«Автоматизация и информатизация ТЭК»

Особенности применения метода глобального градиента для моделирования стационарных режимов газотранспортных систем в программно-вычислительном комплексе "Волна"

УДК: 681.5:622.279
DOI: 10.33285/2782-604X-2023-12(605)-53-64

Авторы:

¹ РФЯЦ-ВНИИТФ им. акад. Е.И. Забабахина, Снежинск, Россия

Ключевые слова: моделирование газотранспортных систем, стационарный режим течения, природный газ, трубопровод, метод глобального градиента, программный комплекс "Волна"

Аннотация:

Для расчета стационарных неизотермических режимов в сложных газотранспортных системах (ГТС) большой протяженности с произвольной топологией на рельефной местности предлагается эффективный итерационный метод, разработанный на основе метода глобального градиента (МГГ) с возможностью моделирования критических течений как во внутренних трубах, так и на границах системы. Во внешнем итерационном цикле применяется комбинация двух моделей: приближенная быстро работающая модель с сосредоточенными параметрами и "точно" работающая модель с распределенными параметрами, основанная на решении системы стационарных уравнений газовой динамики. Внешний итерационный цикл состоит из трех основных этапов: изотермического, теплового и этапа идентификации модели с сосредоточенными параметрами. На изотермическом этапе выполняется расчет ГТС методом глобального градиента с возможностью моделирования критических течений. На этом этапе используется быстро работающая модель трубы с сосредоточенными параметрами. На тепловом этапе для расчета температуры вдоль ниток газопровода и в узлах ГТС применяется "точная" модель с распределенными параметрами. Здесь же определяется средняя температура газа в трубах (на дугах), которая используется в модели трубы на тепловом этапе. На этапе идентификации корректируются эмпирические параметры модели с сосредоточенными параметрами так, чтобы эта модель полностью совпадала с "точной" моделью в задаче определения расхода на дугах по давлениям на концах дуг. В предложенном методе используются одновременно положительные стороны двух моделей. С одной стороны, обеспечивается быстродействие и сходимость итераций Ньютона в МГГ благодаря применению модели с сосредоточенными параметрами. С другой стороны, достигается точность модели с распределенными параметрами, основанной на решении стационарных уравнений газовой динамики, принятых в программно-вычислительном комплексе "Волна". Предложенный метод реализован в программном комплексе "Волна". Проведены производственные расчеты нескольких магистральных ГТС.

Список литературы:

1. Todini E. Un metodo del gradiente per la verifica reti idrauliche // Bollttino degli Ingengneri della. – Toscana, 1979. – No. 11. – P. 11–14.
2. Todini E., Pilati S. A gradient algorithm for the analysis of pipe networks // Computer Applications in Water Supply. Vol. 1. System analysis and simulation. – London: John Wiley & Sons, 1988. – P. 1–20.
3. Корельшнейн Л.Б., Пашенкова Е.С. Опыт использования метода глобального градиента при расчете установившегося изотермического течения жидкостей и газов в трубопроводах // Трубопроводные системы энергетики. Развитие теории и методов мат. моделирования и оптимизации. – Новосибирск: Наука, 2008. – С. 80–89.
4. Корельшнейн Л.Б., Пашенкова Е.С. Опыт использования методов глобального градиента и декомпозиции при расчете установившегося неизотермического течения жидкостей и газов в трубопроводах // Трубопроводные системы энергетики. – Новосибирск: Наука, 2010. – С. 103–114.
5. Попов Р.В. Применение метода глобального градиента для моделирования газотранспортных систем // Мат. модели и методы анализа и оптимального синтеза развивающихся трубопроводных и гидравлических систем: тр. XIV Всерос. науч. семинара, Белокуриха, Алтайский край, 8–13 сент. 2014 г. – Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2014. – С. 83–92.
6. Сухарев М.Г., Попов Р.В. Новая методика моделирования нестационарных течений газа в системах газоснабжения // Изв. РАН. Энергетика. – 2015. – № 2. – С. 150–159.
7. Методики, алгоритмы и программный комплекс "Волна" для моделирования нестационарных режимов газопроводов / Макс.Г. Анучин, Мих.Г. Анучин, А.Н. Кузнецов [и др.] // Трубопроводные системы энергетики. Развитие теории и методов мат. моделирования и оптимизации. – Новосибирск: Наука, 2008. – С. 60–73.
8. Методика расчета течения природного газа по трубе в программном комплексе моделирования газотранспортных систем "Волна" / А.А. Воробьев, А.А. Калинин, Г.В. Каспиев [и др.] // Мат. моделирование. – 2014. – Т. 26, № 7. – С. 87–96.
9. Анучин Макс.Г., Анучин Мих.Г., Кузнецов А.Н. Экономичный метод расчета стационарных режимов газотранспортных систем // Мат. моделирование. – 2016. – Т. 28, № 4. – С. 64–76.
10. Меренков А.П., Хасилев В.Я. Теория гидравлических цепей / отв. ред. М.Г. Сухарев. – М.: Наука, 1985. – 278 с.
11. Сухарев М.Г., Карасевич А.М. Технологический расчет и обеспечение надежности газо- и нефтепроводов. – М.: Нефть и газ, 2000. – 271 с.
12. Чарный И.А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубах. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1975. – 296 с.
13. Valderrama J.O. The State of the Cubic Equations of State // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2003. – Vol. 42, Issue 8. – P. 1603–1618. – DOI: 10.1021/ie020447b
14. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика. – М.: Стройиздат, 1965. – 274 с.
15. Расчеты скорости падения давления при разрыве магистрального газопровода / Макс.Г. Анучин, Мих.Г. Анучин, А.Н. Кузнецов [и др.] // Газовая пром-сть. – 2022. – № 3(830). – С. 62–69.
16. Новицкий Н.Н., Михайловский Е.А. Численное решение задач потокораспределения в гидравлических цепях с сосредоточенными параметрами при произвольных замыкающих соотношениях // Трубопроводные системы энергетики: Мат. и компьютерное моделирование / отв. ред. Н.Н. Новицкий. – Новосибирск: Наука, 2014. – С. 34–45.
17. Новицкий Н.Н., Михайловский Е.А. Модифицированный метод контурных расходов для расчета потокораспределения в гидравлических цепях с сосредоточенными параметрами при произвольных замыкающих соотношениях // Трубопроводные системы энергетики: мат. и компьютерные технологии интеллектуализации / под ред. Н.Н. Новицкого. – Новосибирск: Наука, 2017. – С. 51–59.
18. Корельштейн Л.Б. Существование, единственность и монотонность решения задачи потокораспределения в гидравлических цепях с зависящими от давления замыкающими соотношениями // Мат. модели и методы анализа и оптимального синтеза развивающихся трубопроводных и гидравлических систем: тр. XVI Всерос. науч. семинара, Иркутск, 26 июня – 02 июля 2018 г. – Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2018. – С. 55–83.
19. Новицкий Н.Н. Математические модели и методы анализа спектра потоков в гидравлических цепях // Трубопроводные системы энергетики. Мат. моделирование и оптимизация. – Новосибирск: Наука, 2010. – С. 89–103.