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PNS、TGNET与SPS在气体长输管道中的应用对比

王全德;王盼锋;郭建伟

【摘要】国产化管网仿真软件PNS和国外仿真软件TGNET、SPS在油气仿真领域展现出巨大的应用价值,针对国内某气体长输管道,分别从3款软件的流体模型、建模过程和仿真结果(静、动态模拟)等方面的异同进行全方位对比,为管网仿真软件使用者给出应用选择的指导性意见.研究结果表明:①3款软件静、动态仿真结果偏差均符合输气管道工艺设计及计算要求;②相较于TGNET只能在节点输入高程,SPS与PNS均可在管道中输入高程信息,因此其插值计算过程更精细,且SPS与PNS均有在线和离线仿真;③PNS更适合初学者使用,有助于快速理解仿真知识,TGNET则适用于沿线高差起伏小的小型管道,而SPS更适用于逻辑控制和操作工况复杂的大型管道.

【期刊名称】《天然气技术与经济》

【年(卷),期】2019(013)004

【总页数】6页(P63-68)

【关键词】PNS;TGNET;SPS;气体管道;静、动态模拟

【作者】王全德;王盼锋;郭建伟

【作者单位】西安石油大学,陕西西安710065;西安石油大学,陕西西安710065;中国石油西南油气田公司输气管理处,四川成都610051

【正文语种】中文

0引言

目前，德国公司GL-GROUP的SPS和英国公司ESI的PIPELINESTUDIO（分为气态仿真TGNET和液态仿真TLNET）在管网仿真软件领域知名度较高，而国产化仿真软件PNS（PipelineNetworkSimulation）也在迅猛发展。PNS管网仿真软件适用于任意结构和规模的管网，根据管网系统及设备的基本流动关系（质量、动量和能量守恒）建立管网模型，实现管网静、动态仿真，精确模拟管网系统水力、热力分布和动态变化过程，展示各单元及其内部流体及流动特征。SPS和PNS软件均有在线和离线仿真两种模式，而TGNET只有离线仿真模拟［1-5］。国外大量管线和国内西气东输、川气东送、陕京二线等大型管道都应用了SPS和TGNET仿真软件［6-9］，并取得显著成效。而近几年来，逐渐成熟的仿真软件PNS应用于榆济管线、西气东输一线、西气东输二线、川气东送管线、咸宝线等取得了良好的现场效果。通过对以上3款软件在输气管道应用方面进行全方位对比，以期对管网仿真软件使用者给出应用选择的指导性建议。

1流体模型概述

TGNET软件中分别建立了理想气体和真实气体的状态方程。其中，真实气体状态方程如Sarem、NX-19、AGA-8、Ideal在适用范围（如美国输气管道的压力、温度、组分范围）内比较准确，SRK、Peng-Robinson和BWRS方程有更广的适用范围，甚至可用于液态烃和气、液平衡计算；BWRS最复杂，计算速度较慢，但使用最为广泛，而Sarem最简单，计算速度最快；Sarem适用于干气，BWRS适用于湿气，Peng-Robinson适用于所有气体。

SPS软件中气体模型只采用了AGA、BWRS和CNGA3种方程［10］，其中，CNGA方程只需输入气体比重，AGA方程是天然气混合物应用最准确、最广泛的公式，但是对于计算热力学性质有一定局限性。

PNS软件中应用了“酸气+水系统”相平衡分析模型AQUAlibrium［11-13］，基于NIST数据库、Peng-Robinson状态方程和NIST改进方法的NISTDatabase模型以及AGA8天然气模型。

2管道基础数据

以国内某长输管道为例进行建模，首先需要获取的基础数据包括：管道全长504km，首站增压至8.5MPa输送，设计年输量42×108m3；管线为沿线5座城市稳定供气，全线管径Φ711×14.2，设计压力10MPa，沿线各城市下载量见表1所示。

表1某长输管道沿线各城市下载量分配表用户City1City2City3City4City5／（流m3量·h-1）16120230104532023024382526

3建模过程

3.1TGNET

①模型搭建：选取BWRS方程后进行实物模型搭建。在Supply中输入气源气体组分及性质，并控制气源压力，在Delivery中控制城市下载量，在pipe中输入管道相关信息、控制管道步长，注意摩阻公式统一选取ColebrookWhite。注意TGNET不能在pipe中输入管道高程信息，只能在节点输入高程，因此有必要建立较多管道以减小高程带来的影响。②有效性检验：建模完成后进行有效性检验，系统会出现建模错误信息，便于更正建模错误，将其修改完后方可运行。③工况运行：稳态模拟是动态模拟的基础，若稳态运行不收敛，则模型还会报错，需继续检查模型；当收敛时，证明运行结束，此时可查看任意用户、管道、