稳态天然气管网的组分分布确定方法、系统和电子设备技术方案

本发明专利技术涉及天然气管网技术领域，尤其涉及一种稳态天然气管网的组分分布确定方法、系统和电子设备，方法包括：获取稳态天然气管网中的每个气源点的气体组分；构建稳态天然气管网的组分分布计算模型；根据每个气源点的气体组分和组分分布计算模型，计算得到稳态天然气管网中任一位置的气体组分。能够计算全稳态天然气管网中任意位置的气体组分，进而可以确定稳态天然气管网中流体的热值与华白系数变化，保证下游用户的用气质量稳定。证下游用户的用气质量稳定。证下游用户的用气质量稳定。

【技术实现步骤摘要】
稳态天然气管网的组分分布确定方法、系统和电子设备


[0001]本专利技术涉及天然气管网
，尤其涉及一种稳态天然气管网的组分分布确定方法、系统和电子设备。

技术介绍

[0002]在天然气管道行业，不同来源的天然气可能掺混在同一张管网中进行输送。因此，管网中输送的气体含有许多不同组分，有些组分间差异小，而有些组分间物性差异甚至相当大，因此导致掺混过程的复杂多样。比如，当组分差异极大的H2组分与NG组分掺混时，由于H2组分的气体常数超出NG组分1个数量级，使得H2组分与NG组分在管道内的流速差较大，因此导致这两种组分掺混后可能出现分层流动或局部氢气聚集，且H2组分的高热值(HHV)按照体积计算为NG组分的1/3，而按照质量计算却为NG组分的3倍，又会导致掺混后气体的热值波动巨大，从而影响到下游用户的用气质量。而当两种不同的天然气(NG)组分相互掺混，两者物性差异很小，往往能够完全、均匀地混合。当N2、H2O与H2S等杂质成分与NG组分相互混合时，由于N2组分与H2S组分的气体常数大约为NG组分的一半，这可能会导致这些组分和流动气体间存在些许流速差，但由于含量很低因此可以视为均匀的混合。当面对确定气源的天然气管网时，可以根据恒定组分间的物性差异处理混合过程。而当气源组分不确定时，就需要考虑到不同物性差异的多种气体组分间相互掺混的各种过程与掺混后气体的流动性质与气体质量的变化。
[0003]目前天然气管网稳态仿真技术已经可以通过建立复杂的管网水力、热力计算模型与非管道元件特性方程模型实现对管道起终点压力、温度、各压缩机站出口压力与管道输量的模拟，在对大型复杂管网的稳态仿真速度可以达到10s以内，处于国际领先水平，且计算误差可以控制在7％以内。然而，但目前天然气管网的稳态仿真技术还未能实现对管网任意节点处气体组分分布、气源占比情况与气体热值的计算。尤其是，不同气源的天然气来气将混入同一张网内进行输送，当这些热值与华白系数差异较大的气源来气在管网中游发生掺混后，很可能影响到下游用户的用气质量与燃气互换性。对于工业用户，燃气互换性可以通过专线供气的途径解决，而对于数量庞大的居民用户，专线供气的途径难以适用。并且，当管道中掺氢输送时，由于H2组分具有危险性且与NG组分物性参数差异极大，很容易引起局部聚集。因此，需要针对管网任意节点处气体组分分布、气源占比情况与气体热值进行稳态仿真模拟。
[0004]综上所述，目前天然气管网稳态仿真技术可以实现对沿线压力、温度、输量与压缩机功率的稳态模拟，但是缺少对管网任意节点处组分分布模拟的相关技术。因此，需要提出了一种天然气管网稳态运行下的组分分布计算方法，可以用于计算天然气管网稳态运行下的组分分布。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种天然气管网稳态
运行的组分分布确定方法和系统。
[0006]本专利技术的一种稳态天然气管网的组分分布确定方法的技术方案如下：
[0007]获取稳态天然气管网中的每个气源点的气体组分；
[0008]构建所述稳态天然气管网的组分分布计算模型；
[0009]根据每个气源点的气体组分和所述组分分布计算模型，计算得到所述稳态天然气管网中任一位置的气体组分。
[0010]本专利技术的一种稳态天然气管网的组分分布确定系统的技术方案如下：
[0011]包括获取模块、构建模块和计算模块；
[0012]所述获取模块用于：获取稳态天然气管网中的每个气源点的气体组分；
[0013]所述构建模块用于：构建所述稳态天然气管网的组分分布计算模型；
[0014]所述计算模块用于：根据每个气源点的气体组分和所述组分分布计算模型，计算得到所述稳态天然气管网中任一位置的气体组分。
[0015]本专利技术技术方案的有益效果如下：
[0016]能够计算全稳态天然气管网中任意位置的气体组分，进而可以确定稳态天然气管网中流体的热值与华白系数变化，保证下游用户的用气质量稳定；同时，对于掺氢天然气管道来说，还可以确定管网中每个位置处氢组分的占比。由于氢组分可能具有易爆性，且管道掺氢可能引发“氢脆”并使管道失效，因此该模型对于保障管道安全运行来说也具有重要意义。通过稳态天然气管网气源占比计算模型可以计算得到管网中任意位置处各气源的比例。在下游用户的用气质量出现问题时，有时需要进行溯源，明确用户节点的气源构成，从而从源头上把控问题。因此该模型对于管网精准调控，提高溯源能力来说具有重要意义。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例的一种稳态天然气管网的组分分布确定方法的流程示意图；
[0018]图2为完全混合规则示意图；
[0019]图3本专利技术的技术效果示意图；
[0020]图4为组合状天然气管网示意图；
[0021]图5为本专利技术实施例的一种稳态天然气管网的组分分布确定系统的结构示意图。
具体实施方式
[0022]如图1所示，本专利技术实施例的一种稳态天然气管网的组分分布确定方法，包括如下步骤：
[0023]S1、获取稳态天然气管网中的每个气源点的气体组分，稳态天然气管网指稳态运行的天然气管网，其中，获取稳态天然气管网中的每个气源点的气体组分，为本领域技术人员悉知，在此不做赘述；
[0024]S2、构建稳态天然气管网的组分分布计算模型；
[0025]S3、根据每个气源点的气体组分和组分分布计算模型，计算得到稳态天然气管网中任一位置的气体组分。具体地：
[0026]对于稳态天然气管网，可以采取以下三种基本假设，具体如下：
[0027]1)各个气源点的气体组分不随时间发生变化；
[0028]2)稳态天然气管网中每条管道内的天然气组分保持一致；
[0029]3)稳态天然气管网中的管道内的天然气在节点处均匀混合后从节点流出。那么可以通过以下步骤进行求解：
[0030]S10、初始值设定。在计算之初，获取所有气源点的气体组分。将水力计算结果当做已知，因此稳态天然气管网的所有管道元件中流体流向、体积流量与气源点输量也作为已知量输入；
[0031]S11、构建稳态天然气管网的组分分布计算模型：
[0032]对于稳态天然气管网，节点处采用组分完全掺混规则，其方程为：其中：α
Ei
为流入该节点的管道i的计算组分摩尔占比；Q
Ei
为流入该节点的管道i的体积流量，m3/s。对于M个节点，可以建立M个这样的方程。对于管道中的组分约束，认为管道和与之相连的上游节点含有相同的组分，因此其组分约束为：α
Ei
＝α
Ni
(up)
E
，α
Ei
为第E个元件中i组分的摩尔分数，α
Ni
(up)
E
为第E个元件中的上游节点N处i组分的摩尔分数。因此针对E个元件可以建立E个约束方程。
[0033]对于一个稳态天然气管网，还需要获取该稳态天然气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稳态天然气管网的组分分布确定方法，其特征在于，包括：获取稳态天然气管网中的每个气源点的气体组分；构建所述稳态天然气管网的组分分布计算模型；根据每个气源点的气体组分和所述组分分布计算模型，计算得到所述稳态天然气管网中任一位置的气体组分。2.根据权利要求1所述的一种稳态天然气管网的组分分布确定方法和系统，其特征在于，还包括：构建稳态天然气管网的气源占比计算模型，并为所述气源占比计算模型施加边界条件；根据施加所述边界条件的气源占比计算模型，计算得到所述稳态天然气管网中任一位置的气源占比。3.一种稳态天然气管网的组分分布确定系统，其特征在于，包括获取模块、构建模块和计算模块；所述获取模块用于：获取稳态天然气管网中的每个气源点的气体组分；所述构建模块用于：构建所述稳态天然气管网的...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎涛，刘天尧，张对红，陈朋超，杨毅，魏政，侯本权，徐波，朱峰，薛向东，康阳，
申请(专利权)人：国家石油天然气管网集团有限公司，
类型：发明
国别省市：