羅林杰

（中國(guó)石化西南油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，四川 德陽(yáng) 618000）

TGNET軟件在川西管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度中的應(yīng)用

羅林杰

（中國(guó)石化西南油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，四川 德陽(yáng) 618000）

隨著管網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜化和大型調(diào)峰、增壓設(shè)備的增多，利用TGNET軟件開(kāi)展川西天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度工作的研究，通過(guò)建立川西氣區(qū)管網(wǎng)模型開(kāi)展仿真模擬計(jì)算，分別利用穩(wěn)態(tài)模擬技術(shù)優(yōu)選增壓機(jī)組運(yùn)行調(diào)度方案以及利用動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)制定應(yīng)急調(diào)度方案，結(jié)果表明：若運(yùn)行工況隨時(shí)間參數(shù)發(fā)生變化且方案的實(shí)施也涉及時(shí)間參數(shù)，選擇動(dòng)態(tài)模擬更能準(zhǔn)確地為方案決策提供技術(shù)依據(jù)；反之則選擇穩(wěn)態(tài)模擬運(yùn)行更為簡(jiǎn)便。

四川 西 天然氣管網(wǎng) TGNET軟件 增壓機(jī)運(yùn)行調(diào)度 應(yīng)急調(diào)度

0 引言

在天然氣管網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，由于用戶(hù)用氣量增加或減少、氣源供應(yīng)不足、設(shè)備故障、自然災(zāi)害等因素影響，需要實(shí)施調(diào)度工作以維護(hù)系統(tǒng)的平衡，保障天然氣供應(yīng)的安全。川西天然氣管網(wǎng)運(yùn)行目前大多依靠傳統(tǒng)的人工和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)度管理，隨著管網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜化和大型調(diào)峰、增壓設(shè)備的增多，通過(guò)借助仿真軟件來(lái)模擬管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行工況，從而優(yōu)化輸送方案，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

1 TGNET軟件簡(jiǎn)介

TGNET軟件是英國(guó)ESI能源集團(tuán)開(kāi)發(fā)的業(yè)界領(lǐng)先的Pipeline Studio軟件，是一款可集成管段、供氣點(diǎn)、出氣點(diǎn)、增壓機(jī)、節(jié)流閥、泄漏點(diǎn)等多個(gè)模型元件的窗口模擬界面應(yīng)用軟件，能夠?qū)敋夤艿乐械膯蜗嗔鬟M(jìn)行動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)的離線(xiàn)仿真模擬計(jì)算，可運(yùn)用于管道設(shè)計(jì)、管道日常運(yùn)行、管網(wǎng)調(diào)度、調(diào)峰以及事故工況下的模擬計(jì)算。該軟件運(yùn)行穩(wěn)定、技術(shù)成熟，在全球應(yīng)用廣泛，使用證明可靠［1］。

2 TGNET軟件在川西管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度中的應(yīng)用

川西氣區(qū)管網(wǎng)經(jīng)過(guò)二十余年的建設(shè)及不斷優(yōu)化，集輸氣系統(tǒng)較為完善，目前已形成中、低、增三套壓力管網(wǎng)系統(tǒng)，各壓力管網(wǎng)系統(tǒng)之間通過(guò)增壓機(jī)、管道閥門(mén)相互連接，可通過(guò)對(duì)增壓機(jī)、閥門(mén)的控制來(lái)靈活調(diào)配天然氣在各壓力級(jí)別管網(wǎng)的流量以適應(yīng)各種工況下的天然氣集輸需求。同時(shí)川西氣田內(nèi)部沒(méi)有調(diào)峰設(shè)施，主要依靠管線(xiàn)儲(chǔ)氣、關(guān)井措施以及用戶(hù)調(diào)峰來(lái)進(jìn)行日常的調(diào)峰工作。

自引進(jìn)TGNET模擬軟件以來(lái)，已成功應(yīng)用于川西氣田的管網(wǎng)運(yùn)行跟蹤分析、產(chǎn)能建設(shè)方案、地面工程規(guī)劃、管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整、管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度等日常生產(chǎn)、科研工作中，成為川西開(kāi)展管網(wǎng)工作必不可少的工具之一。具體筆者用兩個(gè)實(shí)例來(lái)介紹分析TGNET軟件穩(wěn)態(tài)及動(dòng)態(tài)模擬部分在川西管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度中的應(yīng)用情況。

2.1 增壓機(jī)組運(yùn)行調(diào)度方案優(yōu)選

根據(jù)銷(xiāo)售安排，將新增LNG用戶(hù)，最高用氣量為60×104m3/d，用氣壓力為1.2 MPa，需重新進(jìn)行資源與市場(chǎng)的優(yōu)化配置，開(kāi)展管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度研究。綜合考慮除提高部分氣井生產(chǎn)量外，制定了通過(guò)減少低壓環(huán)網(wǎng)內(nèi)增壓至中壓管網(wǎng)的增壓機(jī)的天然氣輸供給LNG用戶(hù)的方案，可有效利用天然氣壓力能耗，并減少現(xiàn)有增壓機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)，見(jiàn)圖1。

由于低壓環(huán)網(wǎng)運(yùn)行壓力小于低壓輸氣管網(wǎng)，兩套管網(wǎng)連通后前者運(yùn)行壓力勢(shì)必會(huì)上升。未增壓天然氣在低壓環(huán)網(wǎng)內(nèi)的不同流動(dòng)方向及大小對(duì)管網(wǎng)壓力的提升影響不同，且管網(wǎng)壓力升高會(huì)影響低壓氣井的正常生產(chǎn)，因此需要制定并優(yōu)選增壓機(jī)組運(yùn)行調(diào)度方案。

圖1 川西低壓管網(wǎng)示意圖

方案制定的關(guān)鍵為各增壓站增壓機(jī)的選擇及組合，優(yōu)選原則一是對(duì)低壓環(huán)網(wǎng)壓力影響要最小，二是管網(wǎng)運(yùn)行能耗要最少。依此制定了3種較優(yōu)的方案，各方案中增壓站的處理量如表1所示。

表1 增壓機(jī)處理量運(yùn)行調(diào)度方案表 104m3/d

首先建立低壓環(huán)網(wǎng)模型，由于方案模擬不涉及增壓機(jī)的運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算，增壓站的運(yùn)行簡(jiǎn)化處理用出氣點(diǎn)表示，約束最大流量即增壓處理量；各集氣站用進(jìn)氣點(diǎn)表示，約束最大流量，同時(shí)約束滿(mǎn)足低壓用戶(hù)用氣壓力時(shí)Y-1集氣站的最小允許壓力［2］。

通過(guò)對(duì)3種方案模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比（表2），綜合考慮選擇方案 ②。該方案的優(yōu)選原因?yàn)椋孩?運(yùn)行增壓機(jī)4臺(tái)，且運(yùn)行增壓機(jī)分別位于3個(gè)增壓站更便于相互調(diào)度管理；② 對(duì)管網(wǎng)壓力抬升的影響最小；③ 增壓站增壓后輸往中壓管網(wǎng)的壓降損耗最小。

表2 方案優(yōu)選對(duì)比表

2.2 應(yīng)急調(diào)度方案優(yōu)選

在天然氣管網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，輸氣管道的非穩(wěn)態(tài)工況往往是由于用氣量隨時(shí)間的變化而引起的，用氣量在季節(jié)、節(jié)假日和小時(shí)的不均勻變化，以及工業(yè)用戶(hù)日常檢修定期維護(hù)造成的用氣量變化、輸氣干線(xiàn)突發(fā)事故等，均可造成管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)發(fā)生較大的變化，其相對(duì)穩(wěn)態(tài)模擬更能真實(shí)反映管網(wǎng)的運(yùn)行情況［3］。

TGNET動(dòng)態(tài)模擬主要用于管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度過(guò)程中的管網(wǎng)調(diào)峰分析、事故泄漏分析、氣源中斷影響分析等。通過(guò)介紹川西管網(wǎng)在用戶(hù)事故減量下的運(yùn)行調(diào)度，來(lái)說(shuō)明TGNET軟件動(dòng)態(tài)模擬在川西管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度中的應(yīng)用情況。川西氣區(qū)東部區(qū)塊天然氣主要通過(guò)輸氣干線(xiàn)輸往綿陽(yáng)以及成都方向用戶(hù)，目前該片區(qū)集輸管網(wǎng)運(yùn)行壓力較高為2.0～3.4 MPa，管線(xiàn)的設(shè)計(jì)壓力為4 MPa，根據(jù)管道設(shè)計(jì)手冊(cè)中規(guī)定取系數(shù)1.1計(jì)算，管線(xiàn)的工作壓力即最高安全運(yùn)行壓力為3.64 MPa（圖2）。成都某工業(yè)用戶(hù)由于設(shè)備故障導(dǎo)致用氣量突然降低，減少天然氣30×104m3/d，未銷(xiāo)售的天然氣滯留在管線(xiàn)中使管網(wǎng)的整體壓力上升，同時(shí)危及末端管線(xiàn)的運(yùn)行安全［4］。

圖2 川西東部區(qū)塊管網(wǎng)模型圖

當(dāng)事故發(fā)生以后如何實(shí)施應(yīng)急調(diào)度方案（即關(guān)井方案），需要利用TGNET軟件對(duì)事故工況進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬分析。首先根據(jù)事故發(fā)生前的管網(wǎng)運(yùn)行情況建立該區(qū)塊的管網(wǎng)模型，運(yùn)行穩(wěn)態(tài)模擬成功之后，編輯成都某用戶(hù)用氣量在24 h內(nèi)的動(dòng)態(tài)腳本，24 h內(nèi)用氣量減少30×104m3。同時(shí)指定需要跟蹤的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)，如各集氣站的壓力（管線(xiàn)的壓力）、輸氣干線(xiàn)的輸量等。接著運(yùn)行動(dòng)態(tài)模擬，通過(guò)查看動(dòng)態(tài)趨勢(shì)報(bào)告可以看出成都用氣量降低后各集氣站壓力逐漸上升，其中Z-2、Z-3集氣站在事故發(fā)生后的第6個(gè)小時(shí)壓力率先超過(guò)了管網(wǎng)的最高安全運(yùn)行壓力，其次Z-1、Z-4、Z-5、Z-6、Z-7集氣站的壓力上升速度也較快（表3）。

表3 事故發(fā)生后1～6h各集氣站壓力動(dòng)態(tài)結(jié)果表

因此備選的調(diào)峰井有7口，分別進(jìn)行組合，通過(guò)模擬多組關(guān)井方案，以關(guān)井?dāng)?shù)最少、減少氣量最少、管網(wǎng)壓力不超過(guò)3.64 MPa為原則，得到最優(yōu)應(yīng)急調(diào)度方案，即在用戶(hù)減量后的第5個(gè)小時(shí)（最遲關(guān)井時(shí)間）對(duì)Z-1、Z-2、Z-3集氣站實(shí)施關(guān)井，減少總產(chǎn)量約29.8×104m3/d。模擬計(jì)算結(jié)果顯示，在用戶(hù)減量后的5 h內(nèi)必須采取關(guān)井措施，該應(yīng)急方案實(shí)施氣井?dāng)?shù)最少，減少產(chǎn)量最少，并且可有效保證管網(wǎng)的運(yùn)行安全。

3 結(jié)論

1）在應(yīng)急調(diào)度方案中，利用TGNET的穩(wěn)態(tài)模擬也可以計(jì)算出實(shí)施關(guān)井措施的最優(yōu)氣井，但動(dòng)態(tài)模擬能反映管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行變化的整個(gè)過(guò)程，且可以提供較為可靠的事故工況最佳處理時(shí)間，具有較好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急指導(dǎo)作用。

2）靈活選擇TGNET的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)模擬功能是運(yùn)行調(diào)度方案制定及優(yōu)選的關(guān)鍵，若運(yùn)行工況隨時(shí)間參數(shù)發(fā)生變化，且方案的實(shí)施也涉及時(shí)間相關(guān)參數(shù)，選擇動(dòng)態(tài)模擬更能準(zhǔn)確地為方案決策提供技術(shù)依據(jù)；反之，選擇穩(wěn)態(tài)模擬運(yùn)行則更為簡(jiǎn)便，也能得出相同的計(jì)算結(jié)果。

［1］楊恒，張理.PIPELINE STUDIO軟件在管網(wǎng)模擬分析中的應(yīng)用［J］.天然氣勘探與開(kāi)發(fā)，2015，38（3）：91-93.

［2］蔣洪，蔣俊杰，李宏玉.燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)調(diào)峰過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬分析［J］.管道技術(shù)與設(shè)備，2011（6）：9-12.

［3］李彤民，吳長(zhǎng)春.動(dòng)態(tài)模擬在輸氣管道工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，1999（4）：1-5.

［4］金浩，林軍.TGNET軟件在煙臺(tái)輸氣工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.油氣田地面工程，2003，22（5）：53-55.

（編輯：蔣龍）

B

2095-1132（2016）05-0054-03

10. 3969/j. issn. 2095-1132. 2016. 05. 014

修訂回稿日期：2016-09-29

羅林杰（1989-），工程師，從事天然氣管網(wǎng)規(guī)劃研究工作。E-mail：263711261@qq.com。