基于TGNET的天然气储气库采气管网模型研究

李俊颖 廖柯熹

(西南石油大学,四川成都 610500)

基于TGNET的天然气储气库采气管网模型研究

李俊颖 廖柯熹

(西南石油大学,四川成都 610500)

工程中经常采用TGNET软件模拟不同调峰量下储气库采气管网运行工况。本文通过介绍TGNET软件,建立基于TGNET的天然气储气库采气管网模型,并进行模型参数选取,为现场操作提供参考。

TGNET 储气库 采气管网

1 前言

TGNET(Transient Gas Network)软件[1]是一款天然气集输管网瞬态模拟软件，该软件能够用来模拟管道的稳态和瞬态运行数据。应用该软件能够建立管网模型，并对管网动态、静态运行数据进行模拟验证[2]，此外当管网结构、运行工况等发生变化时，可以对管线的运行工况进行预测，为现场生产操作提供有力的依据[3]。

2 TGNET软件简介

TGNET软件的功能包括：稳态、瞬态水力计算；热力计算；压缩机和驱动机模型模拟；天然气组分和温度跟踪等。软件采用模型元件表示实际管网内的元件，管网系统内各元件的连接关系和运行参数应当与实际管网系统中元件参数一致。当管网模型内各元件参数合理并连接正确时，才能正确表述实际管网，此时模拟结果应是实际管网运行参数。

TGNET的主要用途可以分为两大类。

(1)模拟管网正常工况，确定最优设计、运行方案，确定最佳改扩建方案及最有效的操作方式。(2)应对各种事故工况下的瞬态预测

(管道泄漏、设备失效等)，确定有效的应急措施。

近几年，TGNET应用经验表明：该软件可以快速进行多种方案对比，确定最优设计方案；对所研究管网系统可能出现的不同工况进行顺瞬态模拟，求得不同工况的自救时间，方便及时做出补救措施；找出现有管网系统瓶颈，确定最优改扩建方案。

3 模型建立

对一个地面集输管网系统，要通过建立模型对管网进行相关模拟和计算，本文中主要针对储气库地面采气集输管线，对其节点压力进行模拟验证，以及根据预测调峰量，当采气量发生变化时对管网系统节点压力进行模拟并预测，为生产决策提供强有力的依据。

针对储气库地面注采气集输管网情况做如下结构简化：地面集输系统中主要的组成部分包括注采井、阔门、管线、清管站、注采气站等。

注采井：注采气井系统较为复杂，但当我们只考虑调峰期采气工况时，将采气井简化为一个气源；阀门：天然气处理之后在外输的管线前端设有阀门，这个阀门主要作用在于调节进入管线的气体压力，文中主要以阀门后压力为进入管线压力，所以在此不设置调压阀门；管线：软件本身就有管道元件，不需要做模型简化，只要输入管道基本参数即可；清管站：清管站本身既不增加输气管网中的气量，也不消耗输气管网中的气量，所以把它看作是形如三通管的一个结构，那么就可以将它看成一个整体而简化为一个大节点；注采气站：将它简化为一个节点，在整个系统中对气量不产生影响，考虑到站内压降，可以在西采气站与镇江干线之间加一个阻力元件，模拟流体进出站摩阻等由短管所引起的局部阻力损失，只需输入局部阻力系数，具体取值需要根据管道输量具体计算。

根据以上的简化，可建立储气库地面注采气集输系统的管网模拟结构。

4 模型参数选取

(1)气体方程：确定天然气组分后，根据天然气组分，选择气体方程。一般不推荐选用Ideal、Sarem状态方程。常用气体模型主要为Peng状态方程和BWRS方程。使用复杂气体模型时，应该同时在Simulation/Option/fluid中选用BWRS或Peng状态方程。这两公式属于复杂气体状态方程计算式。

(2)输气管道设计中最重要的一部分是对输气管道进行水力计算，摩阻系数则是水力计算的一个关键参数。管道输气能力不仅与管道基本参数：内径、起点压力、终点压力有关，并且与管道内流体流态及管道内壁情况有关。TGNET软件提供了多种计算管道流量和摩阻系数的计算公式。其中流量公式都为基本流量公式，其它许多不同形式的计算公式都是在基本流量公式中代入不同的水力摩阻系数公式推导出来的。因此，输气管道的计算公式选用合适与否，主要取决于摩阻系数公式选择是否正确。软件提供的5种不同方程以供选择：AGA、Colebrook-White、Panhandle A、Panhandle B和Weymouth公式，它们各自有不同的适用范围。

AGA公式：在紊流流速较低，摩阻系数只与雷诺数有关；流速较高时则是相对粗糙度的函数。Colebrook-Wliite 公式：软件推荐使用的流量计算公式，该公式在紊流区的三个区：光滑区、混合摩擦区和阻力平方区都具有较高的精度。Panhandle A：适用于雷诺数在5x106～14X106范围内，直径在168.3～610mm范围的管道。Panhandle B：以雷诺数为基础建立方程，适用于管径大于610mm的管道，主要用于输气干线的计算。Weymouth公式：适用于管径小、输量不大、净化程度差的矿区集输管网和输气干线，在长输管道计算中已很少使用该公式。

(3)流量公式的选取取决于摩阻系数公式的选择，摩阻系数都是由雷诺数计算公式推演的方程。因此，选择流量公式的一个重要依据就是雷诺数。

(4)在Colebrook摩阻系数计算式中管壁粗糙度是未知的，在建立管网模型时需要输入该参数，同时该参数也会直接影响到输气管道内流体的力学效率。国内各钢管厂目前没有检测管壁粗糙度这一指标，各钢管厂的管壁粗糙度大多指制造管道的钢板材料的表面粗糙度，而不是真正意义上的管道内壁粗糙度，这两者之间的差距，需要实际测量验证。

(5)阻力元件局部阻力系数：阻力元件主要用于模拟管道中的弯头、进出站摩阻损失等由短管引起的局部阻力损失。该元件只要输入一个参数——局部阻力系数，具体取值与管道输送量有关。

5 结语

本文结合TGNET软件，建立了天然气储气库采气管网骨架模型，通过对软件模型分析，给出不同工况下采气管网的运行工况模型参数选取方法，有助于该软件在实际工程中的应用，提高所建管网模型模拟的正确性。

[1]魏美吉,等.TGNET软件在苏里格气田适用性研宄[J].石油化工应用,2009(3):17-23.

[2]杨海军,等.TJ盐穴地下储气库注采气运行动态分析[J].石油化工应用,2010(9):61-64.

[3]金浩.TGNET软件在烟台输气工程设计中的应用[J].胜利油田设计院,2003(5):57.