【導(dǎo)讀】及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)。計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。有權(quán)將論文（設(shè)計）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論。文（設(shè)計）進入學(xué)校圖書館被查閱。保密的論文（設(shè)計）在解密后適用本規(guī)定。科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬字。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫。通過程序RealPiep模擬仿真，確定最優(yōu)方案，并以最優(yōu)方案為例進行設(shè)計計算。優(yōu)方案為：末段管長377，管徑1219mm，壁厚16mm，有內(nèi)涂層，共有14座壓氣站，15座清管站和114座截斷閥室，總投資億元。全線采用等強度設(shè)計原則，管道。鋼材材質(zhì)為X80鋼。益繁瑣，個別異常工況的出現(xiàn)必將影響輸氣管網(wǎng)的安全運行。

　　

【正文】 路圖 第 3 章管路布站方案計算書 19 (2) 沿線的高程圖如下： 圖 32 沿線高程圖 (3)沿線高程與距離對應(yīng)如下表 ： 圖 33 軟件模擬取點圖 表 33 高程與距離對應(yīng)表 距離（ KM） 0 82 161 202 224 248 278 390 442 高程 (M) 799 2125 319 293 391 213 319 288 431 距離(KM) 505 592 658 712 786 903 990 1040 1097 高程 (M) 441 545 1131 1139 507 349 367 96 581 距離(KM) 1132 1179 1244 1307 1375 1471 1506 1555 1629 高程 (M) 687 976 1300 1552 1052 1217 1341 1510 1351 距離(KM) 1659 1681 1754 1776 1823 1861 1956 2020 2054 高程 (M) 1269 1467 1358 1367 1446 1461 1579 1467 1387 距離(KM) 2145 2207 2270 2336 2404 2475 2502 2543 2600 高程 (M) 1445 1446 1519 1274 1161 1532 1556 1319 1351 第 3 章管路布站方案計算書 20 續(xù)表 33 距離(KM) 2668 2750 2791 2838 2909 3048 3083 3135 3241 高程（ M） 1155 1092 1078 1206 1375 1252 946 341 35 距離(KM) 3364 3441 高程 (M) 8 31 的學(xué)習(xí) 軟件簡介 RealPipe管道仿真軟件提供了一個圖形化的集成環(huán)境用來完成氣體和液體管網(wǎng)的建模，并對模型進行水力、熱力瞬態(tài)分析。 RealPipe通過圖形建模工具構(gòu)建包含邊界、罐、泵、壓縮機、閥門、管段的油氣輸送管網(wǎng)的物理模型，通過后臺的預(yù)處理過程將建好的圖形化模型和管道的流動控制方程、設(shè)備的特性方程、分支點的控制方程、外部邊界（氣源、罐、分輸站等）以及流體的狀態(tài)方程建立映射，形成一個復(fù)雜的數(shù)值系統(tǒng)，然后通過仿真計算引擎進行動態(tài)求解。在仿真運行時， RealPipe會隨著時間的變化計算管網(wǎng)內(nèi)在數(shù)值空間上的壓力、流 圖 34RealPipe軟件產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 第 3 章管路布站方案計算書 21 量、溫度、密度、流速和其它變量，并通過設(shè)備圖形、動態(tài)曲線、動態(tài)報表等方式來展示這些物理量的分布和變化細(xì)節(jié)。 在模型建立后，用戶需要對模型的全局參數(shù)和元件參數(shù)進行配置，模型通過驗證后才可進行仿真運行。在仿真運行過程中，用戶可以隨時通過設(shè)備圖形、交互命令等方式對管網(wǎng)系統(tǒng)進行動態(tài)設(shè)置，對設(shè)備進行操作、對輸出結(jié)果的形式進行配置。 RealPipe可以為氣體和液體管網(wǎng)進行動態(tài)仿真，但并不支持兩相流動。仿真可以運行在批次跟蹤模式和交互模式。仿真的初始狀態(tài)可以是零流量條件也可以是上一個仿真運行時保存的工況。 RealPipe管道仿真平臺 基于油氣管道運行仿真業(yè)務(wù)的共性需求，能夠適應(yīng)于天燃?xì)夤艿?、成品油管道、原油管道仿真與運行優(yōu)化的基礎(chǔ)平臺，主要有管道建模、設(shè)備仿真、操作培訓(xùn)、運行控制腳本、仿真結(jié)果監(jiān)視等功能。 RealPipe應(yīng)用工程 在“ RealPipe仿真平臺”的基礎(chǔ)上，通過分析不同應(yīng)用工程的特性，集成、定制完成油氣仿真與優(yōu)化系列軟件產(chǎn)品，也可以根據(jù)用戶的需求，實現(xiàn)快速定制軟件產(chǎn)品，為管道運行提供最快捷的技術(shù)服務(wù)。 RealPipeGas 天然氣管道仿真軟件 RealPipeGas Optimizer 天然氣管道運行優(yōu)化軟件 RealPipeProduct 成品油管道仿真軟件 RealPipeCrude 原油管道仿真軟件 第 3 章管路布站方案計算書 22 RealPipe 業(yè)務(wù)流程 圖 35 管道仿真業(yè)務(wù)流程圖 管道仿真業(yè)務(wù)流程 （ 1） 系統(tǒng)建模 系統(tǒng)建模是仿真業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)。系統(tǒng)建模主要以圖形化的方式完成管道系統(tǒng)輸送工藝系統(tǒng)的物理建模，并完成元件參數(shù)的配置。 （ 2） 模型驗證 仿真工程師對管道模型進行驗證分析。檢查模型文件文本是否有語法錯誤、元件是否重名、同一元件所處的高程是否一致。 （ 3） 仿真運行控制設(shè)置 仿真控制腳本用于對將要運行的仿真過程進行操作控制的預(yù)設(shè)，以批處理的方式對仿真過程進行控制。 仿真運行 在仿真運行中主要進行以下幾方面工作： 1) 對管道系統(tǒng)進行水力分析，包括：管道啟輸 /停輸過程分析、管道運行分析（開關(guān)閥門，啟停泵或壓縮機組，改變壓力、流量、溫度或轉(zhuǎn)速等設(shè)定值對仿真運行的影響范圍與幅度）、壓縮機運行分析、氣體管道存活時間分析、管道事故分析等。 2) 分析外界環(huán)境變化對管道運行的影響、分析流體流過動力設(shè)備的溫度變化、分析管輸過程中流體溫度的變化等。 第 3 章管路布站方案計算書 23 3) 在仿真運行過程中，對仿真運行的狀態(tài)、管道輸送工藝過程進行控制。 （ 4） 仿真結(jié)果分析 仿真工程師對仿真運行過程中的仿真計算結(jié)果進行管理，包括：運行記錄，模型數(shù)據(jù)更新，繪制參數(shù)曲線和生成系統(tǒng)參數(shù)報表。 管網(wǎng)運行優(yōu)化 圖 36 管網(wǎng)優(yōu)化業(yè)務(wù)流程圖 主要功能 RealPipeGas （ 1）分析管道啟停過程 （ 2）分析管道運行穩(wěn)定性 （ 3）管網(wǎng)瞬態(tài)仿真 （ 4）壓縮機運行仿真 （ 5）天然氣管道設(shè)計與校核計算 （ 6）天然氣管道投產(chǎn)計算 （ 7）天然氣管道系統(tǒng)最大儲氣量與存活時間 （ 8）天然氣管道清管仿真 RealPipeGas Optimizer （ 1）穩(wěn)態(tài)輸氣量最大運行優(yōu)化 （ 2）穩(wěn)態(tài)運行能耗最低優(yōu)化 （ 3）穩(wěn)態(tài)運行收益最大優(yōu)化 第 3 章管路布站方案計算書 24 （ 4）穩(wěn)態(tài)多目標(biāo)決策優(yōu)化 （ 5）壓縮機組優(yōu)化 站場位置確定 取設(shè)計壓力： 8Mpa， 10MPa， 12Mpa； 取管徑（外徑）： D=1016mm， D=1219mm， D=1420mm；取壓比： ?=， ?=， ?=；管道材料為 X80 鋼，共組合成 18 種方案，從中選取 9種方案進行工藝計算。 九種設(shè)計方案見表 31。 表 31 九種設(shè)計方案 方案 設(shè)計壓力 /Mpa 設(shè)計壓比 管徑 /mm 管道材料 1 10 1219 X80 2 12 1219 X80 3 1219 X80 4 10 1219 X80 5 10 1420 X80 6 10 1016 X80 7 12 1219 X80 8 12 1420 X80 9 12 1016 X80 利用 RealPipe軟件，根據(jù)壓力等級、管徑、壓比、內(nèi)涂等原始參數(shù)模擬管線工況，確定各個站場的位置 設(shè)計初選三個設(shè)計壓力 PH： 、 、 ；三個壓比 ε： 、 ；三個管徑 DH： 1016mm、 1220mm、 1420mm；有無內(nèi)防腐層 Κ： 、 ；設(shè)定管材的鋼種等級為 X80，最小屈服強度 ζs=552MPa；利用 RealPipe軟件進行模擬布置出 9種方案。并以其中最優(yōu)方案進行計算如下： 設(shè)計壓力 10MPa，壓比 ，管徑 1220mm，有內(nèi)涂層 k= 計算如下： 基本數(shù)據(jù)確定 （ 1）計算輸氣管評估性通過能力 1q 、 2q 、 3q ： 第 3 章管路布站方案計算書 25 第一段： 3501001 ??Qq 350100200??=， 106m3/d 第二段： 3501002 ??Qq 350100150??=， 106m3/d 第三段： 3501003 ??Qq 350100230??=， 106m3/d （ 2） 計算鋼管的壁厚 δ： 預(yù)設(shè)管徑 1219mm,設(shè)計壓力 12Mpa,壓比 ，壓縮機入口壓力 10Mpa,鋼材等級 X70，最小屈服強度 ? s=482Mpa。 由《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》中，直管段壁厚設(shè)計式： tFPDs??? 2? 式中： ? —— 鋼管計算壁厚 ,mm； P—— 設(shè)計壓力 ,Mpa； D—— 管道外徑 ,m； s? —— 鋼管的最小屈服強度 ,Mpa； F—— 設(shè)計系數(shù)； ? —— 焊縫系數(shù)，取 ； t—— 管道的溫度折減系數(shù)，取 。 mmF DP HH 5 1 2 2 0102 s1 ???? ??? ?? （ 3） 確定輸氣管內(nèi)徑 DB： mmDD HB 118816212202 ?????? ? （ 4） 根據(jù)設(shè)計壓力 PH=10MPa（即壓縮機出口壓力）和壓比 ，計算壓縮機入口壓力 PB： （ 5） 計算水力摩阻系數(shù) λ： MPaPP HB ??? ?第 3 章管路布站方案計算書 26 由潘漢德爾公式（ B式）： ??? 知需要先計算出雷諾數(shù) Re，才能算出水力摩阻系數(shù)。長輸氣管道的雷諾數(shù)是輸油管道的 10100倍，一般在水力平方區(qū)，不滿負(fù)荷時在混合摩擦區(qū)。此時按在水力摩擦區(qū)計算。 ?? ???? DQD 4Re ?? 由于 a?? ???0 ，故： ???D Qa?? 4Re 其中： ? —— 天然氣對空氣的相對密度； a? —— 為空氣的密度， kg/m3，標(biāo)況下取 kg/m3； Q—— 為工程標(biāo)準(zhǔn)狀況下的輸氣管流量， m3/s； D—— 輸氣管道的內(nèi)徑， m； ? —— 為氣體的動力粘度， N?s/m2 0 0 7 1 1 8 80 0 0 6 6 ??????? ????????????BDKE? 運用軟件進行模擬 由以上數(shù)據(jù)進行模擬，下面列舉一段工況： （ 1）天然氣原始數(shù)據(jù)設(shè)置 第 3 章管路布站方案計算書 27 圖 37天然氣原始數(shù)據(jù)設(shè)置圖 (2) 天然氣物性參數(shù)計算 圖 38天然氣物性參數(shù)計算圖 第 3 章管路布站方案計算書 28 （ 3）模擬參數(shù)設(shè)置 圖 39模擬參數(shù)設(shè)置圖 (4)運行模擬，查看壓力流量曲線圖。 圖 310 壓降曲線圖 第 3 章管路布站方案計算書 29 由圖 45 可以看到，當(dāng)前工況下在距離首站 100km 時，壓力降至 ，所以可往后推點。 調(diào)整之后得到下圖： 圖 311 調(diào)整之后的壓降圖 可以看到此時壓力將為 ，為設(shè)計的壓縮機進口壓力，則首站與第一個壓氣站的距離則為 224km。其余的以此類推。 圖 310 高程分布圖 計壓力 PH=10Pa（即壓縮機出口壓力）和壓比 計算壓縮機入口壓力 PB： 第 3 章管路布站方案計算書 30 M P aPP HB ??? ? 有壓縮機的入口壓力以及壓力 —高程分布圖可求得壓氣站的位置，求出各個壓氣站位置如下表： 表 33 壓氣站分布圖 站號 1 2 3 4 5 6 7 8 距起點距離（ KM） 0 224 422 641 914 1132 1307 1555 高程 (M) 799 391 431 1175 358 687 1552 1510 站號 9 10 11 中衛(wèi) 12 榆林 13 14 距起點距離（ KM） 1809 2033 2254 2336 2600 2767 3064 3441 高程 (M) 1324 1425 1491 1274 1351 1222 1102 31 全線共 14 個壓氣站，其中第一段 11 個壓氣站，第二段 1 個壓氣站，第三段 2 個壓氣站。 第 4 章輸氣管道工藝計算書 31 第 4 章輸氣管道工藝計算書 水力計算 (1) 計算一個壓氣站所需要的總功率（單站計算功率） 0N ： 1) 天然氣組分計算天然氣的平均分子量μ 1 0 0 1 9 4 ?????????? ? ii y?? ? 2) 計算氣體常數(shù) R ??? ?R 3) 把全站的通過能力換算成質(zhì)量流量 G skgRTPqG / 461011 ?? ??? ????? skgRTPqG / 462022 ?? ??? ????? skgRTPqG / 463033 ?? ??? ????? 4) 計算壓縮機入口條件下天然氣壓縮性系數(shù) BZ （ M P aPP HB ??? ?）： ? ? ? ? 8 4 1 0 0 1 0 0101 1 0 0 1 0 0 ??????? BB PZ 5) 計算多變能頭 H（取 k=）： 6) 計算各段一個壓氣站所需的總功率（單站計算功率） 0N （取多變效率η =）： MWHGN 0 2101 ?? ? MWHGN 02202 ?? ? kg/=)1ε(ZRT1k k=H k 1k第 4 章輸氣管道工藝計算書 32 MWHGN 0 2303 ?? ? R—— 氣體常數(shù)， kJ/(kg183