城市天然氣高壓外環(huán)的水力工況模擬與運(yùn)行規(guī)律研究

【摘要】：隨著天然氣開(kāi)發(fā)規(guī)模和使用范圍的不斷擴(kuò)展,我國(guó)各個(gè)地區(qū)的天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)也不斷擴(kuò)展和完善。要解決多氣源、高參數(shù)、一體化的城市燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、改造、運(yùn)行、管理調(diào)度等方面存在相關(guān)技術(shù)問(wèn)題,就需要建立管網(wǎng)的水力模型,以掌握管網(wǎng)的運(yùn)行規(guī)律,才能保證管網(wǎng)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、連續(xù)地運(yùn)行。為了建立燃?xì)夤芫W(wǎng)的水力模型,本文將管網(wǎng)的管段壓降方程、節(jié)點(diǎn)流量方程、環(huán)能量方程用矩陣的形式表示,并用節(jié)點(diǎn)法或回路法求解矩陣方程組。其中節(jié)點(diǎn)解法是基于節(jié)點(diǎn)連續(xù)性方程,求解節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣,而回路解法是基于環(huán)能量方程,由齊次線性方程組的任意一個(gè)特解求解回路阻抗矩陣。對(duì)于非管元件的模擬,本文的模型采用非管元件的進(jìn)口壓力、出口壓力、通過(guò)流量三者之間的關(guān)系來(lái)描述。模型中摩擦阻力系數(shù)可采用二分法、牛頓迭代法、弦截法計(jì)算。本文以A市2020年多氣源的天然氣高壓外環(huán)管網(wǎng)為例,基于MATLAB軟件編制該市天然氣高壓外環(huán)管網(wǎng)的水力工況模擬程序,分別模擬該市用氣高峰、低谷、供需平衡時(shí)刻在供氣壓力一定或供氣流量一定的情況下的水力工況,得到各工況下的流量和壓力分布曲線,并分析該高壓外環(huán)的運(yùn)行規(guī)律,提出合理的運(yùn)行管理調(diào)度建議。通過(guò)模擬得出的成果和結(jié)論如下:①以MATLAB為平臺(tái)建立的水力工況模型,可經(jīng)過(guò)適當(dāng)修改而用于燃?xì)夤芫W(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)模擬、運(yùn)行模擬,甚至管網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益模擬。模型的使用范圍廣,實(shí)用性強(qiáng),且操作簡(jiǎn)單,收斂速度快。②對(duì)A市各類天然氣用戶進(jìn)行研究得出用氣規(guī)律,采用不均勻系數(shù)法建立A市天然氣負(fù)荷預(yù)測(cè)模型,預(yù)測(cè)2020年高峰時(shí)(12月某日19點(diǎn))和低谷時(shí)刻(5月某日4點(diǎn))用氣量分別為104.2129萬(wàn)m3/h和29.1391萬(wàn)m3/h,增強(qiáng)負(fù)荷計(jì)算的準(zhǔn)確性。③利用所編制的模擬程序?qū)市天然氣高壓外環(huán)進(jìn)行模擬,得到各個(gè)工況下的壓力曲線。無(wú)論是用氣高峰、用氣低谷時(shí),還是供需平衡時(shí),2節(jié)點(diǎn)均為壓力最低點(diǎn),2節(jié)點(diǎn)所供應(yīng)的C區(qū)成為用氣緊張區(qū)域。而氣源點(diǎn)中,5節(jié)點(diǎn)的壓力較低。應(yīng)將2節(jié)點(diǎn)和5節(jié)點(diǎn)作為今后的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象,避免供氣不足或壓力過(guò)低。④多氣源環(huán)狀管網(wǎng)系統(tǒng)相鄰氣源點(diǎn)之間的壓力和流量會(huì)相互影響。A市高壓外環(huán)中,5和6節(jié)點(diǎn)的氣源均來(lái)自同一長(zhǎng)輸管線,可以考慮適當(dāng)減少6節(jié)點(diǎn)的氣源供氣量,而增加5節(jié)點(diǎn)的供氣量,使得5節(jié)點(diǎn)有足夠的流量提供給2和3節(jié)點(diǎn)。 【關(guān)鍵詞】：管網(wǎng)模擬 高壓外環(huán) 水力工況 多氣源 MATLAB
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU996
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 概述9-15
• 1.1 研究背景9-11
• 1.1.1 我國(guó)天然氣管網(wǎng)不斷完善9-10
• 1.1.2 亟待解決的問(wèn)題10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 研究的內(nèi)容和意義13-15
• 2 燃?xì)夤芫W(wǎng)建模的總體思路15-19
• 2.1 燃?xì)夤芫W(wǎng)模型的分類15-18
• 2.1.1 按模型用途分類15-16
• 2.1.2 按模型原理分類16-17
• 2.1.3 建模流程17-18
• 2.3 燃?xì)夤芫W(wǎng)建模的步驟和流程18-19
• 2.3.1 建模的步驟18-19
• 3 燃?xì)夤芫W(wǎng)建模的基本原理19-34
• 3.1 基本方程的矩陣表示19-21
• 3.1.1 管段壓降方程19-20
• 3.1.2 節(jié)點(diǎn)流量方程20
• 3.1.3 環(huán)能量方程20-21
• 3.2 模型的矩陣解法21-24
• 3.2.1 節(jié)點(diǎn)解法21-23
• 3.2.3 回路解法23-24
• 3.3 模型矩陣節(jié)點(diǎn)解法的擴(kuò)展24-27
• 3.3.0 方程組有唯一解的條件24
• 3.3.1 多氣源的節(jié)點(diǎn)解法擴(kuò)展24-25
• 3.3.2 其他情況的節(jié)點(diǎn)解法擴(kuò)展25-27
• 3.4 非管元件的模擬27-28
• 3.4.1 非管元件對(duì)流量和壓力的約束27
• 3.4.2 非管元件的特征描述27-28
• 3.4.3 非管元件的模擬28
• 3.5 模型中各個(gè)參數(shù)的計(jì)算28-32
• 3.5.1 管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)生成28-30
• 3.5.2 摩擦阻力系數(shù)的計(jì)算30-31
• 3.5.3 壓縮因子的計(jì)算31-32
• 3.6 本章小結(jié)32-34
• 4 A市天然氣高壓外環(huán)管網(wǎng)水力模型的建立34-46
• 4.1 收集基本信息34-36
• 4.1.1 管網(wǎng)參數(shù)34-35
• 4.1.2 氣源參數(shù)35-36
• 4.2 確定用戶負(fù)荷36-42
• 4.2.1 A市年總用氣量預(yù)測(cè)36-37
• 4.2.2 A市用氣不均勻性37-39
• 4.2.3 A市月、日、小時(shí)用氣量預(yù)測(cè)39-41
• 4.2.4 A市用氣高峰和低谷時(shí)用氣量41-42
• 4.3 MATLAB編程求解42-45
• 4.3.1 MATLAB建模步驟42-44
• 4.3.2 模擬結(jié)果的收斂性44
• 4.3.3 所建立模型的優(yōu)點(diǎn)44-45
• 4.4 本章小結(jié)45-46
• 5 A市天然氣高壓外環(huán)的運(yùn)行規(guī)律研究46-58
• 5.1 高峰時(shí)管網(wǎng)運(yùn)行分析46-50
• 5.1.1 高峰時(shí)氣源供氣壓力一定的情況46-48
• 5.1.2 高峰時(shí)氣源供氣流量一定的情況48-50
• 5.2 低谷時(shí)管網(wǎng)運(yùn)行分析50-53
• 5.2.1 低谷時(shí)氣源供氣壓力一定的情況50-51
• 5.2.2 低谷時(shí)氣源供氣流量一定的情況51-53
• 5.3 供需平衡時(shí)管網(wǎng)運(yùn)行分析53-56
• 5.3.1 供需平衡時(shí)供氣壓力一定的情況53-54
• 5.3.2 供需平衡時(shí)供氣流量一定的情況54-56
• 5.4 本章小結(jié)56-58
• 6 結(jié)論與展望58-60
• 6.1 結(jié)論58-59
• 6.2 展望59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 附錄65-69
• A. 管網(wǎng)水力計(jì)算程序框圖65-67
• B. A市天然氣高壓外環(huán)輸配系統(tǒng)示意圖67-68
• C. A市天然氣高壓外環(huán)管網(wǎng)的模擬參數(shù)68-69
• D. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文69

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