基于TGNET的天然氣儲氣庫采氣管網(wǎng)模型研究

李俊穎 廖柯熹

(西南石油大學,四川成都 610500)

基于TGNET的天然氣儲氣庫采氣管網(wǎng)模型研究

李俊穎 廖柯熹

(西南石油大學,四川成都 610500)

工程中經(jīng)常采用TGNET軟件模擬不同調峰量下儲氣庫采氣管網(wǎng)運行工況。本文通過介紹TGNET軟件,建立基于TGNET的天然氣儲氣庫采氣管網(wǎng)模型,并進行模型參數(shù)選取,為現(xiàn)場操作提供參考。

TGNET 儲氣庫 采氣管網(wǎng)

1 前言

TGNET(Transient Gas Network)軟件[1]是一款天然氣集輸管網(wǎng)瞬態(tài)模擬軟件，該軟件能夠用來模擬管道的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)運行數(shù)據(jù)。應用該軟件能夠建立管網(wǎng)模型，并對管網(wǎng)動態(tài)、靜態(tài)運行數(shù)據(jù)進行模擬驗證[2]，此外當管網(wǎng)結構、運行工況等發(fā)生變化時，可以對管線的運行工況進行預測，為現(xiàn)場生產(chǎn)操作提供有力的依據(jù)[3]。

2 TGNET軟件簡介

TGNET軟件的功能包括：穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)水力計算；熱力計算；壓縮機和驅動機模型模擬；天然氣組分和溫度跟蹤等。軟件采用模型元件表示實際管網(wǎng)內的元件，管網(wǎng)系統(tǒng)內各元件的連接關系和運行參數(shù)應當與實際管網(wǎng)系統(tǒng)中元件參數(shù)一致。當管網(wǎng)模型內各元件參數(shù)合理并連接正確時，才能正確表述實際管網(wǎng)，此時模擬結果應是實際管網(wǎng)運行參數(shù)。

TGNET的主要用途可以分為兩大類。

(1)模擬管網(wǎng)正常工況，確定最優(yōu)設計、運行方案，確定最佳改擴建方案及最有效的操作方式。(2)應對各種事故工況下的瞬態(tài)預測

(管道泄漏、設備失效等)，確定有效的應急措施。

近幾年，TGNET應用經(jīng)驗表明：該軟件可以快速進行多種方案對比，確定最優(yōu)設計方案；對所研究管網(wǎng)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的不同工況進行順瞬態(tài)模擬，求得不同工況的自救時間，方便及時做出補救措施；找出現(xiàn)有管網(wǎng)系統(tǒng)瓶頸，確定最優(yōu)改擴建方案。

3 模型建立

對一個地面集輸管網(wǎng)系統(tǒng)，要通過建立模型對管網(wǎng)進行相關模擬和計算，本文中主要針對儲氣庫地面采氣集輸管線，對其節(jié)點壓力進行模擬驗證，以及根據(jù)預測調峰量，當采氣量發(fā)生變化時對管網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點壓力進行模擬并預測，為生產(chǎn)決策提供強有力的依據(jù)。

針對儲氣庫地面注采氣集輸管網(wǎng)情況做如下結構簡化：地面集輸系統(tǒng)中主要的組成部分包括注采井、闊門、管線、清管站、注采氣站等。

注采井：注采氣井系統(tǒng)較為復雜，但當我們只考慮調峰期采氣工況時，將采氣井簡化為一個氣源；閥門：天然氣處理之后在外輸?shù)墓芫€前端設有閥門，這個閥門主要作用在于調節(jié)進入管線的氣體壓力，文中主要以閥門后壓力為進入管線壓力，所以在此不設置調壓閥門；管線：軟件本身就有管道元件，不需要做模型簡化，只要輸入管道基本參數(shù)即可；清管站：清管站本身既不增加輸氣管網(wǎng)中的氣量，也不消耗輸氣管網(wǎng)中的氣量，所以把它看作是形如三通管的一個結構，那么就可以將它看成一個整體而簡化為一個大節(jié)點；注采氣站：將它簡化為一個節(jié)點，在整個系統(tǒng)中對氣量不產(chǎn)生影響，考慮到站內壓降，可以在西采氣站與鎮(zhèn)江干線之間加一個阻力元件，模擬流體進出站摩阻等由短管所引起的局部阻力損失，只需輸入局部阻力系數(shù)，具體取值需要根據(jù)管道輸量具體計算。

根據(jù)以上的簡化，可建立儲氣庫地面注采氣集輸系統(tǒng)的管網(wǎng)模擬結構。

4 模型參數(shù)選取

(1)氣體方程：確定天然氣組分后，根據(jù)天然氣組分，選擇氣體方程。一般不推薦選用Ideal、Sarem狀態(tài)方程。常用氣體模型主要為Peng狀態(tài)方程和BWRS方程。使用復雜氣體模型時，應該同時在Simulation/Option/fluid中選用BWRS或Peng狀態(tài)方程。這兩公式屬于復雜氣體狀態(tài)方程計算式。

(2)輸氣管道設計中最重要的一部分是對輸氣管道進行水力計算，摩阻系數(shù)則是水力計算的一個關鍵參數(shù)。管道輸氣能力不僅與管道基本參數(shù)：內徑、起點壓力、終點壓力有關，并且與管道內流體流態(tài)及管道內壁情況有關。TGNET軟件提供了多種計算管道流量和摩阻系數(shù)的計算公式。其中流量公式都為基本流量公式，其它許多不同形式的計算公式都是在基本流量公式中代入不同的水力摩阻系數(shù)公式推導出來的。因此，輸氣管道的計算公式選用合適與否，主要取決于摩阻系數(shù)公式選擇是否正確。軟件提供的5種不同方程以供選擇：AGA、Colebrook-White、Panhandle A、Panhandle B和Weymouth公式，它們各自有不同的適用范圍。

AGA公式：在紊流流速較低，摩阻系數(shù)只與雷諾數(shù)有關；流速較高時則是相對粗糙度的函數(shù)。Colebrook-Wliite 公式：軟件推薦使用的流量計算公式，該公式在紊流區(qū)的三個區(qū)：光滑區(qū)、混合摩擦區(qū)和阻力平方區(qū)都具有較高的精度。Panhandle A：適用于雷諾數(shù)在5x106～14X106范圍內，直徑在168.3～610mm范圍的管道。Panhandle B：以雷諾數(shù)為基礎建立方程，適用于管徑大于610mm的管道，主要用于輸氣干線的計算。Weymouth公式：適用于管徑小、輸量不大、凈化程度差的礦區(qū)集輸管網(wǎng)和輸氣干線，在長輸管道計算中已很少使用該公式。

(3)流量公式的選取取決于摩阻系數(shù)公式的選擇，摩阻系數(shù)都是由雷諾數(shù)計算公式推演的方程。因此，選擇流量公式的一個重要依據(jù)就是雷諾數(shù)。

(4)在Colebrook摩阻系數(shù)計算式中管壁粗糙度是未知的，在建立管網(wǎng)模型時需要輸入該參數(shù)，同時該參數(shù)也會直接影響到輸氣管道內流體的力學效率。國內各鋼管廠目前沒有檢測管壁粗糙度這一指標，各鋼管廠的管壁粗糙度大多指制造管道的鋼板材料的表面粗糙度，而不是真正意義上的管道內壁粗糙度，這兩者之間的差距，需要實際測量驗證。

(5)阻力元件局部阻力系數(shù)：阻力元件主要用于模擬管道中的彎頭、進出站摩阻損失等由短管引起的局部阻力損失。該元件只要輸入一個參數(shù)——局部阻力系數(shù)，具體取值與管道輸送量有關。

5 結語

本文結合TGNET軟件，建立了天然氣儲氣庫采氣管網(wǎng)骨架模型，通過對軟件模型分析，給出不同工況下采氣管網(wǎng)的運行工況模型參數(shù)選取方法，有助于該軟件在實際工程中的應用，提高所建管網(wǎng)模型模擬的正確性。

[1]魏美吉,等.TGNET軟件在蘇里格氣田適用性研宄[J].石油化工應用,2009(3):17-23.

[2]楊海軍,等.TJ鹽穴地下儲氣庫注采氣運行動態(tài)分析[J].石油化工應用,2010(9):61-64.

[3]金浩.TGNET軟件在煙臺輸氣工程設計中的應用[J].勝利油田設計院,2003(5):57.