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目前，天然气管网系统的规模越来越大，其构造与设施也越来越复杂。
这样就使调度管理趋于复杂，经验调度的管理方法也已经不能适应发展的需要，因而实现管理现代化、决策科学化的要求也就越来越成为一个迫切需要解决的课题［２］。
管网优化输配是调度管理的一个重要内容，对其进行研究具有重要意义。
现对研究现状进行综述。
１． 动态模拟进展天然气管网系统动态模拟研究主要包括两个方面的内容：建立描述天然气在管道中流动的数学模型；求解该数学模型的方法［１］。
下面对天然气管网系统动态模拟的数学模型、求解方法综述如下［２］。
１９０２年意大利学者阿列维（Ｌ．Ａｌｌｉｅｖｉ）以严密的数学方法建立了不稳定流动的基本微分方程，奠定了不稳定流动分析的理论基础。
１９１３年他提出了管道不稳定流动模型。
但在气体管道方面，从４０年代至６０年代国外主要还是从事静态计算，其基本方法是用连续性方程和动量方程描述气体在管道内的流动。
通过忽略流体介质随时间的变化，并在一定条件下得到管道内流量随压力变化的水力计算基本公式。
当把计算摩阻系数的不同公式代入水力计算基本公式后，可以得到各种形式的实用公式，如威莫斯公式、潘汉德公式、前苏公式等。
在确定管内气体压力分布后，可按苏霍夫公式进行热力计算。
天然气管道动态模拟是从６０年代开始的。
由于当时输气管道压力较低，同时受到管道技术和计算机技术的限制，在数学模型和计算方法上都进行了不同程度的近似处理。
如典［２～５］天然气管网系统动态模拟与优化输配研究进展李健 中石化管道储运分公司黄岛油库式中Ｍ－气体的质量流量；Ｐ－气体的压力；ρ－气体的密度；Ｔ－气体的温度；ｆ－摩阻系数；Ｄ－管道内径；Ａ－管道流通面积；Ｒ－通用气体常数；Ｚ－气体压缩系数；θ－管道与水平线间的倾角；ｘ－管长变量；ｔ－时间变量。
其中，第一类模型将气体视为理想气体，并且忽略了能量方程，由此获得的计算结果相当粗糙，它完全不适用于高压输气管道；第二类模型将气体视为实际气体，但也忽略了能量方程，没有考虑气体温度的变化，同时它也把压缩系数视为一常量。
基于TGNET软件的天然气管网动静态模拟分析基于TGNET软件的天然气管网动静态模拟分析摘要：天然气管网是能源行业中重要的交通基础设施之一，对于天然气输送和分配起着重要作用。
本文利用TGNET软件，对天然气管网进行了动静态模拟分析。
通过分析模拟结果，我们可以了解管网的工作状态及对其进行优化改进的方向。
1. 引言天然气是一种清洁、高效、多功能的能源资源，广泛应用于工业、民用等领域。
为了有效输送和分配天然气，需要建立起完善的管网系统。
而天然气管网的运行状态及优化改进则需要通过模拟分析来实现。
2. TGNET软件简介TGNET软件是一种专业的天然气管网模拟分析工具，具有全面的功能和高度的灵活性。
它可以对管网进行动态和静态模拟，包括流体物理特性的模拟、压力和温度的分析等。
通过输入管道信息、起始和终点等参数，可以得到管网在不同条件下的运行状态。
3. 动静态模拟分析方法首先，通过TGNET软件建立管网模型，输入相关的管道参数、阀门信息等。
然后，设定起始点和终点，设置输送要求。
接着，通过对模型进行时间步长的设定，进行动静态模拟。
在动态模拟中，可以观察管网运行过程中的压力、温度变化等。
4. 模拟结果与分析通过对天然气管网进行动静态模拟，我们可以得到管网的运行状态以及可能存在的问题。
比如，模拟结果显示在某一区域的压力过高，可能导致泄漏风险。
此时可以通过增加阀门、降低流量等方式进行优化改进。
另外，模拟结果还可以用于预测管网在不同条件下的工作状态，为管网的设计和维护提供参考，减少风险。
5. 应用案例本文以某天然气管网为例进行了应用案例研究。
通过对该管网进行动静态模拟分析，得到了管网运行过程中的压力、温度变化等信息。
通过分析模拟结果，我们发现在某一段管道中存在压力异常的问题。
通过对阀门进行适当调整，压力问题得到了解决。
这个案例表明TGNET软件在管网优化中的作用。
6. 结论本文利用TGNET软件对天然气管网进行了动静态模拟分析，通过分析模拟结果，我们可以了解管网的工作状态及对其进行优化改进的方向。
Pipelinestudio（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：)()(=+x t v A A ρρ 其中：0;0≥≤≤t L x● 运动方程：其中： 0;0≥≤≤t L x● 能量守恒方程：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。
目录一、项目概况 (3)二、管道完整性管理 (4)2.1管道完整性定义 (4)2.2管道完整性管理的要素循环 (4)2.3管道完整性管理程序 (5)三、管道数据化信息系统 (5)3.1管道数据的观念 (5)3.2国内外管道数据化信息系统现状 (5)3.3数字化管道的系统组成 (6)3.4数字化管道的特点 (7)3.5数字化管道的作用 (8)四、输气干线动态模拟仿真培训系统 (9)4.1动态模拟仿真系统概述 (9)4.2动态模拟仿真 (9)4.3动态模拟仿真的作用和意义 (10)五、管道地灾风险评估 (11)5.1管道地质灾害识别 (11)5.2管道地质灾害完整性评价技术 (13)5.3管道地质灾害风险评估 (13)六、海底管道风险评估 (14)6.1海底管道失效原因 (14)6.2管道风险评估方法 (15)6.3管道风险评估流程 (16)6.4风险平等级评价 (17)七、人员组成架构 (17)八、质量控制 (18)一、项目概况管道是石油天然气输送的最主要的方式，在石油天然气开发过程中发挥着不可替代的重要性。
对管道的本质安全管理，主要是进行管道完整性管理，通过完整性管理来对管道进行周期性的维护和保养，以确保管道能在安全的状态下运行。
建立管道数据化信息系统，以便随时掌握管道现状的相关数据，作为我们对管道进行管理的依据，根据其数据做出管道检测、管道修复、管道保养等计划，确保管道的正常运行，以保障管道完整性体系的正常运行。
开发建设输气干线动态模拟仿真培训系统，利用该系统对操作的员工进行培训，进一步提升员工的操作能力，降低人员误操作的风险，以满足管道完整性管理目标要求。
对管道进行地质灾害风险评估，收集管道设计、运行、地质环境、检测以及维修等资料，根据项目要求进行整理和分析，最后结合实际情况对管道进行地质灾害评估，并出具评估报告，报告中包含地质灾害风险等级和风险减缓的措施和建议。
对管道进行风险评估，收集本次海管的相关资料和信息，包含但不只海管设计、运行、维修、监测、监测等方面的资料，结合实际对海管是否能够延期服役进行风险评估，可以从管道腐蚀、自由悬跨、第三方破坏力等方面对海管开展全方面的风险评估，分析其安全状态，判断其能否延期服役并出具管道风险评估报告。
柴油机掺氢关键技术及实验研究随着全球能源结构的转变和环境保护要求的提高，寻找一种更加清洁、高效的能源替代品成为了当务之急。
氢气作为一种极具潜力的能源，具有高能量密度、零污染等优点，因此被视为未来能源的重要方向。
将氢气掺入柴油机中，可以显著降低污染物排放，提高燃油经济性，是当前研究的热点之一。
本文将围绕柴油机掺氢关键技术及实验进行研究，旨在为相关领域提供有益的参考。
柴油机掺氢技术的研究始于上世纪末，其技术原理是将氢气与空气混合后进入柴油机气缸，参与燃烧过程。
掺氢技术可以降低柴油机的碳烟排放，提高燃油经济性，同时还可以通过调节掺氢比例，控制发动机的动力输出和扭矩。
然而，掺氢技术也存在一些问题，如氢气储存和运输难度大、掺氢比例难以控制、发动机耐久性下降等。
因此，针对这些问题，研究者们开展了大量深入的研究。
本文采用文献调研和实验研究相结合的方法，首先通过文献调研了解柴油机掺氢技术的国内外研究现状、存在的问题和发展趋势。
然后，根据文献综述的结果，设计柴油机掺氢实验方案，通过实验来验证掺氢技术的效果和影响因素。
具体实验方案如下：实验设备：选用某型号柴油机作为实验对象，并配备功率、转速、油耗等测量仪器以及气体分析仪器等。
实验材料：选用不同掺氢比例的氢气与空气混合物作为燃料，同时记录柴油机的运行参数，如功率、转速、油耗等。
实验方法：在保证其他因素不变的前提下，改变掺氢比例，记录柴油机的运行参数和排放数据。
同时，为了探究掺氢对柴油机耐久性的影响，还需进行长周期实验。
通过实验，我们得到了不同掺氢比例下柴油机的运行参数和排放数据，具体结果如下：在掺氢比例为10%时，柴油机的碳烟排放降低了30%，燃油经济性提高了10%，但发动机功率略有下降。
在掺氢比例为20%时，柴油机的碳烟排放降低了40%，燃油经济性提高了15%，但发动机功率下降了10%。
在掺氢比例为30%时，柴油机的碳烟排放降低了50%，燃油经济性提高了20%，但发动机功率下降了15%。
- 20 -论文广场石油和化工设备2018年第21卷HYSYS动态模拟在燃气系统设计中的应用张振友，陈文峰，陈宾（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）[摘 要] 燃料气系统供气压力波动较大时，会降低机组运行的稳定性。
HYSYS动态模拟可以准确计算发电机负载变化时的供气压力波动值，弥补常规设计及HYSYS静态模拟的不足。
[关键词] 燃料气系统；压力波动；HYSYS；动态模拟作者简介：张振友（1984—），男，山东人，硕士研究生，工程师。
现在海洋石油工程股份有限公司从事海洋石油工艺系统设计工作。
海上油气田距离陆地较远，一般采用在海洋平台上设置电站，以满足平台的用电需求。
对于天然气气田或其他伴生气田，燃气涡轮发动机（透平）成为电站组成的首选型式。
透平选用天然气和柴油作燃料，正常生产时使用天然气，天然气供气系统故障时切换为柴油。
燃料气系统为平台电站供天然气，一般由洗涤器、聚结过滤器、过热加热器及连接管线组成。
燃料气系统设备的设计处理能力由电站的最大耗气量以及燃气柴油切换时间决定，而管线系统的尺寸还受主机负载的突然增加/减少功率的影响。
本文将利用HYSYS 动态模拟分析主机负荷变化对燃气系统设计的影响。
1 燃料气系统尺寸计算分析燃料气系统尺寸计算包括燃气洗涤器和管线计算。
燃气洗涤器的容积应考虑发电机组进行燃料由气转油切换的燃气用量需求，即在发电机组进行燃料切换时间内所有天然气的消耗量。
洗涤器尺寸计算方法成熟可靠，本文不再详述。
燃料气系统管线尺寸按照气相管道尺寸计算原则计算，管道尺寸计算主要限制条件是最大流速和许用压降，通常以压降为气相管径计算的限制条件，在气体管道中，最常用的经验压降公式是Weymouth 公式；如果压降在整个系统设计中不是关键项，则需重点控制管道的流速，以避免产生噪音和振动问题，按照API 14E 的要求，一般控制工艺气管道最大流速在18.3m/s 以内。
南海某气田，电站系统采用三台Solar 公司T40型透平发电机，两用一备。
SPS管道仿真系统介绍SPS管道仿真系统介绍Stoner Pipeline Simulator (SPS)是德国GL集团公司的管道仿真系统。
SPS是世界领先的单相流动态模拟软件，能够实现长输管道的离/在线瞬态模拟计算、泄漏检测、批次管理（批次跟踪、界⾯检测）等，可⽤来辅助解决管道的运⾏技术问题，包括瞬态⽔⼒、热⼒分析、控制系统设计及管道运⾏控制等，可模拟各类管道元件如机泵阀、控制元件、热⼒元件及各种仪表检测元件。
SPS⾼级瞬态模拟仿真软件功能特点包括：模拟范围：管道配置不限；单相流，批次输送或混合输送管道（⾮多相流）；可模拟液柱分离及⽓化；交互式或批⽂件模拟；图形⼈机建模界⾯；多种初始⼯况供选择。
⼀、SPS的特点和功能单⼀或混合的多种介质：能够模拟单⼀的流体介质，单相的多种混合流体介质。
体积,热值,组分跟踪以及进⾏成品油界⾯跟踪：能够对⽓体在管道内各点进⾏组分,热值等跟踪分析。
能够进⾏成品油不同油品间的界⾯跟踪。
热⼒模型：能够模拟等温模型，绝热模型和温变模型。
理论模拟：能够在现场设备和模拟设备建⽴相应的连接，以达到与现场相⼀致。
标准的管道设备：不同类型的管道设备运⽤，例如管线，转动设备，截断阀和⽌回阀，感应器，流量计，PID 控制和控制阀等。
单位的处理：拥有公制和英制两种单位，另外可以⾃⼰定义单位。
重新启动的能⼒：能够在给定的状态下，重新模拟运⾏，并且接受不同的控制⽅法，不⽤做重复的⼯作。
数据输⼊捷径：使⽤⼀些缺省的字符串和命令，达到简单操作的⽬的。
强⼤的逻辑控制语⾔：在INTRAN⽂件中使⽤特殊的语⾔来做为逻辑控制。
这种语⾔有很好的弹性可以⽤来模拟RTU逻辑或现场的硬件控制。
⼆、SPS仿真软件－模块架构三、SPS典型应⽤：管道启/停输程序分析；运⾏稳定性分析；泵机组运⾏计划分析；各种运⾏⽅案的经济研究；批次跟踪研究；⽔击泄放系统优化和控制；连锁控制系统逻辑设计；运⾏预测管理；事故隐患分析及应对策略评估；培训管道操作⼈员；预测管道泄漏对环境的影响；研究批次、部分分输或油品掺混效果；管道系统的温升研究；管道破裂事故研究。
2019年第1期新疆有色金属1Hysys 动态模拟技术化工模拟过程可分为稳态模拟和动态模拟（dy-namic simulation ）两类。
动态模拟发展至今已有20多年的历史，它是计算装置的某个或多个参数发生变动时，其它所有参数如何随时间而发生变化。
因而它的计算永远不会终结，对于任何一个参数的变动，计算结果都是系统中所有工艺参数及相应的性质随时间变化的关系曲线[1]。
动态模拟主要用于过程动态特性的分析、控制方案的制定、开停车方案的优化以及操作工培训软件的开发等方面。
在实际生产过程中，过程参数不停的波动，最理想的状态也是一种动态平衡，而这种动态的状态运动，稳态模拟是不可能实现的。
因此动态模拟对实际生产更具指导意义。
2Hysys 动态模拟对象目前，世界上成熟的天然气液化工艺流程有三种类型，分别是复迭（阶式）循环流程、膨胀机制冷流程和混合冷剂制冷流程[2]。
（1）复迭制冷循环典型的复迭制冷循环由多个单独的制冷循环组成，多为丙烷、乙烯、和甲烷等数个不同温度级别的循环系统串联，每个系统均有一个压缩机组，获得所需各温度级位的冷剂。
在早期的天然气液化生产中，复迭制冷技术有较多的应用。
但是其缺点很明显，机组多，流程复杂，控制、操作和维修环节繁多，因而可靠度相对较低。
有些采用复迭制冷的大型LNG 生产装置为了提高开工率，每个冷剂系统都配备了双透平，虽然这样做可以使装置即使在某个透平出问题时仍然有可能保持生产，但操作越发复杂，单位投资也大大增加。
目前，在超大型的基地型液化工厂，改进型的复迭制冷流程尚有应用。
（2）膨胀致冷循环膨胀机流程为利用高压制冷剂如氮气、天然气或混合气，通过透平膨胀机绝热膨胀降温实现液化。
由于循环气量大、液化率低、换热器传热温差大，功耗大。
而且动设备多，尤其是膨胀机的工作性能受原料气压力和组成变化的影响较大。
此类工艺仅见于装置能力非常小或环境特殊的场合。
（3)混合制冷循环混合制冷剂制冷循环MRC 是采用N 2和C1～C5烃类混合物作为循环制冷剂的工艺。
模拟仿真在工程领域的应用和优势模拟仿真是一种利用计算机模拟工程系统运行状态和行为的技术。
它能够将实际系统中的各种变量、参数、条件和限制等信息输入到模型中，计算得到系统在不同条件下的运行情况，并输出细致的分析报告。
在工程领域，模拟仿真已经成为了解决问题和优化设计的重要工具。
下面让我们一起来看看模拟仿真在工程领域中的应用和优势。
一、应用1. 电子技术电子技术的发展受到物理学、天文学、生物学等基础性学科的影响。
而模拟仿真技术可以帮助电子工程师确定器件、电路和系统的性能，并优化它们的设计。
例如，在设计高频电路时，如果需要快速而精确地确定其响应、损耗和非线性变化等特征，就可以运用模拟仿真技术进行处理。
2. 机械工程在机械工程领域中，模拟仿真可用于模拟机械结构的成型过程，帮助工程师分析机械结构的物理特性，如强度、刚度、耐用性、重量、质量等。
借助其它工具，设计人员可以确定设计的可行性，并反复改进。
例如，在机械制造中，希望提高产品的性能和价格比，因此使用了软件来优化产品。
从全局投资分析到个别零部件的广泛仿真，都可以用来提供信息，以使最终的设计更合理。
3. 建筑工程在建筑工程中，基于模拟仿真的设计可以帮助工程师更好地评估建筑物的特性，如建筑物的各种约束、重要参数和设计要求等。
在建筑物的屏障设计、建筑物空气流动、降低噪音和提高照明等方面，该技术已经发挥出其独特的优势。
例如，使用此技术进行建筑物的热力分析，使建筑物的热力效益达到最大，才能达到节能、环保的要求。
二、优势1. 减少研发成本在产品设计和开发阶段，传统的测试方法需要花费大量的时间和成本。
但在模拟仿真中，可以在一个虚拟的平台上模拟一系列设计方案，以次比较仔细分析各个方案的表现。
借此，可以减少试验，将设计成本降至最低。
2. 提高可靠性在实际生产中，某些设计可能由于一些难以预见的缺陷或不完善的设计引起不稳定和故障。
但是，利用仿真技术，可以对一些异常情况和故障进行模拟和测试。
SPS(stoner pipeline simulator)Stoner公司的SPS（Stoner Pipeline Simulator）。
该软件能够实现长输管道的离线实时模拟计算，是世界公认的用于长距离输油（气）管道设计、计算以及全线自动化控制模拟的高精度软件。
在液体管网的稳态和瞬态计算方面应用较广，已在国内多项石油管道工程研究与设计中应用。
SPS软件家族包括管道的实时在线仿真（Statefinder）、泄露检测（Leakfinder）、实时状态预测（Predictor）、操作员培训系统（Trainer）和离线仿真（Simulator）5个软件。
其中Statefinder、Leakfinder和Predictor是SPS软件中的在线产品，它们的运行需要SCADA系统实时数据的支持，能够实时动态的模拟管网的运行状态。
Leakfinder可以在管网实时运行中进行泄漏检测，而Predictor则可以对动态管网的未来运行状态进行预测。
Trainer用于培训管网系统操作人员，它可以模拟真实的SCADA系统运行状态，使操作员在模拟的环境下学习如何操作管理管网系统。
Simulator是其它四个软件模块的基础，，用于管道离线仿真、管道设计、管道运行能力的估算等。
众所周知，SPS/仿真器拥有精确模拟管道设备中流体液力学和全部控制系统性能（非理想化）的手段，它所提供的仿真精度是任何其它软件所不能比拟的。
SPS拥有的强大的二次开发能力，是其他同等软件所不具备的。
它提供的ADL开发环境使得在不改变基本的核心仿真软件的前提下，可以设置与基本仿真同时运行的应用，或者控制仿真过程。
新定义的变量可以表示为仿真数据的函数，它们的值可以象任何隐式仿真数据一样用于报告、结果显示、或传递给第三方的应用或系统。
操作员可以根据需要开发自己的应用程序、可选择多种数学函数、可模拟PLC多种运行逻辑、可增改泄漏检测的算法，等等，以满足仿真过程中的各种需要。
原油以及天然气等伴生气已经成为世界上最有用的能源，原油在日常生活中被频繁使用。
原油的提取不仅是为了商业用途，也是为了安全和环境原因，它还会引起腐蚀和其他问题，可能会导致设备在分离过程中损坏。
因此在油气田开发过程中，油气储运行业也是其中必不可少的一部分，它涉及到原油油气分离，原油脱水，轻烃提炼，脱硫，原油外输等多方面。
本文利用HYSYS软件所模拟的动态特征，可解决从装置中长期特征获得的动态特征等问题，可利用于实际生产中。
在本次软件应用中，首先规划出设备的大概框架。
将提取的原油先送至三相分离器，将气、油、水分离。
然后，混合器进入一个两相分离器以去除更多的气体。
将油水从两相油水分离器中去除。
通过脱水和脱盐可以将水和盐从油中溶解。
对于气体分离，气体将被脱甲烷塔、脱乙烷塔、脱丙烷塔、脱丁烷塔除去，这些都将用于商业。
温度和压力应该包括在这个模拟中。
利用该模型可以获得一些有用的参数，为大部分单元操作的规模确定提供参考。
虽然HYSYS模拟是一种简单的方法，但与我们考虑的油气分离方法相比，它提供了更准确的参数。
一、软件应用在这一部分中，重点讨论了利用HYSYS对一个气油分离装置(GOSP)和气体处理装置进行模拟的过程。
从井口提取的原油中含有气体、水和其他杂质，在运输前必须将其分离，以减少任何经济和腐蚀问题。
在这个设计中，几乎所有的气体成分都被分离成不同的流，99.9%的甲烷，99.9%的乙烷，99.9%的丙烷，99.9%的丁烷。
最终的油品的里德蒸汽压等于29.77，这是稳定和安全的储存和运输的重要参数。
下表1,2显示了原油的原始数据和伴生气的组成。
表1 原油原始数据原油流速(bbl/day)815000含水(% vol)22.95剩余水 (% vol) 6.5伴生气(% wt)7.51盐度(ppm)27250 表2 伴生气成分气体%甲烷, C1 49乙烷, C2 21.8丙烷, C317丁烷, C4 9硫化氢 3.2流体的HYSYS模拟分析要求确定流体周围的热力学参数。
动态模拟在输气管道工艺设计中的应用李彤民吴长春梁江摘要概述了动态模拟在输气管道工艺设计中的作用和意义，阐述了传统的工艺稳态设计方法的局限性，提出了动态设计方法的基本原则与步骤。
通过实例对稳态和动态设计的结果进行了对比分析，指出动态模拟是提高输气管道工艺设计水平的关键。
主题词输气管道动态模拟工艺设计应用一、引言工艺设计是输气管道设计中的最基本内容。
工艺设计方案优劣的选择在很大程度上影响输气管道运行的可靠性和投资效益。
在干线输气管道设计中，对工艺设计方案的基本技术要求是：能比较可靠地满足目标用户需求，具有较大的运行灵活性。
此外，在满足技术要求的前提下，工艺设计方案还应有较好的经济性。
在70年代以前，由于设计手段的限制，输气管道工艺设计方案的确定基本上是以稳态工艺计算为基础的。
自70年代以来，计算机技术的发展为输气管道设计提供了强有力的手段。
特别是进入80年代后，国外输气管道工艺模拟软件的发展相当迅速，目前已有多种商业软件在世界各地使用，其中比较著名的有Stoner、SIMONE、TGNET、Gregg、LIC等。
这些商业软件均同时具有稳态工况模拟和动态工况模拟的功能，设计人员可以利用这些软件对输气管道的工艺设计方案进行任何工况下的动态模拟，从而对方案的可行性、可靠性、灵活性和合理性做出更客观的评价，并根据对多种方案的比选和评价结果选出较好的方案。
多年来，这些软件已在全世界许多输气管道的设计中得到了应用，既提高了输气管道工艺设计方案的质量，又在很大程度上改变了工艺设计人员传统的稳态设计观念。
二、稳态设计方法的局限性〔1〕〔2〕稳态设计是输气管道工艺设计的基本方法，其出发点是假设管道在设计流量下按稳态工况运行。
然而，输气管道的实际流量往往是变化的。
这种变化不仅来源于运行寿命期内管道年输气量的变化，而且在年输气量一定的前提下，管道在一年中的实际流量往往随季节、月份、周、日而变化，即使在一日之中也会随小时而变化。
例如，北京市在某一年的用气高峰周的最大用气量为26.54×104Nm3／h，最小用气量为2.24×104Nm3／h。
因此，在对输气管道进行稳态设计时，一个最基本的问题是确定管道的设计流量。
如果管道的年输气量在设计寿命内有较大幅度的变化，通常需要根据年输气量的具体变化情况选择多个设计流量，并针对这些流量分别进行管道的稳态设计或稳态校核。
由于同一条管道要适应多种设计流量，因此在进行稳态设计时要对各种设计流量进行统一协调，以使得同一种设计方案能满足多种设计流量下的稳态运行要求。
此外，在考虑多个设计流量的情况下，为了使所设计的管道在其设计寿命内达到较好的经济效益，通常需要考虑分期建设模式。
对于给定的管道年输气量设计流量的确定取决于一年中管道流量的变化情况及拟采取的供气调峰措施。
如果管道的流量变化较少或采取配套的调峰措施(如建地下储气库或LNG设施)，其设计流量可取全年的平均流量。
如果管道的流量变化较大，且未采取配套调峰措施，则设计流量应取高于平均流量的某个值，例如可取全年用气高峰周的平均流量。
显然，无论如何选择设计流量，按设计流量确定的管道稳态工况都不可能代表管道全年的实际工况。
因此，在按稳态设计方法确定了管道的工艺设计方案后，有必要进一步验证该方案能否满足供气调峰的要求。
如果不能满足，还应对原有的设计方案进行调整或采取其它配套调峰措施，然后对调整后的方案重新进行验证。
一般来说，在管道的气源能够提供足够气量的前提下，只要管道的设计流量取得足够大（例如取可能出现的最大流量)，按此流量进行设计所确定的工艺设计方案就能满足供气调峰的要求。
但这种做法将导致管道工程的投资增大，而且往往是不经济的。
根据国外的经验，输气管道自身的调峰能力用以满足短期(周、日)调峰为宜，而中、长期(季、月)调峰的任务应由与管道配套的调峰设施来承担。
在70年代以前，由于设计手段的限制，只能按稳态方法大致估计输气管道的调峰能力。
实际上，由于输气管道在供气调峰过程中的工况是不断变化的，因此这种稳态估计方法难以可靠地评价输气管道的实际调峰能力。
自70年代以来相继出现的各种模拟软件，为客观地评价输气管道的调峰能力提供了强有力的工具。
利用这些模拟软件，可以对输气管道系统(包括输气干线及相应的配套调峰设施)在不同周期、不同情况下的调峰过程进行全面的动态模拟，且可以根据模拟结果对输气干线及配套调峰设施的设计方案进行调整和优化。
综上所述，单纯的稳态设计方法已不能满足现代输气管道的设计要求，只有将稳态设计方法与动态模拟方法结合起来才能设计出既能满足供气要求，又具有良好经济效益的输气管道系统。
三、动态模拟〔3〕输气管道动态模拟是指用适当的方法模拟输气管道系统中的非稳态工况，即模拟该系统中各处的流动状态参数随时间变化的过程，目前最常用的模拟方法是计算机数值模拟。
输气管道系统的非稳态工况是由系统内部或边界处的物理扰动引起的，如管道终点或中途分气点的供气流量变化、管道起点进气压力或温度的变化、管道支线(进气或分气)的联通或关闭、管道至周围介质的传热条件变化等。
在所有这些原因中，管道终点或中途分气点的供气流量变化则最为常见。
由于这些点的供气量直接取决于其所连接的用气系统的用气量，而对于最常见的用气系统(城市配气管网)，其用气量几乎时刻都在变化。
因此，为城市配气系统供气的干线输气管道的工况基本上都是非稳态的。
此外，由于气体的压缩性大，故由扰动引起的非稳态工况在输气管道中延续相当长的时间，这一因素也在很大程度上决定了输气管道难以达到真正的稳态工况。
正因为如此，在输气管道的工艺设计及运行管理中引入动态模拟是完全必要的，而且在当今计算机模拟技术高度发展的时代也是完全可行的。
输气管道非稳态工况的模拟基于下述基本方程组：连续性方程（1）能量方程（2）动量方程（3）气体状态方程ρ＝ρ（p，T）（4）为了对一个具体的输气管道系统在某段时间内的非稳态过程进行动态模拟，需要根据该系统在这段时间内的初始条件和边界条件求解上述方程组，及求解一个偏微分方程组的定解问题。
对于这类定解问题，目前主要采取各种数值方法求解，这些方法基本上可分为隐式中心差分法和特征线差分法两类。
由于数值方法的实现在很大程度上要依赖数字计算机，故国外已有多家公司推出了商品化的输气管道工艺模拟软件。
这些软件的功能大致相同，一般都有稳态模拟和动态模拟功能，其差别主要在于某些辅助功能和人机交互界面。
工艺模拟软件的应用为输气管道设计人员和运行管理人员提供了很大的方便，也使得输气管道的设计和运行管理水平有了很大提高。
单从工艺设计的角度考虑，动态模拟主要具有以下几方面的作用和意义：(1)通过对各种典型供气周期的动态模拟，检验由稳态设计方法给出的工艺设计方案能否满足管道运行期间的供气调峰要求。
(2)选取多种设计流量对管道进行稳态工艺设计，也可以考虑输气管道与配套调峰设施的多种可能组合，然后通过动态模拟对输气系统的各种设计方案的可行性进行评价，并在此基础上结合经济等方面的因素选出相对最优的设计方案。
(3)通过动态模拟可以更全面地了解全线各站所配置的压缩机组与管道的匹配状况，从而为全线压缩机的优化配置和选型提供可靠的依据。
(4)通过动态模拟可以确切地反映出全线各管段的储气(Packing)和抽气(Withdrawing)过程。
改变了只有管道末段才能储气的传统观念。
(5)对输气管道可能发生的各种事故工况(如某处管道断裂)进行动态模拟(通常称为自救模拟Surviving Simulation)，从而为管道的可靠性评价和设计提供依据。
(6)改变某些设计人员用稳态观点去分析非稳态过程的错误观念，使其对输气管道系统的非稳态过程有比较深入的理解，从而在工艺设计过程中自觉贯彻动态设计的观念。
四、动态设计方法的基本原则与步骤〔3，4，5，6〕动态设计是相对于稳态设计而言的，其基本特征是充分考虑非稳态工况对设计方案的影响，但并不排除以稳态设计方案作为整个设计过程的基础。
动态设计方法的基本原则是：在各种可能的运行条件下对多种拟定的方案进行稳态和动态模拟，从中选出能满足工艺运行要求和供气调峰要求的可行设计方案。
动态设计的基本内容和步骤可归纳如下：1、拟定若干个工艺设计方案根据拟建管道的设计条件和要求，在选定的设计流量下进行稳态工况设计，由此确定若干个初选的工艺设计方案。
这些工艺设计方案主要包括：沿线管段的管径、壁厚、管材、设计压力、全线的压气站数目与位置、站压比、压缩机组配置、在设计流量下的进／出站压力和温度等。
在拟定工艺设计方案的过程中，各管段的管径、壁厚、管材及压气站的压比往往是根据经验或根据优化结果确定的，而且往往要给出多种这些因素的组合，以便拟定出多个不同的工艺设计方案。
对应于每一种给定的这些因素的组合，按设计流量下稳态工艺计算的结果可确定设计方案的其它因素。
此外，在某些情况下还要对所得的工艺设计方案作一些调整，例如要挪动压气站的位置。
一般说来，对某个设计因素的调整往往会对设计方案中的某些其它因素产生连锁反应。
2、对每个拟定方案进行多工况稳态模拟稳态工况模拟有两个目的：一是计算输气管道在各种条件下的稳态运行工况；二是为动态模拟提供初始条件。
稳态工况模拟的基本内容是：在管道沿线各管段的计算流量、管道起点及沿线各进气点的进气压力和温度、管道沿线各管段埋深处的自然地温及总传热系数(K值)、全线各压气站的运行压缩机组合、每台运行压缩机组的转速等条件为给定的前提下，计算全线各压气站进／出口处、进／分气点、管道终点的气体压力和温度及各管段的压力和温度分布。
此外还要计算每台运行压缩机组的运行参数(压缩机的流量、进／出口压力、进／出口温度、功率、效率及原动机的功率等)。
在稳态工况模拟的过程中，还要根据模拟计算的结果判断所模拟的稳态运行方案是否满足输气管道的工艺约束及供气要求。
如果不满足要求，则需要对所模拟的运行方案作适当的调整，然后重新进行模拟。
在输气管道系统的稳态运行方案中，除了各压气站的运行压缩机组合及每台运行压缩机组的转速外，其它因素(如沿线各管段的流量计算)基本不以设计人员的意志为转移。
在其它因素为给定的条件下，各压气站的运行压缩机组合及每台运行压缩机的转速可由工艺人员根据经验指定，也可经过优化后确定。
3、对每个拟定方案进行多工况动态模拟鉴于目前已有较多的输气管道模拟软件可供选用，故工艺设计人员可以根据需要和可能选用某一种软件作为动态模拟的工具。
在利用现有的商业性软件进行输气管道的动态模拟时，工艺设计人员通常需要作三方面的工作：①建立模拟对象的模型，输入基础数据，这些数据可以描述所要模拟的管道系统的结构、设备配置、设备特性、运行的设备组合、所输气体的组分等方面的情况，由此可以描述出该系统的概貌。
