TGNET和TLNET软件

1、tgnet/tlnet仿真软件应用概要仿真软件应用概要 左丽丽左丽丽 2012年年3月月 目录 ntgnet/tlnet软件的功能介绍软件的功能介绍 ntgnet/tlnet软件的使用软件的使用 ntgnet/tlnet软件的仿真原理软件的仿真原理 ntgnet/tlnet软件的案例分析软件的案例分析 ntgnet/tlnet软件使用过程中的注意事项软件使用过程中的注意事项 5.1 流量方程 pipeline studio提供5种流量方程 naga方程 ncolebrook-white 方程 npanhandle a npanhandle b nweymouth 5.2 气体状态方程 nsar

2、em状态方程：气体比重、热值和co2含量 以适合气态烃的stand-katz压缩因子图为基础进 行流体密度计算 只考虑了co2含量对密度的影响 未考虑h2s和其他惰性气体含量对密度的影响 nbwrs (benedict-webb-rubin-starling)状态方程 完整的摩尔组份，更精确的计算，速度受到一定 的影响 可以计算压缩因子，密度， cp ， cv等参数 非碳氢化合物（如co2 或 n2）流体 气体中乙烷/丙烷含量多于30% bwrs 状态方程 s1接口功能 nsae承载业务管理功能，例如建立和释放 nue在lte_active状态下的移动性功能，例如 intra-lte切换和in

3、ter-3gpp-rat切换。 ns1寻呼功能 nnas信令传输功能 ns1接口管理功能，例如错误指示等 n网络共享功能 n漫游和区域限制支持功能 nnas节点选择功能 n初始上下文建立功能 lte系统 s1接口的信令过程 ns1接口的信令过程有： nsae承载信令过程，包括sae承载建立和 释放过程。 n切换信令过程 n寻呼过程 nnas传输过程，包括上行方向的初始ue 和下行链路的直传 n错误指示过程 n初始上下文建立过程 lte系统 5.3 粘度计算 n恒定的粘度值（大多数情况） 雷诺数较大(1,000,000)，假设粘度值恒定不 会导致大的误差； nlee-gonzalez-eakin

4、关系曲线 如果输气管的雷诺数比较小，恒定的粘度值可 能导致比较大的误差 粘度比较精确，但模拟速度较慢。 5.4 tgnet 里的温度跟踪 5.4 tgnet 里的温度跟踪 n温度跟踪temperature simulation| options | general tab 温度 跟踪temperature(令壁温跟踪wall temperature空着) 需要提供管线环境温度和总热传递系数 总传热系数应结合以下项目考虑： n从流体到管子的热传递 n通过管壁的热传导（包括保温层） n从管子到周围介质的热传导 (岩石、土壤、 水) n壁温跟踪wall temperature ： 详细的传热计算 s

5、imulation| options | general tab壁温跟 踪wall temperature 壁温跟踪用于特别的管线 5.5 管段空间步长的选择 tgnet要求用户给每个管段指定空间步长 n对较长的管段： 节点数=1.5+（管长/空间步长） 向下取整 n对较短的管段： tgnet保证每个管段至少包含4个节点 n一般情况：空间步长取15英里 n管线较长且管段数较多： 将系统分成小子系统，或者降低求解的精度 n温度跟踪:需要较小的空间步长，较大的空 间步长不能精确跟踪温度沿管长的变化 5.6 瞬态模拟的时步选择瞬态模拟的时步选择 n设定的时间范围内自动调整时步的大小 n对快瞬变，取较

6、短的时间步长；随着系统渐 渐稳定，所取的时间步长会越来越长 n用户可以通过菜单simulation 的option命令 设定最大时间步长和最小时间步长 （缺省值最小值1s，最大值10000s ） n对快速瞬变流，例如阀门突然关闭，模拟所 用的时间步长可能需要比缺省的最小时步更 小 n瞬态模拟中，如果软件在相当长时间内使用 的时步等于最小时步，这就意味着需要减小 最小时步重新模拟 5.7 约束条件约束条件 由设备自身特性决定的某个参数的取值范围 n如管段的最大承压 n压气站的出口温度 n喘振流量和滞止流量 n最大转速 n最大功率 n最大压比等 5.8控制模式控制模式(mode)与边界条件与边界条

7、件 n一个管网元件有不止一个约束条件 数学模型：确定一个作为已知量求解其他 变量 n哪个变量已知？根据实际情况 n当某个约束条件的值作为已知量时：当某个约束条件的值作为已知量时： 约束条件成为控制模式约束条件成为控制模式 对应的变量值成为边界条件对应的变量值成为边界条件 n例压缩机：最大流量、最大下游压力、最小上游 压力、最大功率、最大/最小转速、压比等多个约 束条件 n若最大下游压力被选为控制模式 其他参数不超出设定的上下边界 模拟中压缩机的出站压力=设定的最大下游压力 n最大下游压力的设定值就为压缩机的边界条件最大下游压力的设定值就为压缩机的边界条件 外部调节器（外部调节器（externa

8、l regulator） n外部调节器：为管网注入或分出气体装置 包括进气点、分气点、管道泄漏点、压缩机自 耗气分出装置等 n进气点（supply）:通常指定压力约束条件为其 控制模式； n分气点（delivery）:通常指定流量约束条件为 其控制模式。 并联压缩机组（并联压缩机组（bank） 并联压缩机组有六种控制模式： n最大下游压力控制 n最小上游压力控制 n最大压比控制 n关闭 n旁通 nunit control：运行工况由单台压缩机模式决定 一个站station可以由两组相同上游节点但下游 不同的压缩机组组成 普通压缩机普通压缩机 n单独普通压缩机：约束条件包括最大流量、 最大下游压

9、力、最小上游压力、最大功率 （如果没有指定原动机）、最大压比 。 n可以选择一种设定的约束条件作为控制模式 n压缩机组内的普通压缩机：只有一个约束条 件最大功率 n控制模式主要包括：最大功率控制 和机组控制（bank control） nbank control就是压缩机的运行方式由并联 压缩机组的控制模式决定 压缩机组控制为其最常用的控制模式 离心式压缩机和往复式压缩机离心式压缩机和往复式压缩机 n单独离心式/往复式压缩机：约束条件包括 最大流量、最大下游压力、最小上游压力、 最大功率（如果没有指定原动机）、最大压 比、最大转速、最小转速 n用户可以选择一种设定的约束条件作为控制 模式（mo

10、de） n并联压缩机组内的离心式/往复式压缩机： 约束条件包括最大功率、最大转速、最小转 速。 n控制模式主要包括：最大转速控制、最小转 速控制、最大功率控制以及压缩机组控制 （bank control） n压缩机组控制为其最常用的控制模式 5.9 控制模式的转换及转换规则控制模式的转换及转换规则 n5.9.1 控制模式的转换 n控制模式：从管网元件有设定值的约束条件 中选择 n如果管网元件只输入一个约束条件的设定值， 则该条件始终作为控制模式，软件维持作为 控制模式的变量等于设定值 n即使一个管网元件有几种约束条件可以设为 控制模式，同一时刻也只有一个约束条件起 控制作用，因为其中一个确定后

11、，其他的几 个也就相应地确定 n例如，压比为控制模式，加上上游节点的进 口压力，就可求解下游压力、出口温度、转 速、功率等 n稳态模拟：要求管网元件选择一种初始控制模式 n对该控制模式，设定维持控制模式的迭代次数 （15），只要迭代次数不超过设定值，该控制模 式一直起作用 n如果经过设定的迭代次数的迭代，未收敛，且违 反了其他约束条件，则控制模式发生变化 n如果经过最大次数的迭代（200），仍未收敛， 则模拟失败，显示出错信息 n瞬态模拟： 在每一时步都检查每个管网元件是 否有被违反的约束条件 n如果所有的约束条件都满足，软件保持现有的 控制模式 n如果检查发现有一个被违反的约束条件，则控 制

12、模式转换为这个被违反的约束条件 n如果检查发现有多个被违反的约束条件，按对 应该元件的控制模式转换规则选择新控制模式 5.9.2 控制模式的转换规则 转换控制模式的目的： n使各管网元件都运行在其正常工作范围内 n不会运行在不可能达到的工作点 1 单独压缩机控制模式的转换规则 压缩机有两个相对独立的控制模式： n关闭模式：关闭模式：上游压力=下游压力，且气体 不能从压缩机或与压缩机并联的管线流过； n旁通模式：旁通模式：上游压力=下游压力，气体不 经压缩机但可从与压缩机并联的管线流过 发生下列任一情况，压缩机自动转为关闭模式发生下列任一情况，压缩机自动转为关闭模式： n下游流动反向 n压缩机的

13、流量为0 发生下列任一情况，压缩机自动转为旁通模式：发生下列任一情况，压缩机自动转为旁通模式： n上游压力下游压力 n压比小于1.01 n功率小于100马力且控制模式不是关闭或旁通 n压缩机的转速小于60 rpm或小于设定的最小转 速 n每一时步，tgnet都先检查压缩机的控制模式 是否为关闭或旁通； n如果控制模式为关闭且有一个以上约束条件不 能满足边界条件或约束条件，模式仍保持关闭； n如果所有的约束条件都能满足，跳出关闭模式， 进入新的控制模式； n新控制模式由以下三个变量中最小者决定： ) - ( 最大下游压力 最大下游压力下游压力 abs ) - ( 最小上游压力 最小上游压力上游压

14、力 abs ) - ( 最大压比 最大压比压比 abs n如果没有输入最大下游压力、最小上游压力、 压比的设定值，则这些条件均不可能成为控 制模式 n新的控制模式为最大/最小转速、最大功率、 最大流量中第一个起控制作用的约束 n如果某一时步的控制模式为旁通且有一个以上 约束不能满足，则模式仍保持为旁通； n如果所有的约束条件都能满足，跳出旁通模式 n新的控制模式由以下三个变量中最小者决定 ) - ( 最大下游压力 最大下游压力下游压力 abs ) - ( 最小上游压力 最小上游压力上游压力 abs ) - ( 最大流量 最大流量流量 abs 如果没有输入最大下游压力、最小上游压力、最大流量如果

15、没有输入最大下游压力、最小上游压力、最大流量 设定值设定值 新的控制模式：最大新的控制模式：最大/最小转速、最大功率、最大压比最小转速、最大功率、最大压比 中第一个起控制作用的约束中第一个起控制作用的约束 n压缩机前一时步的控制模式不是关闭或旁通，执压缩机前一时步的控制模式不是关闭或旁通，执 行下面的控制模式转换规则：行下面的控制模式转换规则： 1最小上游压力：上游压力最小上游压力：上游压力设定的最大下游压设定的最大下游压 力力 3最大流量：流量最大流量：流量设定的最大流量设定的最大流量 4最大功率：功率设定的最大功率 5最大转速：转速设定的最大转速 6最小转速：转速设定的最大压比 2 并联压

16、缩机组内压缩机控制模式的转换规则 并联压缩机组内压缩机：六种控制模式 n最小转速控制、最大转速控制、最大功率控制、 机组控制、旁通及关闭 n对普通压缩机，无法采用最大/最小转速控制； n对有驱动机的压缩机，无法采用最大功率控制， 其最大功率是由驱动机运行特性决定 n并联压缩机组内压缩机控制模式转换规则： 1最小转速：压缩机转速最小转速设定值 2最大转速 3最大功率 4关闭：下游压力下游压力。 6机组控制(bank control)：如果机组控制模式控 制站内压缩机的运行方式，则控制模式为机组制 控。 3 压缩机组（bank）控制模式的转化规则 n压缩机组约束条件：最大压比、最大下游压力、最 小

17、上游压力。可选择任何一种有设定值的约束条件 作为机组的初始控制模式 n如果压缩机都在其约束条件下运行并且机组无一个 约束条件违反，机组就在指定的控制模式下运行； n如果压缩机有任何一个约束条件违反，则机组控制 模式转化为单机控制（unit control） 如果机组内压缩机无任何一约束条件违反 n同时机组有一个约束条件违反，则控制模式 转换为这个被违反的约束条件； n如果检查发现有多个约束条件被违反，则按 下面的转换规则来选择新的控制模式： 1最大下游压力：机组的下游节点压力设 定的最大下游压力 2最小上游压力：机组的上游节点压力设定的最大压比 4、外部调节器控制模式的转换原则 n发生下列任一

18、种情况，外部调节器(进气点 和分气点)自动转为关闭模式： 1如果存在流量约束且其值为0，则外部调 节器关闭 2check：如果外部调节器带有单向阀且流 动反向，则外部调节器被关闭。 n外部调节器在前一时步控制模式不是关闭，则执 行下面的控制模式转换规则： 1最大压力：节点的压力最大压力设定值 2最小压力：节点的压力最大流量设定值 5.9.3 控制模式转换开关 simulation/option/controls mode swapping 选择开关 n开：允许模式转换，通常选择 n关：不允许模式转换，当有约束条件被违反时，模式不 变，在输出报告中记录该信息 n压缩机组无模式转换（no bank

19、） 各管网元件的模式锁定开关可控制其控制模式是否转换 5.10仿真选项 5.11文件命名贯例 5.11 文件命名贯例(续) 目录 ntgnet/tlnet软件的功能介绍软件的功能介绍 ntgnet/tlnet软件的使用软件的使用 ntgnet/tlnet软件的仿真原理软件的仿真原理 ntgnet/tlnet软件的案例分析软件的案例分析 ntgnet/tlnet软件使用过程中的注意事项软件使用过程中的注意事项 tgnet/tlnet软件的案例分析 n案例1 (简单模型simple model) n案例1a ( 管分支调整pipe leg tuning) n案例1b (数据敏感度data sens

20、itivity) n案例2 ( 稳态能力steady state capacity) n案例2a (稳态能力 steady state capacity part ii) n案例3 (瞬态流transient flow) n案例3a ( 使用趋势图using trends) n案例4(简单网络simple network) n案例4a (一般压缩机generic compressor) n案例4b (一般驱动器generic driver) n案例4c (离心压缩机centrifugal compressor) n案例5 (长输管线transmission pipeline) n案例6 (管线

21、泄漏pipeline leak) 目录 ntgnet/tlnet软件的功能介绍软件的功能介绍 ntgnet/tlnet软件的使用软件的使用 ntgnet/tlnet软件的仿真原理软件的仿真原理 ntgnet/tlnet软件的案例分析软件的案例分析 ntgnet/tlnet软件使用过程中的注意事项软件使用过程中的注意事项 tgnet/tlnet软件使用过程中的注意事项软件使用过程中的注意事项 1. 文件的命名文件的命名 2. 小范围建立网络小范围建立网络 n故障处理，小范围比大范围更容易； n添加少量信息就可运行； n检查结果保证满足要求； n逐步增加直到建立全部网络 3. 不要给每个设备或每一

22、部分做模型不要给每个设备或每一部分做模型 n模拟大管网，许多不相干的设备是没必要的， 不会提高输出的精度，并且会放慢仿真速度 4. 简单化计算机初始工作简单化计算机初始工作 n关掉温度和性质跟踪； n用 sarem 状态方程代替bwrs； n增加节点距离； n使用普通设备启动（然后用更复杂的设备取代） 去掉simulation options 对话controls图标上的 use detailed compressors检查框, 所有压缩机模型 改为普通压缩机模型 5 普通压缩机和真实压缩机普通压缩机和真实压缩机 n普通压缩机模型的约束条件较少，不能真实反 映压缩机的工作状态 n例如流量很小或很大，普通压缩机没有考虑喘 振和滞止，压缩机仍可正常运行，不符合实际 n又如对燃气轮机驱动的压气站的能耗进行计算 时，普通压缩机无法计算压缩机的转速，无法 准确计算燃气轮机耗气率，不能准确计算压气 站的能耗 n普通压缩机： n一般用在管道工程可研阶段，压气站中压缩 机的配置方案尚未确定 n此时可以利用普通压缩机模型进行模拟，模 拟结果为压缩机选型提供依据 6 节点处潜在的压力冲突 n在同一节点位置指定不止一个压力约束条件 n例如：一个供气点与一台压缩机在节点1相连 控制模式分别为最大压力、最小上