羅林杰

（中國石化西南油氣分公司石油工程技術研究院，四川 德陽 618000）

TGNET軟件在川西管網(wǎng)運行調度中的應用

羅林杰

（中國石化西南油氣分公司石油工程技術研究院，四川 德陽 618000）

隨著管網(wǎng)系統(tǒng)的復雜化和大型調峰、增壓設備的增多，利用TGNET軟件開展川西天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)運行調度工作的研究，通過建立川西氣區(qū)管網(wǎng)模型開展仿真模擬計算，分別利用穩(wěn)態(tài)模擬技術優(yōu)選增壓機組運行調度方案以及利用動態(tài)模擬技術制定應急調度方案，結果表明：若運行工況隨時間參數(shù)發(fā)生變化且方案的實施也涉及時間參數(shù)，選擇動態(tài)模擬更能準確地為方案決策提供技術依據(jù)；反之則選擇穩(wěn)態(tài)模擬運行更為簡便。

四川 西 天然氣管網(wǎng) TGNET軟件 增壓機運行調度 應急調度

0 引言

在天然氣管網(wǎng)運行過程中，由于用戶用氣量增加或減少、氣源供應不足、設備故障、自然災害等因素影響，需要實施調度工作以維護系統(tǒng)的平衡，保障天然氣供應的安全。川西天然氣管網(wǎng)運行目前大多依靠傳統(tǒng)的人工和經(jīng)驗進行調度管理，隨著管網(wǎng)系統(tǒng)的復雜化和大型調峰、增壓設備的增多，通過借助仿真軟件來模擬管網(wǎng)系統(tǒng)運行工況，從而優(yōu)化輸送方案，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益的最大化。

1 TGNET軟件簡介

TGNET軟件是英國ESI能源集團開發(fā)的業(yè)界領先的Pipeline Studio軟件，是一款可集成管段、供氣點、出氣點、增壓機、節(jié)流閥、泄漏點等多個模型元件的窗口模擬界面應用軟件，能夠對輸氣管道中的單相流進行動態(tài)和穩(wěn)態(tài)的離線仿真模擬計算，可運用于管道設計、管道日常運行、管網(wǎng)調度、調峰以及事故工況下的模擬計算。該軟件運行穩(wěn)定、技術成熟，在全球應用廣泛，使用證明可靠［1］。

2 TGNET軟件在川西管網(wǎng)運行調度中的應用

川西氣區(qū)管網(wǎng)經(jīng)過二十余年的建設及不斷優(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)之間通過增壓機、管道閥門相互連接，可通過對增壓機、閥門的控制來靈活調配天然氣在各壓力級別管網(wǎng)的流量以適應各種工況下的天然氣集輸需求。同時川西氣田內部沒有調峰設施，主要依靠管線儲氣、關井措施以及用戶調峰來進行日常的調峰工作。

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

2.1 增壓機組運行調度方案優(yōu)選

根據(jù)銷售安排，將新增LNG用戶，最高用氣量為60×104m3/d，用氣壓力為1.2 MPa，需重新進行資源與市場的優(yōu)化配置，開展管網(wǎng)優(yōu)化調度研究。綜合考慮除提高部分氣井生產(chǎn)量外，制定了通過減少低壓環(huán)網(wǎng)內增壓至中壓管網(wǎng)的增壓機的天然氣輸供給LNG用戶的方案，可有效利用天然氣壓力能耗，并減少現(xiàn)有增壓機運行臺數(shù)，見圖1。

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

圖1 川西低壓管網(wǎng)示意圖

方案制定的關鍵為各增壓站增壓機的選擇及組合，優(yōu)選原則一是對低壓環(huán)網(wǎng)壓力影響要最小，二是管網(wǎng)運行能耗要最少。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 增壓機處理量運行調度方案表 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的運行參數(shù)的計算，增壓站的運行簡化處理用出氣點表示，約束最大流量即增壓處理量；各集氣站用進氣點表示，約束最大流量，同時約束滿足低壓用戶用氣壓力時Y-1集氣站的最小允許壓力［2］。

通過對3種方案模擬計算結果進行對比（表2），綜合考慮選擇方案 ②。該方案的優(yōu)選原因為：① 運行增壓機4臺，且運行增壓機分別位于3個增壓站更便于相互調度管理；② 對管網(wǎng)壓力抬升的影響最?。虎?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)選對比表

2.2 應急調度方案優(yōu)選

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

TGNET動態(tài)模擬主要用于管網(wǎng)運行調度過程中的管網(wǎng)調峰分析、事故泄漏分析、氣源中斷影響分析等。通過介紹川西管網(wǎng)在用戶事故減量下的運行調度，來說明TGNET軟件動態(tài)模擬在川西管網(wǎng)運行調度中的應用情況。川西氣區(qū)東部區(qū)塊天然氣主要通過輸氣干線輸往綿陽以及成都方向用戶，目前該片區(qū)集輸管網(wǎng)運行壓力較高為2.0～3.4 MPa，管線的設計壓力為4 MPa，根據(jù)管道設計手冊中規(guī)定取系數(shù)1.1計算，管線的工作壓力即最高安全運行壓力為3.64 MPa（圖2）。成都某工業(yè)用戶由于設備故障導致用氣量突然降低，減少天然氣30×104m3/d，未銷售的天然氣滯留在管線中使管網(wǎng)的整體壓力上升，同時危及末端管線的運行安全［4］。

圖2 川西東部區(qū)塊管網(wǎng)模型圖

當事故發(fā)生以后如何實施應急調度方案（即關井方案），需要利用TGNET軟件對事故工況進行動態(tài)模擬分析。首先根據(jù)事故發(fā)生前的管網(wǎng)運行情況建立該區(qū)塊的管網(wǎng)模型，運行穩(wěn)態(tài)模擬成功之后，編輯成都某用戶用氣量在24 h內的動態(tài)腳本，24 h內用氣量減少30×104m3。同時指定需要跟蹤的動態(tài)趨勢，如各集氣站的壓力（管線的壓力）、輸氣干線的輸量等。接著運行動態(tài)模擬，通過查看動態(tài)趨勢報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個小時壓力率先超過了管網(wǎng)的最高安全運行壓力，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各集氣站壓力動態(tài)結果表

因此備選的調峰井有7口，分別進行組合，通過模擬多組關井方案，以關井數(shù)最少、減少氣量最少、管網(wǎng)壓力不超過3.64 MPa為原則，得到最優(yōu)應急調度方案，即在用戶減量后的第5個小時（最遲關井時間）對Z-1、Z-2、Z-3集氣站實施關井，減少總產(chǎn)量約29.8×104m3/d。模擬計算結果顯示，在用戶減量后的5 h內必須采取關井措施，該應急方案實施氣井數(shù)最少，減少產(chǎn)量最少，并且可有效保證管網(wǎng)的運行安全。

3 結論

1）在應急調度方案中，利用TGNET的穩(wěn)態(tài)模擬也可以計算出實施關井措施的最優(yōu)氣井，但動態(tài)模擬能反映管網(wǎng)系統(tǒng)運行變化的整個過程，且可以提供較為可靠的事故工況最佳處理時間，具有較好的現(xiàn)場應急指導作用。

2）靈活選擇TGNET的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)模擬功能是運行調度方案制定及優(yōu)選的關鍵，若運行工況隨時間參數(shù)發(fā)生變化，且方案的實施也涉及時間相關參數(shù)，選擇動態(tài)模擬更能準確地為方案決策提供技術依據(jù)；反之，選擇穩(wěn)態(tài)模擬運行則更為簡便，也能得出相同的計算結果。

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

［2］蔣洪，蔣俊杰，李宏玉.燃氣輸配管網(wǎng)調峰過程的動態(tài)模擬分析［J］.管道技術與設備，2011（6）：9-12.

［3］李彤民，吳長春.動態(tài)模擬在輸氣管道工藝設計中的應用［J］.油氣儲運，1999（4）：1-5.

［4］金浩，林軍.TGNET軟件在煙臺輸氣工程設計中的應用［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。