一种基于油田注水管网的水力计算模型

为了快速、准确地计算出大型注水系统中备相应管段中的流量及压力，提出了简化大型注水系统，选取最具代表性的子系统，根据管段的能量平衡方程建立普遍适用的管网水力计算模型，采用数值分析法、牛顿迭代法，以及节点矩阵法在计算机上求解，从而为解决大型注水管网系统的水力计算问题提供了一种实用可靠的方法。以实例进行计算，获得了较满意的结果。     

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天然气管道系统在运行过程中，由于供气量和用气量的变化、阀门的开关、压缩机的启停等，往往会使管网系统处于不稳定的运行状态，加上目前管网运行中存在着区域供用气不平衡、管网服役时间长、运行环境恶劣、管线破漏频繁、事故隐患严重等问题。因此对管道系统进行动态分析是很有必要的。文章通过建立管道数学微分模型以及管网中非管元件数学微分模型，并用隐式差分法将偏微分模型转换为有限的差分方程，然后用牛顿迭代法求解有限差分方程组，最后通过自制软件对某气田管网进行了仿真。仿真结果表明：各管道中的压力没有超过管道允许压力，管网内压降较小。因此，可以适当增加输气量；而部分管段流量很小，利用率很低，则需要调整输气方案。仿真结果与实际情况对比表明，该方法具有仿真精度高、求解速度快的优点。     

RZD—RMBX型减压阀在长输原油管道上的应用

RZD—RMBX型减压阀是荷兰莫克维迪公司制造的一种轴流式气动调节阀,该阀在长输管道地形起伏较大管段起到调节压力与减压作用,并能调节和保持翻越点至减压阀上游管段正压力运行,避免管路出现不满流现象,实现全线密闭输送,同时在停输时保证管道沿线静压不超过管壁最高承受压力。针对该阀在长输油管道上的应用情况,提出了改进措施。     

超定线性方程校核注水系统管段摩阻

以往多采用通过利用节点压力及流量,在满足注水系统水力平衡和参数的取值范围的约束下,进行优化计算,来确定最优的管段摩阻取值。管道摩阻的校核是注水管网系统仿真计算、管网改造计算和参数优化计算过程中的重要部分。本文采用多工况数据,利用超定线性方程最小二乘解进行管段摩阻系数优化计算,取得了较好的效果。     

基于改进的遗传算法的天然气管网系统运行优化

在天然气管网系统安全稳定运行的基础上,为了实现节能减排,充分合理地利用管道的输配能力,将目标函数定义为天然气的最大流量,同时考虑管道内天然气稳定流动、各节点流量平衡、节点及管段压力等约束条件,建立了天然气管网系统优化数学模型。采用整数编码来进行管径编码,用模拟退火罚函数转化约束条件,并合理地将遗传算法的全局寻优能力和模拟退火的局部搜索能力互补融合起来,实现算法的改进和优化。将改进的遗传算法应用到某大型天然气管网优化设计的实例中,计算结果表明,改进的遗传算法在解的质量上和收敛的速度上都优于基本遗传算法,验证了所建立的优化模型是高效可行的。     

油田注水目标函数大闭环优化控制系统的构建

在中国石化2015年油田注水大调查中,分析了大量注水测试数据,发现了目前油田注水系统存在的主要问题,提出前置宽频高效增压泵的PCP技术,研究PCP系统特性并建立其数学模型,实现管网数值模拟,并在此基础上构建注水目标函数大闭环优化控制系统。该系统通过注水系统动态优化软件实时采集注水系统状态,通过分析计算,建立优化控制目标函数,向PCP泵站系统发出控制调节信号,实现压力和流量调节,并通过大系统反馈不断修正,最终使注水系统达到优化运行。应用该系统可显著提升泵效,降低注水单耗,实时掌握管网运行情况,正确地判别整个管网系统配置是否合理,评价改造方案及效果。     

库—鄯输油管道大落差压力控制工艺

在库－鄯输油管道工艺设计中，对于大落差管道选用减压阀进行压力控制，解决低点静压超高和高点后管段产生液柱分离（不满流现象）问题；利用减压阀节流消除高点至末站间约７６０ｍ落差位能，克服高点至末站沿程长约２０７ｋｍ摩阻损失后，剩余能量维护高点正压运行；通过减压阀控制下游管段动压，使动压（剩余压力）控制在管道运行操作压力允许范围。可实现全线停运关断减压阀，切断大落差管段，分段管线位能（静压）控制在管道允许承压范围，达到节省管材（减少管子壁厚）的目的，增加了管道系统安全可靠性。     

LNG接收站外输管网充压和泄压的动态模拟计算

以LNG接收站外输管网为研究对象,应用动态流程模拟软件HYSYS Dynamic,建立外输管网充压和泄压过程的动态计算模型,分别计算天然气外输管网充压过程中管道内储存气体质量、操作压力随着充压时间、充压天然气小时流量及天然气管道初始压力的变化趋势;并研究事故或检维修工况天然气管道泄压阶段天然气操作压力、操作温度和泄放质量流量的变化趋势。研究结果表明,建立的动态模型可仿真模拟天然气管道的充压和泄压过程,较为准确地计算充压时间、泄压时间、最大泄放质量流量及泄放设施的流量系数。     

基于动态规划和黄金分割法的环状天然气管网运行优化

目前中国天然气管道主干线已经相互联接,形成了环套环的大型复杂天然气管网,随着各压气站燃驱压缩机组的增加,如何实现管网的稳态优化运行已成为一个技术难题。为此,在同时考虑管网中环状结构和枝状结构对于管道流量分配的影响,以及燃驱机组耗气量对管道内流量影响的基础上,结合管网模型分割思路,将黄金分割算法与动态规划算法进行融合,形成了改进后的动态规划和黄金分割混合算法。以华北地区某环状管网为案例的计算结果表明:①管网运行优化数学模型比单线管道模型增加了管道内过流量、燃驱耗气量等变量,进一步加大了管网模型的求解难度;②混合算法能够有效地对运行燃驱和电驱压缩机机组的包含环状和枝状小型管网的稳态运行优化数学模型进行求解;③混合算法的优化方案能提高管网压气站的出口压力、提高机组的运行效率,降低系统的功率消耗、减少系统能耗,同时增加管网的管存量,提供了管网额外的应急资源。结论认为,混合算法有效地破解了复杂管网优化技术难题,可以为当前中国大型天然气管网稳态运行优化提供参考。     

城市天然气管网遗传算法优化设计

文章以使管网建设和运行费用最少为目标函数，以管道的稳态分析、各节点的流量、压力及管道的压力限制等为约束条件，建立了城市天然气管网优化模型。根据天然气管网结构特点，采用遗传算法求解，构建了遗传算法中重要的适应度函数，给出了管道编码的方法。通过编程实例计算，表明遗传算法是在天然气管网优化领域中可取的一种算法。     

西部天然气管网稳态运行优化研究

基于现场报表数据反算校验的西部天然气管网SPS仿真模型,通过不同流量与运行压力级制分类搭建了管网运行方案库。结合深度学习模型对方案库数据进行训练与特征提取,建立了一种新的管网水力计算与压气站配置方法,在保证计算精度的基础上提高了大型天然气管网运行优化计算效率。利用动态规划算法对压气站最优出站压力变量进行选择,管网流量分配原则为系统总能耗最小。所建立的管网稳态运行优化模型同时具备计算的高效性与准确性,基于该优化模型编制了西部天然气管网稳态运行优化软件V1.0,经过现场实测数据验证,模型优化结果可以显著降低管网运行能耗,可为西部天然气管网的运行与调度提供有效参考。     

复杂天然气管网周转量计算模型及其应用——以川渝天然气管网为例

管网周转量测算是控制管道运行现金成本、管道能源消耗,实现降本增效的措施之一。川渝天然气管网作为目前国内最复杂的区域性管网（由枝状管网和环形管网交错结合在一起）,具有进出气点多、管线压力等级复杂、管网输配调度灵活、调峰方式多样等特点,同时存在天然气气体流向复杂、原始数据采集不实时、计算周期难确定等问题。为此,根据该复杂天然气管网特点,建立了枝状管网和环状管网管线图模型,采用“微元法”原理和方法,建立了较为适合复杂天然气管网特点的周转量计算模型,将整个管网系统按照管理层级层层分解,将周转量的测算细分到每一管段,以作业区作为一个计算区间进行测算,再进行层层累加求和,即得到整个系统的周转量。通过对比实例计算,得出了用“微元法”计算复杂天然气管网周转量的方法较为符合川渝管网的实际的结论。该成果可为全国联网天然气管道周转量的测算提供借鉴,有助于联网管道的销售管理、结算管理和运行管理。鉴于复杂天然气管网的特殊性,可采用年度或季度平均法,在统计分析的基础上计算周转量。     

天然气管网动态仿真多目标综合评价方法应用

当天然气管网出现突发事故时,管网输量会因大型用户用气量的变化出现波动,利用TGNET软件建立管网仿真模型对事故工况进行模拟,可确定多种合理的管网调度方案。通过综合考虑气温变化、管道压力波动、压力安全指数及末段储气量对管网安全运行的影响,建立多目标综合评价模型,并对不同调度方案进行了评价。其中,采用Aspen HYSYS软件计算含水量;使用改进的层次分析法建立判断矩阵;利用灰色关联法计算综合关联度。工程应用表明,TGNET软件可以准确模拟天然气管网工况变化,且多目标综合评价方法能够用于动态仿真方案的评价及优选,为管网安全运行提供了参考依据。     

减压阀内部结构受损原因分析及应对措施

减压阀是管输系统中控制流量、压力等参数的关键设备。我国某长输成品油管道采用美国CCI公司迷宫式减压阀,由于减压阀使用不当,该阀门在管道投产几年后工作状态发生异常,表现在流量为750 m~3/d工况下减压阀开度逐渐减小且在PID控制模式下调节不稳定,对阀门拆解后发现故障根本原因为迷宫阀笼下部损坏。通过对减压阀工作原理进行分析,得到阀笼受损原因为阀芯同时受到管道内杂质磨蚀与流体气蚀。根据现场具体情况,分别选择了堵塞受损流道和阀笼倒置的维修与处理方法,通过比较维修前后减压阀特性曲线的变化可知,两种方法均可使管道在当前工况正常运行,维修后的减压阀实际工作状态运行平稳、恢复正常。最后对维修方式的实用性和适应性进行了评价,这对于国产设备研发工作有着重大的指导意义。     

计算机在复杂管网恒定流流量分配中的应用

1．概述水力工程中的压力隧洞、压力钢管，以及城镇工业用水的给水排水管网，常常需要建造由几条不同直径、不同长度管段组合而成的复杂管网。一般复杂管道系统都可以认为是由串联管道与并联管道组合而成的。在给水供热等管道系统中，为了供给更多用户，将许多管道组成支状管网     

注水管网水力仿真节点模型研究

研究管网水力仿真算法能够提高注水系统的生产运行效率,降低油田注水能耗。油田注水管网系统属于复杂的流体网络系统,常规的算法在计算精度和效率上难以满足实际需求,阻碍了水力仿真技术的发展。为此,提出节点建模理论方法,基于质量和能量守恒定律,建立节点流量和管段压降平衡方程,并且应用矩阵分块计算方法实现各种边界条件下的水力仿真计算。经过算例分析,验证了算法的精度和收敛性。     

基于有限体积法的城市燃气管网运行分析

在大力发展燃气用户的同时,要确保燃气输配管网运行的可靠性,就需要对燃气输配管网进行工程计算。目前对燃气管网工程计算的研究多集中在天然气长输管线,而与之相比,城市燃气管网结构更复杂、计算数据量更庞大。为此,建立了采用有限体积法对管网模拟方程组进行求解的燃气管网分析系统,并据此对某次高压管线进行了动态工程计算,各站点压力的计算结果与实际监控信息平均相对误差为0.02%～4.13%（与采用美国SPS软件验证计算结果基本一致）;采用燃气管网分析系统还对某城市中压管网进行了稳态工程计算,得到管网压力最低点及“瓶颈”管段,这将有助于管网改造与运行方案的制订;同时结合运营经验、监控信息对计算结果进行了综合分析。结论认为：①如果对城市燃气输配管网进行动态模拟,必须研究各燃气用户的用气规律,找出不同工况下燃气用户的小时流量估算方法;②监控点信息值选取城市全年最大小时流量发生日对应的时段值,并结合日常运营工作的经验判断计算结果的合理性。     

油品需求型成品油管道分输计划优化

成品油管道的最大特点是采用"背靠背"的方式同时输送多种油品，其运行与管理的一项重要内容是制定批次计划。利用计算机自动优化批次计划对提高成品油管道管理水平与效率具有重要意义。成品油管道批次计划优化问题建模的难点在于如何描述批次在管道内的运移过程以及满足诸多的工艺运行要求。针对单点注入、多点分输油品需求型成品油管道分输计划优化问题，以管道沿线各管段运行流量整体平稳性最高为目标，采用离散时间的表达方法建立了混合整数线性规划模型。模型可满足批次跟踪、管段运行流量、首站输入、中间站分输、末站分输、站场需求等约束条件。为增加优化结果的实用性，模型中引入了两类约束条件：管道沿线任一中间站应既允许执行部分分输作业，也允许执行全分输作业；为减少管道操作人员的工作量，要求在相邻的两个时段内，若同一中间站对同一批次执行部分分输作业，其分输流量应保持一致。以成品油管道历史输油任务为例，成功利用CPLEX软件获得了模型最优解，验证了模型的有效性。     

运行参数对某湿气集输管网积液的影响研究

在湿气集输管网运行过程中,积液会降低管输效率,加剧管道腐蚀,引起管网节点压力升高。针对某气田集输系统建立管网积液模型,通过单因素控制变量法,研究管网输气量、气体质量含液率、集气站出站温度、集气末站进站压力对管网积液量及积液分布的影响效应,通过正交试验设计研究各运行参数对积液的影响程度。研究结果表明,输气量的降低、气体质量含液率的增加、集气站出站温度的降低和集气末站进站压力的上升,均会引起管网积液量和积液管段数量增加。运行参数对积液量的影响从大到小依次为管网输气量、集气末站进站压力、气体质量含液率、集气站出站温度。输气量对积液量的影响最为显著,这将为积液控制提供指导。     

普光高含硫气田集输管网优化

针对普光气田自身特点,以集输管网投资最小为目标,以管网各节点的流量、压力及管道的压力限制等为约束条件,建立了树状集输管网布局、管径和阀门数目全局优化数学模型,采用双重编码遗传算法对模型进行求解,获得了总投资费用最省的管网布局、管径和阀门数目。优化过程中,针对普光湿气集输采用气液混输的特点,确定了湿天然气的物性计算和热力计算模型。通过计算值与实测值的比较,确定了适用于湿气混输管线且精度较高的水力计算模型,保证了优化过程中物性、压力和温度计算以及优化模型约束条件校核的准确性。实例计算表明,所建立模型准确,优化算法有效,对降低高含硫气田管网建设成本和提高管网安全性有重要指导意义。