多气源天然气管网水力工况研究

论文摘要

随着全国性的天然气管网相继建成,各城市逐渐出现多气源并存的格局。输气管网作为连接气源和市场的动脉,一般都具有较高的压力,在实际运行过程中,多气源输气管网中的各项运行参数都是时刻变化的,了解和掌握其水力工况对于整个管网的监测、管理和调控极其重要。对高压输气管网进行水力计算时,必须考虑管路中燃气的可压缩性。本文通过对比几种压缩因子的计算方法,并进行实例计算,最终确定了使用状态方程法来进行多气源水力计算的研究。根据节点方程法,结合图论基本知识,利用MATLAB软件编制了多气源天然气管网的水力计算程序,并用实际工程验证了程序的准确性。将多气源的输气管网根据地理位置进行分区,通过改变管网中各区节点需用负荷,构造出几种不同的运行工况,分析各种工况水力计算结果,可以确定管网中水力可靠性较高和较低的区域,对可靠性较低的区域在运行管理过程中需要重点监控,提出了控制管理的方法。根据多气源天然气输气管网中各气源的供气量和水力计算结果中的管段流量,可以确定各种气源在各个管段及各个节点的供气比例,从而分析得到各气源在管网中的供应区域,为供气单位的运行管理及对气价的制定提供理论依据和数据支持,对于中游供气模式及下游燃气具适用性研究都有一定的指导意义。本课题的研究表明,多气源天然气水力计算程序及各种工况下运行的结果分析的方法对于多气源燃气管网的设计规划、优化运行及调控管理等方面具有明显的实用价值。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题提出的背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题的理论意义及实用价值
• 1.4 课题的主要内容
• 2 超高压多气源天然气输气管网基本参数计算
• 2.1 超高压多气源的天然气压缩系数的确定
• 2.1.1 通过摩尔组成和物性值进行计算
• 2.1.2 Trube 图解法
• 2.1.3 Matter 法
• 2.1.4 通过Stading-Katz 算图及内插法计算
• 2.1.5 戈派尔法
• 2.1.6 压缩因子计算的重要性
• 2.2 超高压多气源天然气输气管网水力计算公式的选择
• 2.2.1 摩阻系数公式的选择及其计算
• 2.2.2 多气源输气管道中水力摩阻损失的计算
• 2.3 本章小结
• 3 多气源天然气输气管网水力工况
• 3.1 环状管网的水力计算
• 3.1.1 基本假设
• 3.1.2 流动基本方程式
• 3.1.3 环状管网水力计算特点
• 3.2 高、中压环状管网水力工况分析
• 3.2.1 管网流量和压力的主要影响因素
• 3.2.2 多气源管网中流量的组成
• 3.3 高、中压环状管网的水力可靠性
• 3.4 城市输气管网的压力调节
• 3.5 本章小结
• 4 利用 MATLAB 编制计算机水力计算程序
• 4.1 图论在管网系统中的应用
• 4.1.1 有向线形图
• 4.1.2 支管—节点关联矩阵
• 4.1.3 支管—环路关联矩阵
• 4.2 MATLAB 程序的功能实现
• 4.2.1 MATLAB 语言的功能特点
• 4.2.2 变量说明
• 4.2.3 管网水力计算框图
• 4.2.4 计算数据输入与输出
• 4.3 关于计算程序的几点说明
• 4.3.1 已知气源流量的多气源
• 4.3.2 已知气源压力的多气源
• 4.3.3 既有已知流量气源又有已知压力气源
• 4.3.4 多气源节点流量的调整
• 4.4 本章小结
• 5 多气源天然气输气管网水力计算案例分析
• 5.1 引言
• 5.2 已知实测值的天然气管网水力计算实例
• 5.2.1 工程概况
• 5.2.2 程序所得管网水力计算结果
• 5.2.3 实测值与计算值比较
• 5.2.4 结论
• 5.3 超高压多气源输气管网水力计算实例
• 5.3.1 工程概况
• 5.3.2 工况一
• 5.3.3 工况二
• 5.3.4 工况三
• 5.3.5 工况四
• 5.3.6 工况五
• 5.3.7 工况六
• 5.3.8 工况七
• 5.4 水力计算结果分析
• 5.4.1 各气源压力及流量变化特征
• 5.4.2 计算压力降的利用情况
• 5.4.3 零点移位情况
• 5.4.4 各气源供应范围
• 5.4.5 各区域水力可靠性
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 水力计算程序
• B. 工况一
• C. 工况二
• D. 工况三
• E. 工况五
• F. 工况六
• G. 工况七
• H. 作者在攻读学位期间发表的论文目录