城市天然氣輸配管網(wǎng)水力模擬研究與實(shí)踐

【摘要】：隨著天然氣事業(yè)的迅猛發(fā)展，我國的天然氣管網(wǎng)建設(shè)規(guī)模不斷壯大，城市天然氣管網(wǎng)的監(jiān)管越來越受到重視，并且城市天然氣管網(wǎng)向智能化的方向發(fā)展。由于，管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行水力工況對經(jīng)濟(jì)性、安全性及末端用氣的穩(wěn)定性有著極其重要的影響，因此，了解和掌握其水力工況對于整個(gè)管網(wǎng)的監(jiān)測、管理和調(diào)控是必不可少的，對城市天然氣管網(wǎng)模擬的研究也就顯得異常重要。 傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)法進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬結(jié)果的精度并不能完全滿足城市天然氣管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的需求，因此，為了保證模擬結(jié)果的精確度，計(jì)算程序采用精度更高、適用性更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和參數(shù)選擇方法。然后通過比較分析，選擇適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)模擬方法，編制動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算程序，并且驗(yàn)證程序計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。 如今，城市天然氣需求量不斷增加，促使管網(wǎng)建設(shè)的規(guī)?；l(fā)展，管網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，并且壓力也越來越高，甚至達(dá)到超高壓。而超高壓管網(wǎng)的模擬必須考慮管路中燃?xì)獾目蓧嚎s性。本文通過對比幾種壓縮因子的計(jì)算方法，最終確定采用SHBWR狀態(tài)方程法，同樣，熱力學(xué)參數(shù)的計(jì)算也采用SHBWR狀態(tài)方程法。 另外，城市多氣源天然氣管網(wǎng)建設(shè)也成為發(fā)展的趨勢，而多氣源管網(wǎng)的模擬需要根據(jù)不同的氣源情況進(jìn)行分析，采用不同的處理方式計(jì)算。筆者利用模擬程序?qū)σ?guī)劃的多氣源城市天然氣管網(wǎng)項(xiàng)目進(jìn)行水力工況分析。提出未來各氣源在管網(wǎng)系統(tǒng)中的適用性，并提出各氣源的主要影響范圍，有利于未來管網(wǎng)運(yùn)行過程中，及時(shí)準(zhǔn)確的應(yīng)對各種狀況提供依據(jù)。 最后，根據(jù)多氣源天然氣輸氣管網(wǎng)中各氣源的供氣量和水力模擬計(jì)算結(jié)果中的管段流量值，可以確定各種氣源在各個(gè)管段及各個(gè)節(jié)點(diǎn)的氣質(zhì)組成，為供氣單位的運(yùn)行管理及對氣價(jià)的制定提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。 本課題的研究表明，模擬程序不僅可以應(yīng)用于在用管網(wǎng)系統(tǒng)的模擬計(jì)算，分析管網(wǎng)運(yùn)行水力工況，而且可以應(yīng)用于規(guī)劃的管網(wǎng)。對于未來管網(wǎng)運(yùn)行工況的結(jié)果的分析對指導(dǎo)燃?xì)夤芫W(wǎng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃、優(yōu)化運(yùn)行及調(diào)控管理等方面具有明顯的實(shí)用價(jià)值，對于中游供氣模式及下游燃?xì)庥镁哌m用性研究都有一定的指導(dǎo)意義。 【關(guān)鍵詞】：天然氣管網(wǎng) MATLAB 穩(wěn)態(tài)模擬 動(dòng)態(tài)模擬 水力工況 氣體組成
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TU996.7
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 課題提出的背景10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 課題的理論意義及實(shí)用價(jià)值14-15
• 1.4 課題研究的主要內(nèi)容15-16
• 1.5 本章小結(jié)16-18
• 2 管網(wǎng)模擬的重要基礎(chǔ)參數(shù)與基本理論18-28
• 2.1 天然氣的物理性質(zhì)18-19
• 2.1.1 單一氣體的物理特性18
• 2.1.2 天然氣的焓18-19
• 2.2 天然氣壓縮因子確定19-23
• 2.2.1 壓縮因子確定方法19-21
• 2.2.2 壓縮因子計(jì)算方法選擇21-23
• 2.3 摩阻系數(shù)的計(jì)算23-25
• 2.3.1 摩阻系數(shù)計(jì)算公式介紹24-25
• 2.3.2 摩阻系數(shù)計(jì)算公式選擇分析25
• 2.4 天然氣在管網(wǎng)內(nèi)流動(dòng)的基本規(guī)律25-27
• 2.4.1 連續(xù)性方程26
• 2.4.2 運(yùn)動(dòng)方程26
• 2.4.3 能量方程26-27
• 2.4.4 理想氣體狀態(tài)方程27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 3 在用城市天然氣管網(wǎng)運(yùn)行工況的等溫穩(wěn)態(tài)模擬28-58
• 3.1 管網(wǎng)等溫穩(wěn)態(tài)模擬通用方法28-31
• 3.1.1 等溫穩(wěn)態(tài)模擬基本假設(shè)29
• 3.1.2 等溫穩(wěn)態(tài)流動(dòng)基本方程29-30
• 3.1.3 流動(dòng)狀態(tài)方程30
• 3.1.4 管道模型求解30-31
• 3.2 城市天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)模擬計(jì)算31-34
• 3.2.1 環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)水力計(jì)算基礎(chǔ)31-32
• 3.2.2 算法的選擇32
• 3.2.3 水力模擬步驟和計(jì)算框圖32-34
• 3.3 多氣源等溫穩(wěn)態(tài)模擬34-38
• 3.3.1 多氣源穩(wěn)態(tài)模擬處理方法34-35
• 3.3.2 多氣源管網(wǎng)中流量的組成35-38
• 3.4 提高等溫穩(wěn)態(tài)模擬的精度38-48
• 3.4.1 管段途泄流量的確定38-41
• 3.4.2 同時(shí)工作系數(shù)計(jì)算41-45
• 3.4.3 集中負(fù)荷確定45-46
• 3.4.4 管段局部阻力調(diào)整46-48
• 3.5 燃?xì)夤芫W(wǎng)等溫穩(wěn)態(tài)模擬方法的應(yīng)用與實(shí)踐48-55
• 3.5.1 輸氣管網(wǎng)結(jié)構(gòu)與氣源參數(shù)49-52
• 3.5.2 程序所得管網(wǎng)水力模擬結(jié)果52-55
• 3.6 本章小結(jié)55-58
• 4 天然氣管網(wǎng)運(yùn)行工況非等溫穩(wěn)態(tài)模擬58-78
• 4.1 管網(wǎng)溫降計(jì)算分析58-65
• 4.1.1 溫降計(jì)算公式59-60
• 4.1.2 龍格—庫塔法60-65
• 4.2 重要參數(shù)確定65-73
• 4.2.1 狀態(tài)方程的選擇65-68
• 4.2.2 混合氣體狀態(tài)參數(shù)計(jì)算68-69
• 4.2.3 熱力學(xué)參數(shù)計(jì)算69-73
• 4.3 非等溫穩(wěn)態(tài)模擬的原理73-75
• 4.3.1 建立數(shù)學(xué)模型73-74
• 4.3.2 求解數(shù)學(xué)模型74-75
• 4.4 非等溫穩(wěn)態(tài)模擬方法的應(yīng)用與實(shí)踐75-77
• 4.5 本章小結(jié)77-78
• 5 天然氣管網(wǎng)運(yùn)行工況動(dòng)態(tài)模擬78-98
• 5.1 動(dòng)態(tài)模擬基本數(shù)學(xué)模型78-79
• 5.2 管網(wǎng)動(dòng)態(tài)模擬求解方法介紹79-93
• 5.2.1 特征線法80-87
• 5.2.2 有限差分法87-93
• 5.2.3 動(dòng)態(tài)模擬方法的比較選擇93
• 5.3 動(dòng)態(tài)模擬驗(yàn)證93-97
• 5.3.1 管網(wǎng)系統(tǒng)計(jì)算條件及處理方法94
• 5.3.2 管網(wǎng)系統(tǒng)模擬基礎(chǔ)數(shù)據(jù)94
• 5.3.3 模擬計(jì)算結(jié)果及分析94-96
• 5.3.4 特征線法管網(wǎng)模擬程序總結(jié)96-97
• 5.4 本章小結(jié)97-98
• 6 模擬程序形成及分析98-102
• 6.1 MATLAB 語言特點(diǎn)98
• 6.2 管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的程序?qū)崿F(xiàn)98-100
• 6.3 模擬計(jì)算對比分析100-101
• 6.4 本章小結(jié)101-102
• 7 多氣源超高壓輸氣管網(wǎng)工況的模擬研究102-126
• 7.1 輸氣管網(wǎng)結(jié)構(gòu)與氣源參數(shù)102-103
• 7.2 管網(wǎng)流量確定103-108
• 7.2.1 負(fù)荷預(yù)測103-108
• 7.2.2 小時(shí)流量確定原則與數(shù)據(jù)整理108
• 7.3 超高壓環(huán)網(wǎng)水力模擬計(jì)算108-110
• 7.3.1 超高壓管網(wǎng)水力計(jì)算公式108-109
• 7.3.2 超高壓管網(wǎng)壓縮因子109-110
• 7.3.3 摩阻系數(shù)公式的選擇及其計(jì)算110
• 7.4 管網(wǎng)模擬計(jì)算和運(yùn)行分析110-118
• 7.4.1 管網(wǎng)模擬計(jì)算111-116
• 7.4.2 運(yùn)行分析116-118
• 7.5 氣體組成分析118-124
• 7.5.1 各分輸站流量組成計(jì)算118-123
• 7.5.2 各分輸站的華白數(shù)和燃燒勢123-124
• 7.6 本章小結(jié)124-126
• 8 結(jié)論與展望126-130
• 8.1 結(jié)論126-127
• 8.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)127-128
• 8.3 展望128-130
• 致謝130-132
• 參考文獻(xiàn)132-138
• 附錄138-157
• A. 氣體組分計(jì)算常數(shù)值138-139
• B. 通用常數(shù)的值139
• C. 純物質(zhì)的臨界參數(shù)139-140
• D. 組分間的二元交互作用系數(shù)140-141
• E. 管網(wǎng)系統(tǒng)各時(shí)刻節(jié)點(diǎn)壓力模擬結(jié)果141-144
• F. 現(xiàn)有城市用氣狀況144-146
• G. 電廠用戶 24 小時(shí)逐時(shí)不均勻性統(tǒng)計(jì)146-147
• H. 該省各城市月、日、時(shí)不均勻系數(shù)統(tǒng)計(jì)147-150
• I. 各年水力計(jì)算圖150-153
• J. 各年天然氣氣體組成153-157
• K. 作者在攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄157

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PID控制器參數(shù)自整定方法比較    劉太生

燃?xì)夤芫W(wǎng)水力計(jì)算研究    田貫三;劉燕;江億;

天然氣管道運(yùn)行優(yōu)化模型及其尋優(yōu)方法研究    楊毅

地下管網(wǎng)三維專題地理信息系統(tǒng)研究    何江龍

電磁場與電磁波仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究    劉亮元;

基于Matlab的電磁場與電磁波可視化教學(xué)研究    劉亮元;

電磁場與電磁波仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)    劉亮元;賀達(dá)江;

天然氣管網(wǎng)工程檔案的管理    徐寶華;

廣東省全面開工建設(shè)天然氣管網(wǎng)    本刊通訊員;

淺析城鎮(zhèn)天然氣管網(wǎng)的選擇和優(yōu)化    茍曉充;

基于MATLAB的異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)過程模擬    劉陵順

建筑能耗分析用逐時(shí)干球溫度的插值方法    周卿;蘇華;

人體活動(dòng)對醫(yī)院關(guān)鍵科室空氣污染控制的影響(1):綜述    沈晉明;唐喜慶;李洪欣;

基于MATLAB的亥姆霍茲線圈軸線磁場均勻分布的動(dòng)態(tài)仿真    司文建;周楠;曹玉松;

集中供熱空調(diào)系統(tǒng)水力工況的動(dòng)態(tài)模擬和控制    馮小平;

基于MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對膨脹土潛勢的分類和判別    高志亮;康衛(wèi)東;陳石;高鵬;

基于MATLAB的高壓變頻器的建模與仿真    時(shí)文飛;

基于Matlab的煤礦井下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測的研究    王蓓蓓;李玉良;胡浩;

干擾抑制狀態(tài)反饋H~∞控制器的MATLAB設(shè)計(jì)方法    于萍;劉勝;

基于Matlab的扁平型直線電機(jī)溫度場分析    孫建宏;魚振民;

基于MATLAB的信息隱藏實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)    劉芳;韓英;馮雁;

串聯(lián)12脈波整流電路的MATLAB-Simulink仿真    孫毅;吳小蘭;

基于FPGA的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)    常彬;高振斌;

MATLAB在GPS高程轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用    鄧明鏡;劉國棟;賓守軍;

江西省天然氣管網(wǎng)工程開工建設(shè)    姜小毛周益民

永濟(jì)天然氣管網(wǎng)開工建設(shè)    皮海峰　行勇安

云南首個(gè)城市天然氣管網(wǎng)開建    首席記者 吳曉松

海西天然氣管網(wǎng)二期工程開工    黃西雷　郭永生

市城區(qū)天然氣管網(wǎng)覆蓋8萬余人    本報(bào)記者 萬亮發(fā)

三鎮(zhèn)天然氣管網(wǎng)主體工程竣工    記者 馮勁松　通訊員 王思敏

江西省天然氣管網(wǎng)工程開建    記者 桂榕何寶慶

臨汾一市四縣(區(qū))天然氣管網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目開工    李玟

天然氣管網(wǎng)年底通至平谷    記者 王東亮

海西天然氣管網(wǎng)二期工程開工    記者 王永珍

城市天然氣輸配管網(wǎng)水力模擬研究與實(shí)踐    王興畏

高壓天然氣管網(wǎng)動(dòng)態(tài)模擬與壅塞流動(dòng)特性研究    劉慶堂

馬鈴薯生長發(fā)育的動(dòng)態(tài)模擬研究    黃沖平

大規(guī)模森林場景的實(shí)時(shí)繪制及動(dòng)態(tài)模擬    劉峰

大型天然氣管網(wǎng)仿真計(jì)算引擎的研究與實(shí)現(xiàn)    鄭建國

網(wǎng)格計(jì)算中的虛擬中間件前件研究    Raihan Ur Rasool（瑞寒）

輸配水系統(tǒng)水力與水質(zhì)安全研究    趙明

基于數(shù)字化工廠概念的乙烯裝置生產(chǎn)過程模擬及其應(yīng)用    錢新華

微型濕空氣透平循環(huán)動(dòng)態(tài)模擬研究    歐陽艷艷

間歇萃取精餾混合溶劑的分子設(shè)計(jì)及過程的動(dòng)態(tài)模擬    韓檬

供水管網(wǎng)水力動(dòng)態(tài)模擬    于景洋

催化重整全流程動(dòng)態(tài)模擬及重整反應(yīng)器模擬方法探討    張紅梅

低壓羰基合成生產(chǎn)丁辛醇裝置的模擬    張伏生

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