Pipelinestudio(Tgnet)应用指南

1Pipelinestudio（Tgnet）应用指南1软件特点及主要用途Pipelinestudio（Tgnet）是经过使用证明的，历史悠久的输气体管道离线模拟软件，能够对管道的正常工况和事故工况进行稳态和动态分析，测试和评价管道的输送/改建/扩建方案，最终获得优化的系统性能和最佳的实际方案本软件具有全功能的图形界面、稳定的数字求解技术、完备的设备模拟、灵活实用的理想化的控制方式和多约束条件设定、温度跟踪、气体属性跟踪、详尽的默认值集合、既能以批处理方式又能以交互（互动）方式运作、灵活多样的开放的输入输出方式、易学易用等特点。使用本软件可以对输气管道的正常工况和事故工况进行分析，测试和评价输气管道的设计或操作参数的设置，最终获得优化的系统性能。使用本软件还可以为实时模拟软件的组态提供建模数据。软件重要应用于以下方面：1）设计管道，管径、输气量研究；2）确定管线尺寸，压缩机规格；3）评价因为操作改变导致的管道工况；4）模拟供气中断、压缩机故障及意外事故，评价事故影响及采取的恢复行动；5）进行供需平衡、调峰、管存量分析，进行操作优化；6）进行管道战略性规划和分析，确定管道5年、10年、15年的长远规划。2管道模拟的理论基础和主要公式气体在管道内流动，随着压力下降，密度逐渐变小，流速不断增大。同时气体在管道流动过程中还要气体与周围介质进行热交换，温度会逐步降低，在管道的未段趋近于甚至低于周围介质的温度。特别是在不稳定流动的情况(输气管大多数处于不稳定流动状态）下，更导致压力、流量和温度的变化。因此，描述气体管内流动状态的主要参数有：压力P、密度、流速v和温度T。求解有关参数的方程主要是：连续性方程：20)()(xtvAA其中：0;0tLx运动方程：0)2()(vvDfghPvvvixxxt其中：0;0tLx能量守恒方程：)()4()(2)()(3giwixxtvTTDUvDfvTPTvTTc以上方程中符号意义如下：L管道长度g重力加速度x距离f摩阻系数t时间Di管道内径A管道横断面积T气体温度ρ气体密度Tg地温P气体压力Uw总传热系数v气体流速Cv气体热容h管道高程气体状态方程：为了正确模拟气体的水力学特性，需要在各种条件下气体各项物理属性的变化和它们之间的关系。这些物理属性主要是指：气体的密度压缩系数粘度热容比热比热比热值3求解这些参数的方程称为状态方程。气体状态方程又分为理想气体的状态方程和真实气体的状态方程。1）理想气体的状态方程理想气体的状态方程:RTP通用气体状态方程为:RTZP状态方程规定：压缩系数Z是压力和温度的函数范德瓦尔斯状态方程：2VabVRTP理想气体没有考虑实际气体中分子的大小和分子间的作用力，范德瓦尔斯状方程中b是对分子体积作出的修正，a是对分子间作用力作出的修正。2）真实气体的状态方程（1）SaremSarem状态方程是一个老的状态方程。它解决了在通用气体状态方程中，在通常输气管道的条件下，如何计算压缩系数的问题。它使用对比压力和对比温度(天然气的压力、温度与其临界压力、临界温度之比)的概念，用勒让德多项式计算压缩系数。ZAPPPTmnmnmrnr05052151482419..其中对比压力和对比温度是基于虚拟临界压力和虚拟临界温度的近似值。以相对密度为基础计算虚拟临界值，用Wichert和Aziz关系式矫正CO2对虚拟临界值的影响。SAREM方程的优点是：在大多数天然气系统的正常运行压力范围内精度高；描述气体的参数少，只需要相对密度，热值和C02含量（可由气体组份求得）；允许用户自定义气体属性；定压比热容和定容比热容取自假定的理想气体SAREM方程的缺点是：低压无效；4靠近相变区时结果不正确。（2）NX-19和AGA-8NX-19和AGA-8都是靠对大量输气管道的实测数据进行研究产生的纯经验公式。AGA-8又包含两个公式：一个是用详细特征法产生的公式，另一个是用总体特征法产生的公式。（3）SRK自范德瓦尔斯之后又出现了很多状态方程，它们用不同的参数表示实际气体与理想气体的区别，各有自己的适用范围。SRK方程是其中一个，同时它又是对RK方程的改进：bVVabVRTP2SRK方程的应用比较广泛，而且有多种变形。（4）Peng范德瓦尔斯方程在一定范围内已经能比较接近的描述实际气体的性质，但是它没有考虑温度和偏心因子的影响，因而适用范围有限，Peng-Robinson是在考虑了上述因素后由范德瓦尔斯方程派生出的方程：222bbVVabVRTPPeng方程的优点是：在较大的压力、温度范围内都比较精确；在相变区或相变区附近也比较精确；可以作气体组分跟综；计算量少于BWRS。Peng方程的缺点是：5需要输入气体的全部组分；不能使用PLS提供的用户自定义属性。（5）BWRS范德瓦尔斯方程、SRK方程、和Peng方程的共同问题是对分子间作用力考虑不够充分，以至在介质密度很高时不够准确。BWRS方程考虑了更多的修正，因而也引入了更多的参数。引入的参数越多，考虑的因素越多，适用的范围越宽。求解的难度和求解计算量也越大。BWRS是一个复杂的有多达11个参数状态方程。222363240302001eTcTdaTdabRTTETDTCARTBRTPoBWRS方程的优点是：在很大的压力、温度范围内都很精确（优于Peng）；在相变区或相变区附近也比较精确；可以作气体组分跟踪；可以处理含有较多非碳氢化合物的气体。BWRS方程的缺点是：需要输入气体的全部组分；计算量最大，因而速度最慢；不能使用PLS提供的用户自定义属性。3）气体状态方程小结理想气体状态方程的精度肯定是不够的。纯经验公式如，SAREM、NX-19、AGA-8在它们的适用范围内（指美国输气管道的压力、温度、组分范围）是最准确的。其中AGA公式常常是法定的计算公式。SRK、Peng和BWRS方程有更宽的适用范围。它们甚至还可用于液态烃和气、液平衡计算。它们常常是模拟计算使用的公式。在纯经验公式适用的范围内，上述公式也可使用。因为它们的差异，远小于其它不确定因素（例如管道沿线的温度）引起的差异。6复杂性BWRS最复杂Sarem最简单计算速度Sarem最快BWRS最慢适用范围Sarem－干气BWRS－湿气Peng-Robinson－所有气体4）阻力系数公式水力摩阻系数计算推荐采用Colebrook公式：eRdk51.271.3log0.21式中：k——管内壁绝对粗糙度，m；d——管内径，m；eR——雷诺数。ColebrookWhite公式考虑了不同管子光滑或粗糙的内壁情况，在较宽的流动状态范围下有较好的模拟精度，适用于紊流三个区。3软件人机界面简介Pipelinestudio（Tgnet）在视窗中运行，启动时显示主视窗。主视窗含有标准的视窗控制按钮（最大化、最小化和关闭按钮），从上至下还有标题条、菜单条、工具条，工作区和状态条。工作区主要包括管网视窗及管网有效性结果窗/稳态窗/报警事件窗等。71）标题条标题条位于主视窗顶部，它显示软件的名称（PipelineStudio）和当前活动的管网模型名称。在模型文件名之后是用括号标明的gas或liq以区分是气体管网模型或是液体管网模型。如果对模型文件作了修改而又没有保存，在括号后会出现一个*号。再后面是时间，稳态模拟时显示00:00:00；以批处理方式运行动态模拟的过程中，时间不变，模拟结束时显示最终的结束时间；交互式动态模拟过程中，此时间的含意是模拟进行的时间。如果出现了报警，在标题条的最后显示Alarm×，其中×表示报警的数量。2）状态条状态条位于主视窗的底部，工作区的下面。当鼠标指向主视窗的某一菜单项或工具条的工具时，状态条显示简明扼要的帮助信息；当鼠标指向管网视窗的某一位置时，状态条显示管网元件的名称或鼠标位置；另外在进行了某项处理之后，它还会显示有关处理是否成功或是否完成的消息。3）菜单条菜单条如下图所示，其主要功能都包含在工具条中。标题条菜单条工具条管网视窗状态条管网有效性结果窗稳态窗报警事件窗8从左至右各菜单项的功能是：File菜单—文件的打开、关闭、保存等。Edit菜单—对象的拷贝、剪切、编辑等。View菜单—视窗的拖动、缩放、网格控制等。Insert菜单—插入气体参数、特性曲线、对象等。Simulation菜单—指定单位、模拟选项、模拟命令等。Chart菜单—趋势图、沿程变化图等。Tools菜单—多案例工具、选项等。Table菜单—打开、关闭表格视窗等。Windows菜单—视窗的排列和控制。Help菜单—帮助和技术支持等。4）工具条工具条位于菜单条的下方，它分门别类的组合了Pipelinestudio（Tgnet）中最常用的功能，大大提高了软件的易用度。熟悉和掌握工具条的功能和用法对提高工作效率大有好处。Pipelinestudio（Tgnet）的工具条由九个部分组成：（1）标准工具条本工具条从左至右常用的十一项功能分别是：建立新的模型文件、打开已有文件、保存文件、发送Email、打印、打印预览、剪切、拷贝、粘贴、格式刷、重复使用格式刷等。（2）图表工具条本工具条要在计算之后，有一段或多段管道被选中时才可以使用。从左到右9各项功能是：沿线压力曲线、沿线流量曲线、沿线压力及流量曲线、沿线温度曲线、纵断面曲线、压头及纵断面曲线。（3）表格工具条用于分类显示最常用的输入、输出表格。从左到右分别是：管段属性输入数据表，外部调节器输入数据表、压缩机输入数据表、泵输入数据表；管段计算结果输出数据表、外部调节器输出数据表、压缩机输出数据表、泵输出数据表。（4）缩放工具条从左到右控制管网视窗的放大、缩小、选择集放大、显示全图、拖动等功能。（5）绘图工具条用于绘制管网结构图。注意选中一种管网元件后可以在管网视窗中连续绘制该种元件，再次点击原工具条按钮或箭头按钮取消继续绘制该种管网元件，使鼠标变成选择工具。从左至右功能为：选择、删除、添加文字、添加表格、绘管段、绘通用压缩机、绘离心压缩机、绘往复压缩机、绘压缩机站、绘切断阀、绘止回阀、绘调节器、绘气源（进气点）、绘分输点、绘燃料阀、绘按热值计量的分输点、绘泄漏点、绘阻力元件、绘冷却器、绘加热器、绘仪表（供实时软件组态使用）。（6）图形编辑工具条用于控制管网视窗的网格、对管网元件作旋转、翻转、断开等操作，还可为管网元件插入数据块等。从左至右依次为：右转、左转、水平翻转、垂直翻转、张开、左断开、右断开、管网元件缩放、开关网格、开关网格捕俘功能、正交绘图、插入数据块、)添加数据项、锁定图形、绘制流动方向。10（7）模拟命令工具条这里从左到右包括了：管网有效性检查、显示KW文件、显示稳态报告、显示动态报告、稳态模拟、动态模拟、再启动动态模拟、交互式稳态模拟、交互式动态模拟、编辑动态脚本、查看趋势图、沿程变化曲向导等。（8）交互式模拟命令工具条这里是专用的交互式动态模拟命令，它们通常是不可用的，只有在起动了交互式动态模拟之后才变为可用。其中的命令从左到右有：用稳态作初态、用末态作初态、启动模拟、停止模拟、暂停模拟、单步模拟、按指定步数模拟、保存并退出、作废、锁定设备、解除设备锁定、把当前状态写入报告文件、改变设定值、装入状态文件、保存状态文件等。（9）文件查看工具条这一工具条主要用在查看大型输出文件时，在文件中执行查找功能。5）管网有效性结果窗/稳态窗/报警事件窗这是一个由三个子窗口构成的组合窗。点击其下部的三个按钮，可以在三个窗口之间切换。对管网作有效性检查后出现有效性检查结果窗。其中可能列有出错信息或警告信息，如果是这样，在多数情况下会有一修复按钮(Fixbutton)，点击此按钮可以直接显示需要修改的条目，这一功能大大有利于快速校正管网模型。稳态窗中显示稳态模拟过