天然气液烃输送管网建模与求解

发布时间：2020-05-23 12:37

【摘要】：针对石油天然气管道输送过程进行动态模拟与仿真,关键在于管网系统的建模与求解。求解管网本身不是很复杂的数学问题,复杂的是智能处理图形输入,对管网系统进行自动建模并求解。在管网系统仿真领域,国外的软件算法不公开且应用成本高,国内的软件则普遍在算法上存在适用性、计算效率以及数值稳定性等问题。为了解决上述问题,进而对复杂的管网输送系统进行模拟与仿真,有必要开发一种对管网结构自动识别与建模求解的算法。本文中作者对管网系统建立了数学模型,基于对流程拓扑结构的分析设计了程序,对复杂的管网系统自动识别并简化,利用一种递归的算法完成了对简化后管路的计算,进而将简化后的管路还原为复杂管网,并完成对整个管网系统的求解。对复杂管网的“简化”实际上是对模型方程组的“消元”,“还原”求解的过程实际上是对消元后的方程进行“回代”。根据上述“消元-回代”思想设计的管网求解算法在实践中证明,能够实现对大多数管网系统的模拟与仿真。然而在较为复杂的管网系统中,该算法则难以适用。作者在深入研究管网求解算法后,发现了问题的根源并对算法进行优化和改进。彻底解决了该算法在通用性和稳定性方面的问题,实现了高效求解和精准求解。本文以天然气液烃输送管网为例,使用上述算法对该过程进行动态模拟与仿真,模拟结果表明,针对复杂的油气输送管网,算法适用性强、通用性高、求解速度快且计算结果准确,能够满足仿真要求。后又以正丁烷异构化工艺为例,算法同样获得了良好的仿真结果,开发的仿真软件能够真实地对正丁烷异构化装置进行动态模拟,为工艺优化奠定了基础。
【图文】：

化工流程模拟,三要素

逑绕着序贯模块法的思路和逻辑展开的。逡逑综上所述，化工流程模拟技术的三大要素及其具体内容可由下图１－２表达。模拟逡逑的三个核心环节缺一不可，三要素之间的紧密结合构成了化工流程模拟的总体框架。逡逑之后的工作也是以此为基础，继续添砖加瓦才形成了如今广泛使用的流程模拟软件。逡逑最终，当流程模拟软件开发完成后，相关技术人员甚至一些非化工系统工程专业的从逡逑业人员都可以借此完成流程模拟操作，从模拟结果中获得化工生产环节中的相关信息。逡逑可以说，，借助流程模拟技术，能够大大减少在建模、物性、求解方面的许多重复性的逡逑工作，进而提高技术人员的工作效率。逡逑——｜单元模型ｊ逡逑￣￣［系统模塑）—逡逑￣［结构模型１逡逑化逦（逦逡逑工逦——１热力学性质逡逑ｇ逦［物性数据１—逡逑模逦￣￣［传递性质逡逑拟逦１逦逡逑￣￣１序贯模块法ｊ逡逑——｜解算方法逦［联立方程法逡逑—［联立模块法逡逑？邋？逡逑图１－２化工流程模拟三要素逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｒｅｅ邋Ｅｌｅｍｅｎｔｓ邋ｏｆ邋Ｃｈｅｍｉｃａｌ邋Ｐｒｏｃｅｓｓ邋Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ逡逑化工流程模拟系统有许多不同的分类方式。按照应用范围分类，有专用型流程模逡逑拟系统和通用型流程模拟系统；按照时间特性分类

管道模型,参数

ｇＡＺ邋＋邋Ａ－＋—＾Ｗｅ－ＹＪｈｆ逦式（２－３）逡逑２邋Ｐ逡逑使用图２－１所示简化管道模型中的参数，有逡逑ｇｚｉ邋＋＾－＋—邋＋邋Ｋ＝ｇｚ２邋＋＼邋＋邋＾Ｌ邋＋邋Ｈｆ逦式（２－４）逡逑２邋ｐ逦２邋ｐ逡逑为了简化管道模型，我们做出了以下假设：逡逑①
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE832.2

【参考文献】