城市天然气高压外环的水力工况模拟与运行规律研究

【摘要】：随着天然气开发规模和使用范围的不断扩展,我国各个地区的天然气管网系统也不断扩展和完善。要解决多气源、高参数、一体化的城市燃气管网系统在设计、改造、运行、管理调度等方面存在相关技术问题,就需要建立管网的水力模型,以掌握管网的运行规律,才能保证管网系统安全、稳定、可靠、连续地运行。为了建立燃气管网的水力模型,本文将管网的管段压降方程、节点流量方程、环能量方程用矩阵的形式表示,并用节点法或回路法求解矩阵方程组。其中节点解法是基于节点连续性方程,求解节点导纳矩阵,而回路解法是基于环能量方程,由齐次线性方程组的任意一个特解求解回路阻抗矩阵。对于非管元件的模拟,本文的模型采用非管元件的进口压力、出口压力、通过流量三者之间的关系来描述。模型中摩擦阻力系数可采用二分法、牛顿迭代法、弦截法计算。本文以A市2020年多气源的天然气高压外环管网为例,基于MATLAB软件编制该市天然气高压外环管网的水力工况模拟程序,分别模拟该市用气高峰、低谷、供需平衡时刻在供气压力一定或供气流量一定的情况下的水力工况,得到各工况下的流量和压力分布曲线,并分析该高压外环的运行规律,提出合理的运行管理调度建议。通过模拟得出的成果和结论如下:①以MATLAB为平台建立的水力工况模型,可经过适当修改而用于燃气管网的规划设计模拟、运行模拟,甚至管网经济效益模拟。模型的使用范围广,实用性强,且操作简单,收敛速度快。②对A市各类天然气用户进行研究得出用气规律,采用不均匀系数法建立A市天然气负荷预测模型,预测2020年高峰时(12月某日19点)和低谷时刻(5月某日4点)用气量分别为104.2129万m3/h和29.1391万m3/h,增强负荷计算的准确性。③利用所编制的模拟程序对A市天然气高压外环进行模拟,得到各个工况下的压力曲线。无论是用气高峰、用气低谷时,还是供需平衡时,2节点均为压力最低点,2节点所供应的C区成为用气紧张区域。而气源点中,5节点的压力较低。应将2节点和5节点作为今后的重点监测对象,避免供气不足或压力过低。④多气源环状管网系统相邻气源点之间的压力和流量会相互影响。A市高压外环中,5和6节点的气源均来自同一长输管线,可以考虑适当减少6节点的气源供气量,而增加5节点的供气量,使得5节点有足够的流量提供给2和3节点。 【关键词】：管网模拟 高压外环 水力工况 多气源 MATLAB
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU996
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 概述9-15
• 1.1 研究背景9-11
• 1.1.1 我国天然气管网不断完善9-10
• 1.1.2 亟待解决的问题10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 研究的内容和意义13-15
• 2 燃气管网建模的总体思路15-19
• 2.1 燃气管网模型的分类15-18
• 2.1.1 按模型用途分类15-16
• 2.1.2 按模型原理分类16-17
• 2.1.3 建模流程17-18
• 2.3 燃气管网建模的步骤和流程18-19
• 2.3.1 建模的步骤18-19
• 3 燃气管网建模的基本原理19-34
• 3.1 基本方程的矩阵表示19-21
• 3.1.1 管段压降方程19-20
• 3.1.2 节点流量方程20
• 3.1.3 环能量方程20-21
• 3.2 模型的矩阵解法21-24
• 3.2.1 节点解法21-23
• 3.2.3 回路解法23-24
• 3.3 模型矩阵节点解法的扩展24-27
• 3.3.0 方程组有唯一解的条件24
• 3.3.1 多气源的节点解法扩展24-25
• 3.3.2 其他情况的节点解法扩展25-27
• 3.4 非管元件的模拟27-28
• 3.4.1 非管元件对流量和压力的约束27
• 3.4.2 非管元件的特征描述27-28
• 3.4.3 非管元件的模拟28
• 3.5 模型中各个参数的计算28-32
• 3.5.1 管网拓扑结构的计算机生成28-30
• 3.5.2 摩擦阻力系数的计算30-31
• 3.5.3 压缩因子的计算31-32
• 3.6 本章小结32-34
• 4 A市天然气高压外环管网水力模型的建立34-46
• 4.1 收集基本信息34-36
• 4.1.1 管网参数34-35
• 4.1.2 气源参数35-36
• 4.2 确定用户负荷36-42
• 4.2.1 A市年总用气量预测36-37
• 4.2.2 A市用气不均匀性37-39
• 4.2.3 A市月、日、小时用气量预测39-41
• 4.2.4 A市用气高峰和低谷时用气量41-42
• 4.3 MATLAB编程求解42-45
• 4.3.1 MATLAB建模步骤42-44
• 4.3.2 模拟结果的收敛性44
• 4.3.3 所建立模型的优点44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 5 A市天然气高压外环的运行规律研究46-58
• 5.1 高峰时管网运行分析46-50
• 5.1.1 高峰时气源供气压力一定的情况46-48
• 5.1.2 高峰时气源供气流量一定的情况48-50
• 5.2 低谷时管网运行分析50-53
• 5.2.1 低谷时气源供气压力一定的情况50-51
• 5.2.2 低谷时气源供气流量一定的情况51-53
• 5.3 供需平衡时管网运行分析53-56
• 5.3.1 供需平衡时供气压力一定的情况53-54
• 5.3.2 供需平衡时供气流量一定的情况54-56
• 5.4 本章小结56-58
• 6 结论与展望58-60
• 6.1 结论58-59
• 6.2 展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 附录65-69
• A. 管网水力计算程序框图65-67
• B. A市天然气高压外环输配系统示意图67-68
• C. A市天然气高压外环管网的模拟参数68-69
• D. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文69

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