摘要:介紹了PLStudio for Gas水力計算軟件的特點(diǎn)及管網(wǎng)模擬的主要步驟。結合工程實(shí)例,探討了該軟件在天然氣管網(wǎng)動(dòng)態(tài)模擬中的應用。
關(guān)鍵詞:天然氣管網(wǎng);PLStudio for Gas水力計算軟件;動(dòng)態(tài)模擬;水力計算
Hydraulic Calculation Software PLStudio for Gas and Its Application
FENG Tao,WU Xinsheng
Abstract:The characteristics of hydraulic calculation software PLStudio for Gas and the main steps of pipe network simulation are presented.The application of the software in dynamic simulation of natural gas pipe network is discussed with an engineering example.
Key words:natural gas pipe network;hydraulic calculation software PLStudio for Gas;dynamic simulation;hydraulic calculation
1 軟件簡(jiǎn)介
PLStudio for Gas水力計算軟件是英國ESI公司推出的天然氣輸配管網(wǎng)模擬計算軟件,該軟件為離線(xiàn)型天然氣管道系統穩態(tài)/動(dòng)態(tài)工藝計算和運行計劃模擬軟件,可用于管道水力計算、運行計劃安排、動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬分析等。該軟件的主要功能包括:穩態(tài)水力分析、壓縮機和驅動(dòng)機模型詳細模擬、動(dòng)態(tài)水力分析、給定約束條件下的過(guò)程控制、壓縮機站模擬、設備選型模擬、熱力學(xué)模型詳細模擬、復雜管網(wǎng)模擬、天然氣組成和溫度跟蹤。
2 軟件的特點(diǎn)
2.1 基本方程
PLStudio for Gas水力計算軟件進(jìn)行管網(wǎng)模擬使用的基本方程是一組偏微分方程:質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程。
PLStudio for Gas水力計算軟件用模型元件來(lái)表示實(shí)際的管網(wǎng)元件。模型元件的參數和連接關(guān)系要與實(shí)際的管網(wǎng)元件相符,根據實(shí)際管網(wǎng)元件連接情況,把模型元件連接在一起構成管網(wǎng)模型,此時(shí)對管網(wǎng)模型的計算即是對實(shí)際管網(wǎng)的模擬。
主要的模型元件有:管段、壓力調節器、流量調解器、阻尼元件、截斷閥、外部調節器等。
2.3 模型元件的約束條件和控制方式
實(shí)際管網(wǎng)元件中有一些是起調節或控制作用的,在PLStudio for Gas水力計算軟件中,表示這類(lèi)實(shí)際元件的模型元件都具備一個(gè)或一組約束條件,倒如:閥門(mén)的開(kāi)度;調壓器的最大出口壓力、最大流量;供氣氣源的最大出口壓力、最大流量、出口溫度等。這類(lèi)模型元件的約束條件中總有一個(gè),并且只有一個(gè)是該元件運行狀態(tài)的設定值。例如:為了表示某一調壓站(對應模型元件為壓力調節器),指定了最小出站壓力和最大流量?jì)蓚€(gè)約束條件,如果指定該調壓站的供氣量等于最大流量設定值,則出站壓力不低于約束條件所規定的值,這種情況下我們可以說(shuō)該調壓站運行于最大流量控制方式。
在管網(wǎng)模擬過(guò)程中,PLStudio for Gas水力計算軟件盡量使模型在滿(mǎn)足所有約束條件的同時(shí)按指定的控制方式運行。如果按某一控制方式運行,發(fā)生了違背其他約束條件的情況,那么軟件將自動(dòng)切換控制方式,以便獲得滿(mǎn)足所有約束條件的結果,因此,不要指定相互矛盾的約束條件是獲得收斂結果的關(guān)鍵。
數據輸入文件是一種自由格式的文本文件,使用時(shí)按規定分別在各管段輸入相應的數據內容。例如:在“CONST”段輸入各類(lèi)缺省值;在“FLUED”段輸入各氣源的氣體組分和參數;在“CONFIG”段輸入模型元件的連接關(guān)系、參數、約束條件和控制方式;在“TREND”段輸入瞬態(tài)模擬時(shí)需要改變的控制方式或約束條件;在“PRINT”段輸入輸出文件的內容和詳細程度等。PLStudio for Gas水力計算軟件界面見(jiàn)圖1。
③ 進(jìn)行穩態(tài)模擬
PLStudio for Gas水力計算軟件自動(dòng)把各管段劃分成很小的計算段進(jìn)行計算。只要模型元件參數和連接關(guān)系正確,沒(méi)有相互矛盾的約束條件,控制方式合理,一般都能夠得到收斂結果。