200米的管道。25.輸氣管道基本參數(shù)對(duì)流量的影響：a.直徑D增大，流量Q就增大。輸氣管道通過(guò)能力與管徑的2.5次方成正比；b.站間距L增大，Q就減小。流量與長(zhǎng)度的0.5次方成反比；c輸氣溫度T增大，Q就減小。輸氣量與輸氣的絕對(duì)溫度的0.5次方成反比；d.輸氣量與起終點(diǎn)壓力平方差的0.5次方成正比。26.流體在管道中的流態(tài)劃分：Re<2000為層流，3000
4，按結(jié)構(gòu)可分：浮筒式及薄膜是調(diào)壓器，后者又分為重塊薄膜式和彈簧薄膜式調(diào)壓器。5，若調(diào)壓器后的燃?xì)鈮簽楸徽{(diào)參數(shù)，則這種調(diào)壓器為后壓調(diào)壓器。若調(diào)壓器前的燃?xì)鈮簽楸徽{(diào)參數(shù)，則這種調(diào)壓器為前壓調(diào)壓器。9.清管的目的：1，清除施工時(shí)混入的污水，淤泥，石塊和施工工具等；2，清除管線低洼處積水，使管內(nèi)壁免遭電解質(zhì)的腐蝕，降低硫化氫，二氧化碳對(duì)管道的腐蝕；3，改善管道內(nèi)部的光潔度，減少摩阻損失，增加通過(guò)量，從而提高管道的輸送效率；4，掃除輸氣管內(nèi)存積的硫化鐵等腐蝕產(chǎn)物；5，保證輸送介質(zhì)的純度；6，進(jìn)行管內(nèi)檢查。
10.天然氣的類別：1，油氣藏的特點(diǎn)分為a氣田氣b.凝析氣田氣c.油田伴生氣2，按照天然氣中的烴類組分的含量分為a.干氣b.濕氣
3.按照天然氣中含硫量的差別a.潔氣b.酸性天然氣 11.為什么要用分離除塵設(shè)備：從氣井出來(lái)的天然氣常帶有一部分的液體和固態(tài)雜質(zhì)，而天然氣在長(zhǎng)距離輸送中由于壓力和溫度的下降，天然氣中會(huì)有水泡凝析為液態(tài)水，殘存的酸性氣體和水會(huì)腐蝕管內(nèi)壁，產(chǎn)生腐蝕物質(zhì)，同時(shí)加速管道及設(shè)備的腐蝕，降低管道的生產(chǎn)效率。因此，為了生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)等方面的要求，必須將這些雜質(zhì)加以分離，在工程上常采用分離除塵設(shè)備。
第四篇：天然氣管道運(yùn)行模擬及仿真技術(shù)研究
天然氣管道運(yùn)行模擬及仿真技術(shù)研究
1011202045 蔡永軍 科學(xué)計(jì)算選講結(jié)課論文
為了預(yù)測(cè)天然氣管道運(yùn)行狀態(tài)，制定合理的管輸計(jì)劃，更好的配置設(shè)備開(kāi)機(jī)，天然氣管道輸送過(guò)程中需要進(jìn)行工況模擬及仿真。實(shí)際工作中需要建立壓縮機(jī)、閥門等設(shè)備的模型，確定管段的控制方程、氣體的狀態(tài)方程，針對(duì)給出的初始條件和邊界條件，篩選確定天然氣管網(wǎng)數(shù)學(xué)模型的離散方法與非線性方程組的求解算法尋找合理的非線性方程的求解算法，得到合理的數(shù)值解。
1天然氣管道仿真數(shù)學(xué)模型 1.1管段的控制方程
對(duì)于管道中的任意管段，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化可以用下列公式來(lái)描述： 連續(xù)性方程：
A運(yùn)動(dòng)方程：
???(??A)??0
（1）?t?x?(??)?(??.?A)?P??2A???A?A?gsin(?)?A?
（2）
?t?x?x2D能量方程：
?(?(h?PA??2?2))??(?A?.(h???x22))?t??A?P??A?gsin(?)??Dk1(T?TW)?x（3）
式中：A——管道的橫截面積，m2；
ρ——流體密度，kg/m3； t——時(shí)間，s； x——坐標(biāo)，m； u——速度，m/s； P——壓力，Pa； θ——管道傾角，rad； λ——水力摩阻系數(shù)； D——管道內(nèi)徑，m； T——流體溫度，k；
k1——流體至管壁的換熱系數(shù)； h——比焓；
Tw——管壁的溫度，k。1.2 閥門控制方程
閥門控制方程如下：
Mdw?Mup?0Mup?Pdw)Pdw?0
（4）??Cg(Ph1?h2式中： Mup——閥門入口質(zhì)量流量，kg/s；
Mdw——閥門入口質(zhì)量流量，kg/s Cg——閥門系數(shù)；
Pup——閥的入口壓力，Pa；
Pdw——閥的出口壓力，Pa。1.3壓縮機(jī)控制方程
簡(jiǎn)化后的壓縮機(jī)控制方程如下
?2?a1(n2n)?bn1()Q?c1Q20n0Mdw?Mup?Mfuel
m?1Tdw?Tup?m式中：?——壓縮機(jī)壓比；
m——多變壓縮指數(shù)；
n——壓縮機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，rpm； n0——壓縮機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，rpm； a1, b1, c1——系數(shù)；
Q——給定狀態(tài)下的體積流量，m3/s； 1.4 理想調(diào)節(jié)閥閥控制方程
理想調(diào)節(jié)閥控制方程如下：
5）
（Mdw?Mup?0Pdw?c
（6）h1?h22氣體的狀態(tài)方程
采用BWRS氣體狀態(tài)方程，如下：
P??RT?(B0RT?A0?C0D0E0d2??)??(bRT?a?)?3234TTTT
（7）
3dc???(a?)?6?2(1???2)exp(???2)TT式中：P——系統(tǒng)壓力，KPa；
T——系統(tǒng)溫度，K；
ρ——混合氣體密度，Kmol/m3；
R——?dú)怏w常數(shù)，8.3143KJ/(Kmol.K)。
A0、B0、C0、D0、E0、a、b、c、d、α、γ為方程的是一個(gè)參數(shù)，根據(jù)（8）確定。
1/21/2A0???xixjA0iA0i(1?kij)i?1nj?1nnB0??xiB0ii?1n1/21/23C0???xixjC0C(1?k)i0iiji?1nj?1n1/21/24D0???xixjD0iD0i(1?kij)ni?1j?1nnEx1/21/250???ixjE0iE0i(1?kij)i?1j?1?n3a????x?ia1/3ii?1??3??nb???x1/3?ibii?1??3c??n??x1/3??icii?1??3d??n??x1/3??idii?1??
3???n????xi?1/3ii?1??3???n??x1/3??i?ii?1??式中：xi、xj——混合氣體中i和j組分的摩爾分?jǐn)?shù)；
kij——為i、j組分間的交互作用系數(shù)。3氣體的焓方程
氣體的焓方程如下：
h?h0?(B0RT?2A4C05D0?T2?06E0T3?T4)??12(2bRT?3a?4dT)?2?15a(6a?7dT)?5?
c??2242?T2(3?2???)exp(???)]4 管道周邊的熱力模型
管道的有效土壤厚度采用等效圓筒法，傳熱半徑由下式計(jì)算：8）9）
（（2H2H2R2?R1?R1(?(()?1)?1)0.（10）
DD式中：R2-R1——土壤厚度，m；
R1——從管道中心至土壤層的半徑，m； H——至管道中心的實(shí)際埋深，m； D——管道直徑，m。
管道和周圍環(huán)境的瞬態(tài)熱力模型計(jì)算式如下：
k(rTr)r/r?Cp?Tt
（11）
式中：k——周圍環(huán)境導(dǎo)熱系數(shù)；
r——傳熱半徑； Tr——r處的氣體溫度； Cp——?dú)怏w定壓比熱； Tt——t時(shí)刻的氣體溫度。
單位管長(zhǎng)熱流量由下式表示。通過(guò)該公式計(jì)算管壁在任意節(jié)點(diǎn)的溫度。
2?k2(Tw?T0)????k1D(T?Tw)
（12）
ln((R2?R1)/R1)式中：k2——管壁至土壤換熱系數(shù)；
K1——流體至管壁換熱系數(shù)； Tw——管壁溫度； T0——R2處的溫度； T——?dú)怏w溫度。水力摩阻系數(shù)計(jì)算式
管段控制方程涉及的水力摩阻系數(shù)λ采用F.Colebrook－White公式計(jì)算，該公式表達(dá)如下：
1/??1.7385?2log10(2e/D?18.574/(?*Re))
（13）
式中，e/D——管道粗糙度和內(nèi)徑的無(wú)因次比；
Re——雷諾數(shù)。6控制方程的離散化
由管道控制方程與氣體狀態(tài)方程組成的非線性偏微分方程組，一般不能得出管流氣體基本變量的解析解，因此有必要應(yīng)用計(jì)算數(shù)學(xué)的方法求解偏微分方程組的數(shù)值解。本專題中選用中心隱式差分法對(duì)控制方程進(jìn)行離散化。確定采用的基本變量為氣體的密度（ρ）、速度（u）和溫度（T）。6.1離散形式
引進(jìn)變量φ，φ代表三個(gè)流動(dòng)基本中的任意一個(gè)。在時(shí)間步長(zhǎng)為Δx , 空間步長(zhǎng)為Δt 的情況下，以空間i和時(shí)間網(wǎng)格點(diǎn)t采用中心隱式差分格式，則有以下離散形式：
對(duì)于基本流動(dòng)變量：
1??k??kk???k?1?ii?1??ii?1
4基本流動(dòng)變量對(duì)時(shí)間的一階偏導(dǎo)數(shù)：
???k?1i???ki???k?1??k?t?11ii2?t
基本流動(dòng)變量對(duì)空間的一階偏導(dǎo)數(shù)：
??1k??k?i?1??i?1??k?1i??ki?x2?x
基本流動(dòng)變量對(duì)時(shí)間的二階偏導(dǎo)數(shù)：
?2?(?k1??k?2k1k?2kk?1k?2i?2?k?ii)?2(?i?1?2?k?i?1??i?1)?(?i?2?2?i?2???t2?i?2)16?2t基本流動(dòng)變量對(duì)空間的二階偏導(dǎo)數(shù)：
?2?(?k?1k?1k?1i?2?2?ki?1??ki)?2(?ki?2?2?i?1??i)?(?k?2k?2k?2i?2?2?i?1??i)?x2?16?2x基本流動(dòng)變量對(duì)空間及時(shí)間的二階偏導(dǎo)數(shù)：
?2?2k?2??ki?2?x?t??ki??k?i?2??i16?x?t
6.2 離散后的控制方程
離散后的控制方程如下： 離散后的連續(xù)性方程：
（14）
15）
16）
（17）（18）（19）
（（1kk?1kk?1k?1kkk?1k?1kk?ik?????????u??u??u??1i?1iii?1i?1iiiui?i?1i?1?0
（20）2??t2??x離散后的運(yùn)動(dòng)方程：
1k?1kkk?1k?1kkk?1kk?1k?ik??u??u??u??uP?P?P?P1i?1i?1i?1iiiii?1ii?i?12??t2??x1k?12kk2k?1k?12kk2?ik??(u)??(u)??(u)??(ui?1i?1iiii)?1i?（21）2??x1kk?1kk?1kk?1k??????u?u?u?u??ik??i?1iii2?(1)?(i?1i?1i)?02D44離散后的能量方程：
1k?1k?121kk21k?1k?1kkk?ik??h-P??(u)-(?h-P??i?1(ui?1))1i?1i?1i?1i?1i?1i?1i?1222??t1k?1k?121kk2kkk?h-Pi??i(ui)-(?ihi-Pi??i(ui))22?2??t1k?131k3k?1k?1k?1kkk?i?1ui?1hi?1?(ui?1)?(?i?1ui?1hi?1?(ui?1))22?2??x1k?131k3k?1k?1k?1kkk?iuihi?(ui)?(?iuihi?(ui))22?2??xk1k?1kk?1k?(Ti?1?Ti??T?T1ii?4Tw)?0Dk?1k?1iik?1（22）
6.3 初始條件與邊界條件
初始條件指系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)的初始?jí)毫Α⒘髁炕驕囟鹊姆植紶顟B(tài)。邊界條件指某一管段起始節(jié)點(diǎn)和終止節(jié)點(diǎn)上的約束條件。主要包括：
(1)管段端點(diǎn)上的輸油泵、壓縮機(jī)或閥門等的出入口壓力、流量、溫度、轉(zhuǎn)速、壓比或開(kāi)度設(shè)定值；
(2)氣源對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的壓力、流量或溫度設(shè)定值；(3)分輸點(diǎn)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的壓力、流量或溫度設(shè)定值；(4)節(jié)點(diǎn)處壓力、流量或溫度的一致性；(5)節(jié)點(diǎn)處壓力、流量或溫度的范圍控制值；(6)管道物理元件周圍的溫度場(chǎng)狀況。7非線性方程組的求解算法
離散后的控制方程配合邊界條件和初始條件才能封閉，封閉后形成了非線性方程組，對(duì)于該非線性方程組選取牛頓迭代法進(jìn)行求解。
若采用C(x)x?b的矩陣形式（其中C(x)為非線性方程組的系數(shù)矩陣），則x?(x1,x2,x3,...,xn)T為需要求解的向量，b?(b1,b2,b3,...,bn)T為等式右邊的向量。
（1）牛頓拉普森迭代法 設(shè)迭代函數(shù)列F?(F1,F2,F3,...,Fn)T
T
迭代變量x?(x1,x2,x3,...,xn)
迭代增量?x?(?x1,?x2,?x3,...,?xn)
迭代函數(shù)FiT?Fi(x1,x2,x3,...,xn)
牛頓拉普森迭代公式如下：
xk?1?xk??xk
（5.7-1）
對(duì)于迭代函數(shù)F，將求解非線性方程組問(wèn)題轉(zhuǎn)化成為尋根問(wèn)題，也即要求下式成立：
F?(F1,F2,F3,...,Fn)T?0
（5.7-2）
對(duì)任意點(diǎn)x0和它的相鄰點(diǎn)/鄰域（x0+△x），通過(guò)泰勒展開(kāi)式我們有：
?FiFi(x0??x)?Fi(x0)???xj??(?x2)i?1,2,...,n
（5.7-3）
j?1?xj若采用矩陣形式，則有：
nF(x0??x)?F(x0)?J?x??(?x2)
（5.7-4）
其中 J 為n×n的雅可比矩陣且Jij?如果略去其中的高次項(xiàng)?(?x2?Fi。?xj)，并要求F(x0??x)?0。我們得出：
?x??J?1F
（5.7-5）
至此，可以按照牛頓拉普森迭代法的求解步驟進(jìn)行計(jì)算。
（2）牛頓＋最速搜索迭代法
引入目標(biāo)函數(shù) f?0.5F?F，通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算，可以得到牛頓迭代沿著此目標(biāo)函數(shù)的梯度方向?f，始終可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)數(shù)值α能使得目標(biāo)函數(shù)的值下降，即：?f式： ??x?FJ?(?J?1F)??F?F?0。所以本專題研究采用如下迭代公xk?1?xk???xk
（5.7-6）
該方法較牛頓拉普森方法具有收斂速度快，且全局收斂的特點(diǎn)。8仿真運(yùn)行
8.1仿真運(yùn)算的基本過(guò)程
仿真運(yùn)行的基本過(guò)程如圖1仿真運(yùn)行所示。運(yùn)行系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)和不同視角構(gòu)成單文檔－多視的關(guān)系。
圖中的蘭色帶箭頭線條表示通過(guò)不同的視角和核心功能層接口，可以監(jiān)視或編輯仿真系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并下達(dá)計(jì)算命令；粉色線條表示運(yùn)算中仿真模擬器和數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；綠色線條表示初始化過(guò)程加載數(shù)據(jù)。
簡(jiǎn)單人機(jī)界面視角視角命令行視角表格視角仿真模擬器調(diào)度模塊核心功能層接口計(jì)算狀態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模塊監(jiān)視或編輯狀態(tài)數(shù)據(jù)編譯模塊加載系統(tǒng)及其初始參數(shù)運(yùn)行系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)編連文件
圖1仿真運(yùn)行過(guò)程
仿真運(yùn)行基本過(guò)程如下：
(1)通過(guò)各個(gè)接口或視角，下達(dá)加載系統(tǒng)命令；(2)調(diào)度模塊命令編譯模塊加載編連文件；
(3)如果需要，通過(guò)各個(gè)接口或視角，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步初始化；(4)通過(guò)各個(gè)接口或視角，下達(dá)一輪計(jì)算命令；
(5)仿真模擬器開(kāi)始一輪計(jì)算，并輸出結(jié)果到數(shù)據(jù)模塊；調(diào)度模塊通知相應(yīng)接口和視角計(jì)算結(jié)束；
(6)相應(yīng)接口或視角獲取關(guān)心的數(shù)據(jù)；
(7)如果需要進(jìn)行新一輪計(jì)算，相應(yīng)接口和視角可以對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)定，并下達(dá)新一輪計(jì)算命令，系統(tǒng)將回到第5步。
8.2仿真運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)
仿真運(yùn)算由仿真模擬器作為核心模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)直接的輔助模塊是數(shù)據(jù)模塊和編譯模塊。
這3個(gè)模塊相互協(xié)同進(jìn)行仿真運(yùn)算，基本過(guò)程如圖2所示。
仿真模擬器數(shù)據(jù)模塊3輸入?yún)?shù)基本輸出參數(shù)其它輸出參數(shù)665其它輸出參數(shù)數(shù)值化計(jì)算72 加載方程組2 加載數(shù)據(jù)模型文件編連文件1 輸出：方程組＋元件信息編譯模塊建統(tǒng)立的此聯(lián)系組立輸入?yún)?shù)預(yù)處理控制方程組4數(shù)值計(jì)算4446元件參數(shù)關(guān)系計(jì)算函數(shù)庫(kù)外部邊界方程組元件庫(kù)元件參數(shù)關(guān)系計(jì)算函數(shù)庫(kù)控制方程組外部邊界方程組 圖2仿真模擬器結(jié)構(gòu)
(1)編譯模塊根據(jù)模型文件和元件庫(kù)，建立編連文件，編連文件中包含仿真系統(tǒng)各個(gè)元件的信息；同時(shí)，根據(jù)通用、基本的控制方程組、元件參數(shù)關(guān)系計(jì)算函數(shù)庫(kù)、外部邊界方程組，編譯模塊將建立此系統(tǒng)的全部方程組，一并加入到編連文件中；
(2)在運(yùn)算前的初始化過(guò)程中，編連文件中的參數(shù)數(shù)據(jù)將被加載到數(shù)據(jù)模塊，方程組將被加載到仿真模擬器相應(yīng)的方程組列表中，包括：控制方程組列表、外部邊界方程組列表、元件參數(shù)關(guān)系計(jì)算函數(shù)庫(kù)列表；
(3)每輪運(yùn)算開(kāi)始前，仿真模擬器的輸入?yún)?shù)預(yù)處理模塊需要對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行預(yù)處理，例如對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行離散化或擬合；
(4)開(kāi)始運(yùn)算后，仿真模擬器的數(shù)值計(jì)算模塊根據(jù)處理好的輸入?yún)?shù)和相關(guān)的方程組進(jìn)行數(shù)值計(jì)算；
(5)數(shù)值計(jì)算模塊計(jì)算出的是需要聯(lián)立求解的基本輸出參數(shù)；
(6)根據(jù)輸入?yún)?shù)、基本輸出參數(shù)、元件參數(shù)關(guān)系計(jì)算函數(shù)庫(kù)，仿真模擬器同步對(duì)其它輸出參數(shù)進(jìn)行數(shù)值化計(jì)算；
(7)其它輸出參數(shù)被輸出到數(shù)據(jù)模塊，此后可以通知調(diào)度模塊前來(lái)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行下一輪計(jì)算的參數(shù)輸入了。9結(jié)論
通過(guò)建立天然氣管道數(shù)學(xué)模型及求解算飯，在輸入管道的基本參數(shù)后，可以根據(jù)輸入的初始運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)，從而為排定管輸計(jì)劃、優(yōu)化運(yùn)行工況提供決策依據(jù)。
第五篇：天然氣管道運(yùn)行壓力工藝參數(shù)
天然氣管道運(yùn)行壓力工藝參數(shù)
高壓管道運(yùn)行壓力：
A:2.5< P≤4.0MPa B: 1.6< P≤ 2.5MPa 次高壓管道運(yùn)行壓力：A:0.8< P≤1.6MPa B: 0.4< P≤ 0.8MPa 中壓管道運(yùn)行壓力：
A:0.2< P≤0.4MPa B: 0.01≤ P≤ 0.20MPa 低壓管道運(yùn)行壓力：
P < 0.01MPa
天然氣調(diào)壓站（箱）現(xiàn)狀運(yùn)行壓力工藝參數(shù) 次高壓A調(diào)壓站的進(jìn)口壓力：1.2～1.6MPa 次高壓A調(diào)壓站的出口壓力：0.6～0.8MPa 次高壓B調(diào)壓站（箱）的進(jìn)口壓力：0.6～0.8MPa 次高壓B調(diào)壓站（箱）的出口壓力：0.1～0.2MPa 中壓B調(diào)壓站（箱）的進(jìn)口壓力：0.1～0.2MPa 中壓B調(diào)壓站（箱）的出口壓力：2100～2800Pa
XP—311A型可燃?xì)怏w檢測(cè)儀的使用：
零調(diào)節(jié)：先將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)由BATT轉(zhuǎn)至（L）擋位置，待指針?lè)€(wěn)定，確認(rèn)“0”如指針偏差于“0”時(shí)將“零”（ZERO）調(diào)節(jié)旋鈕緩轉(zhuǎn)，進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)至“0”為止。（零調(diào)節(jié)須在L擋，必須在干凈的空氣中進(jìn)行）
檢測(cè)：1.先將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)至（L）擋（0～10%LEL）或（H）擋（0～100%LEL）并將吸引關(guān)靠近所需要檢測(cè)地點(diǎn)來(lái)測(cè)量。
2.感應(yīng)到要測(cè)氣體時(shí)，指針就會(huì)擺動(dòng)，當(dāng)指針?lè)€(wěn)定下來(lái)后，所指示的刻度便是氣體的濃度。在檢測(cè)氣體時(shí)，先應(yīng)轉(zhuǎn)在（H）擋，如指針指示在10%LEL以下時(shí)，當(dāng)即轉(zhuǎn)換到（L）擋，以便讀到更精確的數(shù)值。
3.XP—311A型具有報(bào)警功能，達(dá)到危險(xiǎn)濃度（20%LEL）時(shí)則可以燈光及蜂鳴器鳴響告知。在使用時(shí)，如電池電量不足時(shí)，可以連續(xù)鳴響告知，故須更換電池。
4.檢測(cè)完后，必須使儀器吸干凈空氣而使得指針回到“0”位置后方可關(guān)電源。
5.刻度是以三層計(jì)數(shù)形式從而可表示LEL、LPG、汽油之區(qū)別。LPG及汽油的指示是以體積濃度作為氣體濃度從而可直接讀出。
XP—314A型可燃?xì)怏w檢測(cè)儀的使用：
零調(diào)節(jié)：將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“L”擋，在新鮮空氣中，旋轉(zhuǎn)“ZERO ADJ”鈕調(diào)零。注意：應(yīng)將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“L”擋調(diào)零，放在“H”擋，無(wú)法調(diào)到準(zhǔn)確的零點(diǎn)。檢測(cè)：1.在調(diào)零穩(wěn)定后，將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“H”擋，用吸引管采氣樣進(jìn)行檢測(cè)，到指針?lè)€(wěn)定后，讀取數(shù)值，如讀值在10%（或30%）以下時(shí)，將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)改成“L”擋，以便讀到更精確的數(shù)值。
2.當(dāng)儀器用于檢漏時(shí)要注意指示值將隨著吸引管靠近泄漏點(diǎn)而增大，而離開(kāi)泄漏點(diǎn)時(shí)則減小。如轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于高濃度“H”擋不利于檢漏時(shí)，應(yīng)改放在“L”擋.
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