2024年4月27日发(作者：)

技术应用与研究

PIPELINE STUDIO软件在管网模拟分析中的应用

申会兵　王　璇　　中国石油工程建设有限公司华北分公司气工艺设计室

【摘　要】PIPELINE STUDIO软件是一款用于计算输气管道模拟软件，用于模拟单管输送简单模型，也可以模拟多

气源、多循环管网、多压缩机、多阀门等在内的复杂技术系统，并在全世界得到了广泛运用。本文利用

PIPELINE STUDIO软件对某区块煤层气集输管网搭建并优化了模型。模拟过程包括：建立集输管网模型；

并输入气源、采气管线、集注站基本参数，通过模拟计算确定了集输管网的管径及并优化集输管网。

【关键词】PIPELINE STUDIO；TGNET；管网模拟；煤层气集输管网

【DOI】10.12316/.1674-0831.2021.14.032

一、PIPELINE STUDIO软件介绍

Pipeline Studio 是用于气体和液体管网稳态和瞬态水

力分析的现代化软件，其中有TGNET（气体）及 TLNET

（液体）两个模块，本文主要介绍TGNET（气体）模块。

TGNET软件是目前天然气输气管道工艺分析的常用软件，

在天然气管道工程的前期研究、设计、运行管 理的稳态瞬

态分析中得到了广泛的应用。本文以“某区块煤层气集输

管网”为例，对该项目做了水力计算模拟分析。

二、TGNET的特点

1.基本方程

TGNET进行管网模拟使用的基本方程是一组偏微分

方程：质量守恒方程；动量守恒方程；能量守恒方程。

纯经验公式如SAREM、NX-19、AGA-8，其中AGA

公式常常是法定的计算公式。而SRK、Peng和BWRS方程

有更宽的适用范围。它们甚至还可用于液态烃和气、液

平衡计算。

若按照复杂性和计算速度区分：BWRS最复杂、

计算速度最慢，Sarem最简单、计算速度最快。按照适

用范围区分Sarem——干气，BWRS——湿气，Peng-

Robinson——所有气体。

2.模拟原件

TGNET用模型元件来表示实际的管网元件。模型元

件的参数和连结关系应与实际的管网元件相符。正确连

接在一起的模型元件构成管网模型。当管网模型正确

时，对管网模型的计算即是对实际管网的模拟。

TGNET中主要的模型元件有：管段、节点、压力调

节器、流量调节器、阻尼元件（用来表示压力损失与通

过的流量相关的管网元件）、截断阀、止回阀、外部

调节器（用来表示进气点，分输点，泄漏点或燃料阀

等）、往复式压缩机、离心式压缩机、燃气轮机、压缩

机站、冷凝器、加热器等。

3.模型元件的约束条件和控制方式

实际管网元件中有一些是起调节或控制作用的，

TGNET中表示这类实际元件的模型元件都可具备一个或

组分

含量

/%

CH

4

98.20

一组约束条件。例如表示气源的外部调节器的最大出口

压力、最大流量、出口温度；表示分输点的外部调节器

的最小出口压力、最大流量；阀门的开度、阻尼系数；

压缩机的最小吸入压力、最大出口压力、最大压比、最

大流量、最大功率、最大转速等。这类模型元件的约束

条件中总有一个，并且只有一个是该元件运行状态的设

定值。例如：为表示某一分输站的外部调节器指定了最

小出站压力和最大流量两个约束条件，如果指定该分输

站的分输量等于最大流量设定值，则出站压力不低于最

小压力约束条件所规定的值。这时我们说该分输站运行

于最大流量控制方式。

在模拟过程中，TGNET尽量使模型在满足所有约束条

件的同时按指定的控制方式运行。如果按某一控制方式运

行发生了违背其它约束条件的情况，TGNET自动切换控

制方式，力求获得满足所有约束条件的收敛解。因此，不

要指定互相矛盾的约束条件是获得收敛解的关键。

三、模拟参数的确定

开始模拟前需对所模拟区块的基本数据进行收集，

大致分为以下几部分：

1.模拟区块煤层气组成，温度、压力、单井产量等

单口直井/定向井产气量：1500m

3

/d；单支水平井产

量：5000m

3

/d；

井口温度：20℃。

集气站采气管线进站压力：P≥0.05MPa；

外输压力：5.7MPa

煤层气组成：

表3.1-1 煤层气组成一览表

C

2

H

6

0.05

C

3

H

8

0.01

O

2

0.13

N

2

0.88

CO

2

H

2

0.72 0.02

气体计量基准状态：压力为0.101325MPa。

管内壁粗糙度： 钢制管道内壁粗糙度取30μm，PE

管道内壁粗糙度取10μm。

边界条件：

65

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a）集气站：集气站进站压力不低于0.05MPa；

b）采气管网满足各井场井口回压不超过0.2MPa。

四、集输管网模型的建立及计算

1.集输管网模型的建立

利用TGNET建立管网模型，正确表达实际管网元件的

参数和连接关系，并标明各模型元件的名称，连接点的名

称、输入路由，管线长度，管线高程等。基础参数。

图4.1-1模拟管网图

2.集输管网模型的模拟计算

当搭建好模型并确保型元件的参数和连接关系正

确，没有相互矛盾的约束条件，控制方式合理，即可进

行稳态模拟计算，TGNET会自动把各管段划分成很小

的计算段进行计算。最终得到如下表数据：包括井场回

压，管道流速等。

表4.2-1 TGNET计算数据表

井场名称

流量回压

(10

4

m

3

/d)(MPag)

10.500.11

20.500.09

30.500.10

40.500.09

50.500.09

60.50.09

70.500.08

80.500.08

90.500.07

100.500.08

110.500.12

120.500.11

130.500.11

140.500.11

150.500.10

160.500.10

170.500.09

180.500.08

190.500.09

200.500.10

210.450.07

221.350.08

231.350.08

241.350.08

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井场名称

流量回压

(10

4

m

3

/d)(MPag)

251.350.08

260.900.06

270.450.06

281.350.09

291.350.10

301.350.07

311.350.08

320.450.08

330.450.08

341.350.08

351.200.06

361.350.06

371.350.08

381.350.10

390.450.09

401.350.06

411.350.06

420.900.05

431.350.09

441.350.09

450.450.09

461.350.06

471.350.07

481.350.09

491.350.07

501.350.07

510.450.06

521.350.07

531.350.08

541.350.08

551.350.07

561.350.07

570.900.10

581.350.10

591.050.10

601.350.09

。。。。。。

五、结论与分析

边界条件管道流速控制在5m/s-15m/s之间，井场回

压控制在0.05-0.2MPa之间，然而初始建立模拟管网是由

于管线管径不合适，不能满足边界条件，此时应从井场

末端，根据单井气量依次增加集输管线的管径，而后进

行稳态模拟，检查是否满足边界条件，对于不满足添加

的管线视情况增大或减小其管径，直至全部井场回压、

全部管线流速满足边界条件。由上表可已看出，管网经

计算，井场回压在0.05MPa~0.2MPa范围内，无井场超

压，满足集气要求。

注意当优化模型时应先以流速为标准，流速大于

15m/s则增加管径，流速小于5m/s则降低管径，待全部管

段流速符合要求，查看各井场回压，一般情况下，流速

符合要求，井场回压一般会达到控制要求。