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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 AnPanhandle BnWeymouth5.2 气体状态方程nSarem状态方程：气体比重、热值和C
2、O2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Inter-3GPP-RAT切换。nS1寻呼功能nNA
3、S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
4、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 Simulation| Options | General tab壁温跟踪Wall Temperature 壁温跟踪用于
5、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
6、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
7、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（External 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（Delive
8、ry）: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
9、 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（mode）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
10、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，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，
11、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
12、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1.01n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
13、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：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如果没有输入最大下游压力、最小上游压力、最大流量如果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
14、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
15、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
16、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
17、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） 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n
18、TGNET/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 Sensitivity)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Us
19、ing 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
20、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
21、） 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
22、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、最小上游压力n错误原因：节点1有两个压力约束条件为其初始控制模式，即节点1设定了两个压力值n纠正错误：压缩机控制模式改为最大下游压力验证管网（Validate network）7 边界条件的输入边界条件的输入 确定管网元件的约束条件和边界条件时，通常有多个约束条件的设定值可以输入n有的必须输入（如选择温度跟踪时进气点气体温度）n有的不一定要输入（如进气点的最大压力、最小压力和最大流量中可以只选择一个，也可全部输入）n有的甚至是互相矛盾的，例
23、如如果压缩机有特定的原动机，就不能再规定最大功率验证管网（Validate network）n8 “None”控制n虽然“None”控制表示对某些管网元件不设置任何边界条件，但必须设定至少一个约束条件的值，否则会出现错误提示9 控制模式及初始流量对迭代次数的影响控制模式及初始流量对迭代次数的影响n西气东输管道：轮南气源最大压力控制，压缩机最大出口压力控制，用气点流量控制，稳态仿真发散n（1）设定管段的初始流量（Simulation Options的Controls）接近实际运行的流量，稳态迭代收敛；n（2）上海末站采用压力控制，稳态仿真收敛，此时是否设定管段的初始流量对迭代次数影响不大10 并联压缩机组内压缩机运行状态并联压缩机组内压缩机运行状态(Status)n自动优选开机方案：根据边界条件及压缩机优先级别选择功率最小的开机方案n若压缩机组内既有控制模式为off的压缩机又有控制模式为auto的压缩机，将优先级别高的设为off，优先级别低的设为auto，否则可能出现仿真不收敛的情况单机和双机运行频繁交替始终开两台或者始终开一台（一台on，台off）11 离心压缩机工作点曲线n只适用于单独工作的离心压缩机
