TGNET軟件在城市燃氣管網(wǎng)水力計算中的應(yīng)用

王三石 劉梅

摘 ?要：文章介紹了TGnet軟件的特點、用途、使用步驟并結(jié)合軟件的特點對TGnet軟件在城市燃氣管網(wǎng)水力計算中的應(yīng)用進行了探討。

關(guān)鍵詞：TGnet軟件;燃氣管網(wǎng);水力計算

中圖分類號：TU996 ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）35-0029-02

城市燃氣管網(wǎng)設(shè)施是現(xiàn)代城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。因而，城市燃氣規(guī)劃是城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃的一個重要組成部分，其中城市燃氣管網(wǎng)的水力計算又是城市燃氣規(guī)劃的核心部分，如何利用燃氣管網(wǎng)水力計算的結(jié)果指導(dǎo)城市燃氣管網(wǎng)的建設(shè)是一個重要問題。傳統(tǒng)簡單的水力計算程序?qū)芫W(wǎng)進行靜態(tài)的模擬計算，僅能得到某些特定節(jié)點的壓力及流量。對于多氣源點的管網(wǎng)水力計算問題，傳統(tǒng)簡單的水力計算程序無能為力，TGnet軟件具有強大的計算功能，能夠?qū)@一問題進行較好的分析。

1 ?TGnet軟件簡介

作為國際公認的天然氣管道水力計算軟件，TGnet能夠?qū)艿乐械膯蜗嗔鬟M行穩(wěn)態(tài)模擬和動態(tài)模擬，該軟件具有全功能的圖形界面、穩(wěn)定的數(shù)字求解技術(shù)、完備的設(shè)備模擬、靈活實用的理想化的控制方式和多約束條件設(shè)定（Constraint logic）、溫度跟蹤、氣體屬性跟蹤、詳盡的默認值集合、既能以批處理方式又能以交互（互動）方式運作、靈活多樣的開放的輸入輸出方式、易學(xué)易用等特點。

1.1 ?TGnet軟件計算原理

TGnet進行管網(wǎng)模擬使用的基本方程：

1.1.1 ?狀態(tài)方程

TGNET軟件采用Sarem、BWRS、Peng 、Peng-78、SRK5種方程.實際在城市燃氣管網(wǎng)水力計算項目中一般選用的是BWRS方程，基本能夠適用城市燃氣工程所有工況范圍內(nèi)的水力計算。

1.1.2 ?粘度模型

TGnet軟件水力模型采用的是經(jīng)驗公式。軟件包含了威莫斯公式、潘漢德公式、柯式公式可以選擇，根據(jù)《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》GB50028-2006中相關(guān)要求，城鎮(zhèn)燃氣水力計算粘度公式一般選擇柯式公式。

1.1.3 ?水力模型

TGnet軟件水力模型均包括質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程3個方程，這三組方程是所有管網(wǎng)水力計算的基本方程，水力計算模擬的過程即是求解這三組偏微分方程的過程。

1.2 ?軟件使用的準備工作

1.2.1 ?建立管網(wǎng)模型文件

一般燃氣管網(wǎng)的水力計算需要建立全新的管網(wǎng)模型文件，這一方面TGnet提供了插入文件的模式，可以將燃氣管網(wǎng)CAD文件插入軟件，根據(jù)插入的圖形文件，將管網(wǎng)模型描在水力計算軟件內(nèi)部，此種方式能夠較為真實的反應(yīng)水力計算管網(wǎng)模型的成果，根據(jù)用戶的要求，也可以對某些支狀管網(wǎng)進行簡化。

1.2.2 ?設(shè)置使用的單位制和單位

軟件在計算前，需要設(shè)置使用的單位制和單位，根據(jù)中國的工程習(xí)慣，應(yīng)選用公制單位。

1.2.3 ?設(shè)置模擬選項

設(shè)置模擬選項主要包括了幾個關(guān)鍵選項，如流體初始壓力溫度的選擇。

1.2.4 ?設(shè)置邊界條件

恰當(dāng)邊界條件的設(shè)置是軟件計算收斂的必要條件，若邊界條件設(shè)置不合理很容易導(dǎo)致軟件計算結(jié)果發(fā)散進而導(dǎo)致計算失敗。在城市燃氣管網(wǎng)水力計算中，一般有這樣幾種設(shè)置模式：即：

①設(shè)置氣源點壓力，用氣點流量;

②設(shè)置氣源點流量，用氣點壓力;

③設(shè)置氣源點壓力，用氣點壓力;

④設(shè)置氣源點壓力，氣源點流量。

1.2.5 ?文件的保存

保存管網(wǎng)模型文件。

1.3 ?模擬的基本步驟

①管網(wǎng)模型的有效性檢測，TGnet軟件帶有強大的糾錯檢測功能，能根據(jù)軟件的糾錯檢測功能，能夠檢測模型中是否有管網(wǎng)連接元件連接關(guān)系檢測及必要的輸入數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)有效性等。

②運行模擬程序，若有效性檢測無錯誤，則程序進入計算過程，若程序收斂則計算結(jié)果得到結(jié)果，若程序不收斂即可分析報警原因，一般原因大多數(shù)為氣源點壓力太低或管徑選擇太小等。

2 ?計算實例

本文以南通市城市燃氣管網(wǎng)水力計算模型為例說明TGnet軟件在城市燃氣管網(wǎng)水力計算中的應(yīng)用。江蘇省南通市城市燃氣管網(wǎng)較為復(fù)雜，為方便分析僅對城區(qū)中壓管網(wǎng)進行水力計算分析。南通市城區(qū)中壓管網(wǎng)壓力等級為中壓A與中壓B，分別為0.4 MPa與0.2 MPa。至南通市區(qū)的高壓管網(wǎng)從門站出站后通過5座高中壓調(diào)壓站給城區(qū)中壓A管網(wǎng)供氣，老城區(qū)中壓管網(wǎng)由于是從原人工煤氣轉(zhuǎn)換過來，壓力級別較低為中壓B，中壓A與中壓B管網(wǎng)之間通過兩座中中壓調(diào)壓站連接。根據(jù)規(guī)劃水力計算要求，應(yīng)對管網(wǎng)2015年及2030年水力計算工況進行分析，本文僅對2030年的分析過程進行分析說明。

2.1 ?管網(wǎng)模型的建立

根據(jù)管網(wǎng)現(xiàn)狀以及城市總體規(guī)劃的要求完成管網(wǎng)的布置方案，同時根據(jù)南通市城市燃氣規(guī)劃預(yù)測用氣量對中壓管網(wǎng)節(jié)點進行流量計算，并將之前憑借經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定的管徑等參數(shù)輸入軟件。最后輸入完成的管網(wǎng)模型，如圖1所示。

2.2 ?相關(guān)約束性條件

南通市5個氣源點即5座高中壓調(diào)壓站供氣壓力都設(shè)定為0.4 MPa，應(yīng)保證所有用戶的用氣壓力高于0.1 MPa，即末端用戶中壓調(diào)壓器的進口壓力有足夠的開啟壓力。由圖1可以看出，城市燃氣管網(wǎng)存在用氣眾多，管網(wǎng)較為復(fù)雜的特點。因此管網(wǎng)的水力計算較為復(fù)雜，初次計算水力收斂的可能性較小，需要進行多次的試算，根據(jù)每次計算過程中報警提示的內(nèi)容來修改模型內(nèi)容進而完成水力計算。

2.3 ?模擬計算結(jié)果

TGnet軟件的計算結(jié)果可以通過兩種形式來反應(yīng)，一種是直接在圖形文件內(nèi)插入數(shù)據(jù)框，數(shù)據(jù)框可以包含關(guān)鍵管段的壓力、流量等參數(shù)，另外一種是將各水力計算程序的計算結(jié)果以EXCELL計算表格的形式來反應(yīng)如圖2所示。同時TGnet軟件還包含了強大的圖表功能，能夠?qū)⒏鞴芏蔚膲毫?、溫度及?shù)據(jù)擬合在同一張圖表內(nèi)進行對比，如圖3所示。

可以根據(jù)業(yè)主要求，將各關(guān)鍵管段的壓力圖表及數(shù)據(jù)附錄在水力計算書結(jié)果中。這樣可以根據(jù)管網(wǎng)樁號大致知道在各中壓管網(wǎng)段相應(yīng)位置的壓力，在未來管網(wǎng)建設(shè)過程中，可以根據(jù)實際用戶用量的需求，對管網(wǎng)模型進行實時的增減及更改，可以進一步的指導(dǎo)未來管網(wǎng)設(shè)施的發(fā)展。解決如如在某段管線上增加了大的工業(yè)用戶，現(xiàn)有管線壓力是否能滿足用戶要求等問題。

3 ?結(jié) ?論

通過上述工程實例可以知道，TGnet軟件功能比較強大，可以很好的滿足在城市燃氣規(guī)劃編制過程中的管網(wǎng)水力計算問題，同時因為模型建立的可持續(xù)性，在后續(xù)的管網(wǎng)運營過程中，也可以通過軟件計算持續(xù)的指導(dǎo)工程建設(shè)作用。特別是對動態(tài)模擬問題，用戶的用氣數(shù)據(jù)對模擬的準確度以及后續(xù)工程的指導(dǎo)作用有決定性作用，因此必須加強用戶用氣數(shù)據(jù)的收集工作。

參考文獻：

[1] 段常貴.燃氣輸配[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[2] 劉承先.TGnet在岳陽市天然氣利用工程中的應(yīng)用[J].勝利油田職工 ? 大學(xué)學(xué)報，2005，（8）.