燃气管网仿真系统发展现状及其应用研究

燃气管网仿真系统发展现状及其应用研究

王娟

新奥能源控股有限公司河北省廊坊市065001

摘要：在改革开放的新时期，我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，城市燃气管网规模扩大和复杂程度提高，对调度人员提出了更高的要求，如何实现燃气管网的实际运行工况仿真，保证安全、稳定供气，成为新的难题。本文重点围绕当前管网仿真技术现状及面临的难题进行简要分析论述。

关键词：燃气管网；仿真系统；SPS；离线；在线

引言

我国的绝大多数城市均普及了城市燃气管道和燃气设施，西气东输等项目的实行，使得城市的燃气管网四通八达，城市燃气管道化有了质的发展。同时城市燃气管网的管理和城市的安全出现了一系列问题，为输配系统的稳定运行和安全供气造成阻碍，因此分析城市燃气管网安全运行的问题和采取相应的有效措施十分必要。

1城市燃气管网发展概况

随着国家“煤改气”政策的推进以及城市扩张速度的加快，城市燃气管网建设突飞猛进，关于天然气的安全事故数量呈上升趋势，因此切实保障城市天然气管网安全运行迫在眉睫。以杭州市为例，杭州市内天然气管网分布广泛，发展历史长远，早在1963年杭州市人民政府便提出“杭州燃气规划”；市内天然气管网里程浩大，燃气用户数量庞大，天然气需求量巨大，如萧山区内天然气管道就已超5000公里，用户多达20万，年用气量超2亿立方。目前城镇天然气管网已朝着智能监控、智能预警、智能控制的智慧化发展，各燃气企业均已采用GIS系统和SCADA系统等先进方法、系统对天然气管网进行管理和监控。但是管网基础设备数量庞大，由此导致的跨部门沟通不通畅、管网发展不科学等问题凸显。通过调研分析发现，燃气企业反应第三方施工开挖对管道的破坏最为突出，充分暴露出施工单位安全意识弱，相关法规不健全，管理部门执法难等问题。经统计发现，国内燃气事故中发生在民居中占比超50%，居民安全知识教育不到位，安全意识匮乏是主因。

2燃气管网仿真系统发展现状及问题分析

天然气管道仿真软件方面，国外起步较早，现已开发出多款技术成熟的仿真计算软件，在全世界范围内得到广泛的应用。最早进入中国市场的是TGNET软件，该软件主要用于长距离输气管道或简单输配气管网系统的模拟，可以对各种正常工况和可能发生的事故工况进行模拟，计算管道的设计、运营参考数值，优化系统工艺参数，仿真结果与现场数据十分接近，准确程度得到业内广泛认可。TGNET能够对气体管道中的单相气体进行稳态和瞬态模拟，软件具有相对友好的人机交互界面。该软件具有离线仿真和在线仿真功能，离线仿真即通过手动输入模拟的边界条件和管道参数来完成不同工况的模拟，实现管道系统的设计、优化以及管理方案的评估和认证，在线仿真则是通过与系统相连接的SCADA系统之间的数据交互，实时采集现场数据，驱动在线模型实现仿真。目前TGNET已被四川石油设计院、广东天然气公司等多家企业引进，辅助设计人员进行工艺设计、操作人员进行管线运行管理。另外一款业内公认的油气管线仿真软件是SPS。该软件包含气体和液体2个模块，可分别实现气体和液体的稳态及瞬态模拟。目前，SPS已被国内外众多知名公司引进，尤其是天然气管道设计规划部门，将其作为管道模拟与设计分析的重要辅助模拟软件。在全球范围内有着较高的评价，部分公司已将SPS作为管道分析的标准。SPS既可实现水力工况和热力工况的模拟，又可以对系统进行控制调节。不仅可以对实际的管道系统仿真，也可仿真模拟管道的控制逻辑，该功能对管线运行调度计划的制定和现场操作人员培训十分有利。SPS的模拟结果可以分别以曲线、数据和表格的形式输出，便于操作人员查看仿真结果、撰写报表。SPS可以展示整个过程中模拟管线的水力随时间的变化，操作人员可查看水力变化的趋势，了解整个水力过程。

3燃气管网仿真系统的应用

3.1增强安全宣传和技术创新的力度

燃气公司需要不断提高技术创新，要坚持引入新技术、新型安全工艺和新材料等，增强燃气管道的耐腐蚀性和使用寿命。具体措施有选用新型的燃气引入管，或者选用钢骨架PE管和PE管等新型管材。燃气公司也可以运用新型技术来更新城市中原有的燃气管道，采用管道内衬技术和穿PE管技术来更新城市中存在安全隐患的燃气管道，做好防范和预防的相关工作。可以采取具体措施减少燃气泄漏情况的发生，比如开展每月固定日期大力宣传燃气泄漏问题的专业知识，让普通居民掌握专业的燃气知识，遇到燃气泄漏问题应该怎么办等具体问题。居民也可以自觉保护生活周边的燃气设施和燃气管网，做到安全使用燃气。同时政府的相关工作人员要加强对居民燃气管道日常维护的宣传工作，通过电视、网络等新闻媒体，向普通大众宣传安全使用燃气的具体知识和燃气使用的相关法律和法规，帮助广大居民安全使用燃气，促进燃气企业的健康、稳定发展。

3.2重视管网基础数据采集分析，科学规划天然气管线系统

在城市建设中，天然气管网与饮水管道、通信管道等其它管路交织混埋，能够铺设的燃气管位空间十分有限。一是建议政府科学规划，全面考虑所有管线的铺设空间，增加城市综合管廊的建设；二是督促燃气企业加强对其所管理的天然气管网数据的采集工作，对数据统计工作提出明确要求，就老旧天然气管道信息整理数量，新铺设天然气管道和报废管道的报备等做出具体规定。三是以数据统计及分析为基础，督促燃气企业完成数据报送工作、完善数据报送项目，对有安全隐患的管道进行概率统计分析，提出分析和预测安全风险的方法，为燃气管道的安全监察、城镇燃气的合理调控和城市发展建设的合理规划提供更精确、更有效的数据支持。

结语

燃气管网仿真系统作为管网安全有效运行的辅助工具，具有以下优势：（1）可模拟城市燃气系统日常运营工况下的操作状况；也可进行安全事故案例的虚拟交互仿真、重演事故及处理结果。（2）采用当前业内成熟技术，系统易于掌握，便于管理与维护。（3）具有良好的可扩展性，可以方便地实现管网规模与应用的扩展。（4）系统运行稳定、可靠。管网仿真系统作为生产计划、安全评估、员工培训的技术手段，可以创造巨大的经济和社会效益。

参考文献

[1]符建安,陈加钦,曾锐,周学斌.燃气管道风险评价与全面检验实践[J].压力容器,2014,31(12):62-66.

[2]曾静,许俊城,陈国华,袁金彪.城市埋地燃气管道风险评估方法的适用性[J].煤气与热力,2007，(05):55-61.