TGNET软件在城市燃气管网水力计算中的应用

王三石 刘梅

摘  要：文章介绍了TGnet软件的特点、用途、使用步骤并结合软件的特点对TGnet软件在城市燃气管网水力计算中的应用进行了探讨。

关键词：TGnet软件;燃气管网;水力计算

中图分类号：TU996    文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）35-0029-02

城市燃气管网设施是现代城镇基础设施的重要组成部分。因而，城市燃气规划是城镇发展规划的一个重要组成部分，其中城市燃气管网的水力计算又是城市燃气规划的核心部分，如何利用燃气管网水力计算的结果指导城市燃气管网的建设是一个重要问题。传统简单的水力计算程序对管网进行静态的模拟计算，仅能得到某些特定节点的压力及流量。对于多气源点的管网水力计算问题，传统简单的水力计算程序无能为力，TGnet软件具有强大的计算功能，能够对这一问题进行较好的分析。

1  TGnet软件简介

作为国际公认的天然气管道水力计算软件，TGnet能够对管道中的单相流进行稳态模拟和动态模拟，该软件具有全功能的图形界面、稳定的数字求解技术、完备的设备模拟、灵活实用的理想化的控制方式和多约束条件设定（Constraint logic）、温度跟踪、气体属性跟踪、详尽的默认值集合、既能以批处理方式又能以交互（互动）方式运作、灵活多样的开放的输入输出方式、易学易用等特点。

1.1  TGnet软件计算原理

TGnet进行管网模拟使用的基本方程：

1.1.1  状态方程

TGNET软件采用Sarem、BWRS、Peng 、Peng-78、SRK5种方程.实际在城市燃气管网水力计算项目中一般选用的是BWRS方程，基本能够适用城市燃气工程所有工况范围内的水力计算。

1.1.2  粘度模型

TGnet软件水力模型采用的是经验公式。软件包含了威莫斯公式、潘汉德公式、柯式公式可以选择，根据《城镇燃气设计规范》GB50028-2006中相关要求，城镇燃气水力计算粘度公式一般选择柯式公式。

1.1.3  水力模型

TGnet软件水力模型均包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程3个方程，这三组方程是所有管网水力计算的基本方程，水力计算模拟的过程即是求解这三组偏微分方程的过程。

1.2  软件使用的准备工作

1.2.1  建立管网模型文件

一般燃气管网的水力计算需要建立全新的管网模型文件，这一方面TGnet提供了插入文件的模式，可以将燃气管网CAD文件插入软件，根据插入的图形文件，将管网模型描在水力计算软件内部，此种方式能够较为真实的反应水力计算管网模型的成果，根据用户的要求，也可以对某些支状管网进行简化。

1.2.2  设置使用的单位制和单位

软件在计算前，需要设置使用的单位制和单位，根据中国的工程习惯，应选用公制单位。

1.2.3  设置模拟选项

设置模拟选项主要包括了几个关键选项，如流体初始压力温度的选择。

1.2.4  设置边界条件

恰当边界条件的设置是软件计算收敛的必要条件，若边界条件设置不合理很容易导致软件计算结果发散进而导致计算失败。在城市燃气管网水力计算中，一般有这样几种设置模式：即：

①设置气源点压力，用气点流量;

②设置气源点流量，用气点压力;

③设置气源点压力，用气点压力;

④设置气源点压力，气源点流量。

1.2.5  文件的保存

保存管网模型文件。

1.3  模拟的基本步骤

①管网模型的有效性检测，TGnet软件带有强大的纠错检测功能，能根据软件的纠错检测功能，能够检测模型中是否有管网连接元件连接关系检测及必要的输入数据及数据有效性等。

②运行模拟程序，若有效性检测无错误，则程序进入计算过程，若程序收敛则计算结果得到结果，若程序不收敛即可分析报警原因，一般原因大多数为气源点压力太低或管径选择太小等。

2  计算实例

本文以南通市城市燃气管网水力计算模型为例说明TGnet软件在城市燃气管网水力计算中的应用。江苏省南通市城市燃气管网较为复杂，为方便分析仅对城区中压管网进行水力计算分析。南通市城区中压管网压力等级为中压A与中压B，分别为0.4 MPa与0.2 MPa。至南通市区的高压管网从门站出站后通过5座高中压调压站给城区中压A管网供气，老城区中压管网由于是从原人工煤气转换过来，压力级别较低为中压B，中压A与中压B管网之间通过两座中中压调压站连接。根据规划水力计算要求，应对管网2015年及2030年水力计算工况进行分析，本文仅对2030年的分析过程进行分析说明。

2.1  管网模型的建立

根据管网现状以及城市总体规划的要求完成管网的布置方案，同时根据南通市城市燃气规划预测用气量对中压管网节点进行流量计算，并将之前凭借经验数据确定的管径等参数输入软件。最后输入完成的管网模型，如图1所示。

2.2  相关约束性条件

南通市5个气源点即5座高中压调压站供气压力都设定为0.4 MPa，应保证所有用户的用气压力高于0.1 MPa，即末端用户中压调压器的进口压力有足够的开启压力。由图1可以看出，城市燃气管网存在用气众多，管网较为复杂的特点。因此管网的水力计算较为复杂，初次计算水力收敛的可能性较小，需要进行多次的试算，根据每次计算过程中报警提示的内容来修改模型内容进而完成水力计算。

2.3  模拟计算结果

TGnet软件的计算结果可以通过两种形式来反应，一种是直接在图形文件内插入数据框，数据框可以包含关键管段的压力、流量等参数，另外一种是将各水力计算程序的计算结果以EXCELL计算表格的形式来反应如图2所示。同时TGnet软件还包含了强大的图表功能，能够将各管段的压力、温度及数据拟合在同一张图表内进行对比，如图3所示。

可以根据业主要求，将各关键管段的压力图表及数据附录在水力计算书结果中。这样可以根据管网桩号大致知道在各中压管网段相应位置的压力，在未来管网建设过程中，可以根据实际用户用量的需求，对管网模型进行实时的增减及更改，可以进一步的指导未来管网设施的发展。解决如如在某段管线上增加了大的工业用户，现有管线压力是否能满足用户要求等问题。

3  结  论

通过上述工程实例可以知道，TGnet软件功能比较强大，可以很好的满足在城市燃气规划编制过程中的管网水力计算问题，同时因为模型建立的可持续性，在后续的管网运营过程中，也可以通过软件计算持续的指导工程建设作用。特别是对动态模拟问题，用户的用气数据对模拟的准确度以及后续工程的指导作用有决定性作用，因此必须加强用户用气数据的收集工作。

参考文献：

[1] 段常贵.燃气输配[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.

[2] 刘承先.TGnet在岳阳市天然气利用工程中的应用[J].胜利油田职工   大学学报，2005，（8）.