[發明專利]天然氣管網管流狀態參數確定方法及裝置

有效

• 申請號: 201410163421.6
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103955186A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 宇波;王鵬;鄧雅軍
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王天堯

技術領域

本發明涉及天然氣運輸技術領域，特別涉及一種天然氣管網管流狀態參數確定方法及裝置。

背景技術

天然氣作為一種清潔、高效的化石能源，天然氣的開發利用越來越受到重視。“十一五”期間，我國天然氣產業飛速發展，據統計截止2010年底，天然氣管道總長度達到4萬公里，天然氣使用量達到1070億立方米/年，并且預計到“十二五”末天然氣利用規模將達到2600億立方米/年。為了保障天然氣順利調度，我國已經建了眾多大口徑、高壓力、長管線、大流量的現代化天然氣管道，如西氣東輸一二線、川氣東送線管道、陜京線等，將大干線連成管網是我國天然氣工業發展的一個必然趨勢。

天然氣管網(天然氣管網是用于輸送天然氣的管道相互連接而形成的網狀結構)仿真是保障管道安全運行不可或缺的技術，天然氣管網的計算機仿真主要是通過數值解法求解控制方程(控制方程是描述天然氣在管道內部運行的偏微分方程，包括連續性方程、動量方程和能量方程)以得到管道內部的管流狀態參數，例如，管道的壓力、溫度、流量等參數。在天然氣管網的計算機仿真過程中，由于控制方程為偏微分方程，無法或極難直接求出解析解，此時工程上常常采用數值解法來求解，具體的求解過程可分為以下5個步驟：

1、建立整個管網的控制方程后，計算區域的離散：首先，將計算區域劃分很多小段，即將每個管道劃分成很多個小段，其中，壓縮機和閥門等短小的元件可作為一個小段。

2、控制方程的離散：在每一個小段上，將控制方程通過一定的離散格式離散成可以直接求解的代數方程。

3、補充邊界條件：對管網的外部邊界節點可以寫代數方程。

4、計算機求解：聯立上述所得到的代數方程，采用計算機求解，得到數值解(用很多個離散的數來代替連續變化的解)。

5、結果展示：由所得到結果畫出曲線圖來描述和分析管道內部的管流狀態參數。

在上述步驟4中，計算機求解過程即計算機求解離散后的代數方程組的過程，控制方程離散后，要以矩陣的形式將代數方程寫入計算機，計算機對該矩陣進行處理完成代數方程組的求解工作，由于天然氣管網的復雜性(管網中元件眾多，管線很長，網狀結構千奇百怪)，且將整個管網作為一個整體來處理，導致代數方程數目龐大。因此，在對整個管網的矩陣進行處理時，計算機的耗時與代數方程數目的平方呈線性關系(例如，A與B成線性關系，則若A增大(減小)，B會成比例的增大(減小))，需電腦內存很大，此時計算速度緩慢，當管網規模和復雜度增加時，計算耗時迅速增加。

在計算機求解過程中，雖然常采用稀疏矩陣存儲方式進行加速，但稀疏矩陣法實施過程非常復雜，且影響加速效果的不可控因素很多，某些極端的情況下，也未必能有很好的效果。

發明內容

本發明實施例提供了一種天然氣管網管流狀態參數確定方法及裝置，解決了現有技術中天然氣管網仿真速度緩慢的技術問題。

本發明實施例提供了一種天然氣管網管流狀態參數確定方法，該方法包括：根據天然氣管網的拓撲結構將所述天然氣管網劃分成多個區域；對每個區域，建立表示該區域中管道內運行狀態的第一控制方程，所述第一控制方程的未知數是該區域中管道內的管流狀態參數，所述第一控制方程的已知參數包括該區域中的管道結構參數、元件操作參數和天然氣物性參數；對每個區域，建立表示該區域的邊界節點處運行狀態的第二控制方程，所述第二控制方程的未知數是該區域的邊界節點處的管流狀態參數，該區域的邊界節點是該區域與所述天然氣管網中其他區域連接的連接點；對所述第一控制方程和第所述二控制方程進行求解，確定每個區域的管道內和每個區域的邊界節點處的管流狀態參數。

在對每個區域的第一控制方程進行求解之前，還包括：對每個區域的第一控制方程進行線性化處理；將每個區域的計算區域離散成多個段，并將每個區域線性化處理后的第一控制方程在所述段上離散成代數方程組，每個區域的代數方程組的系數矩陣為具有預設規則的矩陣。