4 g& T0 U, ]# g1 s 一、一个管线模型建立和执行 1 @ x x, b2 J: [# ~- R' Y0 x5 H% k8 h Q2 G4 C6 e. G' O @; W
在佛罗里达天然气公司将管道系统输送能力自26,200立方米／天提升到41,360立方米／天后不久，佛罗里达天然气公司开始实施建模方案。由于增加了第三条操作压力更高的并行管道（采用透平代替往复压缩机），整套系统变得更加复杂。此外，另一个复杂因素是佛罗里达天然气公司管道系统没有任何市场区域储备设备，当大部分用户使用天然气来满足发电高峰负荷时，仍然要面对一个高负荷因素市场的挑战。由于系统输送能力的增加和市场要求的不断提升，佛罗里达天然气公司选择创建一个实时瞬态模型，提供给操作者一个工具，来协助操作人员满足这个管道系统的操作挑战。而管道建模的作用就在于向运营公司内部不同的机构和部门提供合适的管道数据。它既可应用在相对比较简单的数据采集（满足数据要求）场合，同时当面对独特的操作工况时，也可用来确定如何优化系统的某一部分。 & T" |( @& p8 E" z( o
/ q2 w0 s* q l' W* W 二、管线模型的具体应用 $ k/ f2 ]( s0 p+ i
6 B: n$ J1 o& [& |; g1 u5 Q 在输送天然气的管线控制中，利用实时模型可以协助调度中心进行天然气断供期的协调和可靠性分析；进行SCADA系统错误检测和SCADA系统问题解决；便利清管作业的配置分析；改进整个系统性能研究；用于公司其他部门的操作数据采集，以及天然气管道系统控制培训。具体应用如下： ! x0 I6 E3 j; n. X
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1.断供期协调 9 p9 C# K) Y% w" d1 V+ \' \9 T% R+ T q2 g0 C4 W. g
动态仿真模型最常用的场合是在压缩机和管段停运期间，用来确定如何有效地操作管道系统。流程分析可测试不同的操作配置，在选择了最佳操作配置之后，模型可被用于确定输送多大的量会受到影响，以便对管道系统实施合适的调度方案。过去，由于缺乏分析断供期影响的能力，对用户使用天然气实施了过于谨慎的限制。 / F9 C8 M# a: G, t" K; x
. r9 I( R- ~- ?( P! R- @/ C 2.SCADA系统错误检测和SCADA系统问题解决 . I3 }& p/ M$ y9 p( I8 ?
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在日常情况下，仿真模型可用于指示SCADA系统是否报告了互相矛盾的信息。佛罗里达天然气公司SCADA系统可监测和接收24,000多个单独监测点的信息，在采用模型后,可帮助分析SCADA监测点的压力、流量和操作工况。 9 I9 b0 y5 Z- n+ F% H( [4 a2 S# j' n5 U' J8 _+ q2 k! u) l
3.用于清管作业的流体研究 . L) W5 U. _1 A0 _ h& f( {% k# d" x8 B3 @' K: h0 R
智能清管作业使关键管道数据采集成为可能，同时也是佛罗里达天然气公司系统操作的日常内容之一。智能清管器沿着管道以6.5千米/小时至9.5千米/小时的速度向前移动。如果智能清管器的运动速度明显偏离要求，采集的数据将变得不可靠，此时须采用另外一个智能清管器（意味着成本增加），而采用动态仿真模型便可确定围绕清管作业的区域中所有压缩站的马力组合，当选择了可提供适合智能清管器的最稳定流体工况时，那么依照计划的配置，可对接收量和输送量实施调度。 9 w k' F" ?+ n W1 P1 {1 F* | 1 t) H" R" n" T! e2 r2 W 4.复杂压缩站的建模和单个压缩站优化 ' V6 V: r! e9 d% y9 a4 M5 S
$ l! z% p& R2 e5 f/ i 在1996年和1997年期间，当采用动态仿真模型成功地进行了效果更佳的断供期协调时，模型的可信度得以确立。在以后的使用中，它开始被用来进行从总输送量、燃油消耗量和可靠性方面研究，以及如何优化单独压缩站和整套系统。在佛罗里达天然气输送系统中，每个压缩站的大部分功能已经被建模，用户可测试在每一压缩站的每种操作模式，数个压缩站可在许多不同的操作模式下作业（几个压缩站可在接近100种操作模式下作业）。对那些压缩站在以前从来未被使用的操作模式上进行测试的能力，已经证明是无可估量的价值。 - [. z; f9 @+ b% y9 y& A" m1 y+ m* w6 T# O
19号压缩站（CS19）是采用模型分析操作工况后，对单个压缩站进行优化的典型例子。图1表示相当复杂的19号压缩站，可将压缩机单元组与单独管道断开。在此之前，本压缩站被操作成一个压缩机单元与单独管道的一条断开。流体分析确定了如何最大化CS19的气体流量和出口压力，以便提升向用户站点输送的天然气量，在对本站的操作模式进行测试之后，得出两个重要结论： ' b% w Z2 o3 A
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a.应该采用更优化的操作模式； ( n: D6 x2 X- t9 l0 |0 _$ d
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b.必须增加一台调节器，以保持在压缩机入口管道上的特殊压力。 + g# }' k. I( v0 } X7 F
, t: ?! J2 C( G 除了用于单独压缩站的分析之外，模型还被用于分析如何优化整个销售区的动力设备、阀门组和调节装置。CS18流程图只说明了如何提升下游输送量，而更大市场方位的流程分析说明，如果在每天的大部分时间（晚间其中的一个压缩站需在不同的参数组合下操作）同时一组压缩站优化到最佳输送量状态，那么输送到整个销售区的气体量将更多。 4 D# c9 L& q" }: D" v 3 I0 y$ I6 U; z$ W( h 比较明显的一点是，只有某些压缩站的下游流量需要进行调度，但当气体可在管组的“环路”部分回流时，计划的输送量目标变得极为关键。在模型完成的一年时间里，佛罗里达天然气公司的可持续性输送量提升了2％。在佛罗里达天然气公司系统优化之后，除了向整个销售区的气体输送量增加之外，佛罗里达天然气公司在那些过去压力问题频频出现的用户地点，输送压力问题也减少了很多。 : ^5 q" L) P- F, x. L$ X
& j% T# l0 T7 X 5.管充管理 ' Y7 g5 M, k5 Z7 @! g6 c$ A$ y Y8 L* K0 M
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1997年年底的流程分析用于确定如何减少燃油消耗量，主要集中在压缩站优化和管道管存管理对燃油消耗性能的影响方式。此时认识到，通过优化马力组合和保持管道不同部分的特殊管存水平，可同时使气体输送量最大化和燃油消耗量最小化。这些流程分析也显示出，当市场总需求量变化时，最适宜管道管存的条件随之发生显著变化；当管道管存变化时，最佳马力组合也随之变化。 4 ^0 X# F5 d$ q
. s+ u8 Y/ u+ ]6 h! b0 Q0 p$ L, [ 如何更有效地管理管道管存水平的建议已经提出（注意：佛罗里达天然气公司系统没有气体储存设备）。管理总管道管存相对简单，但总管道管存常受到如下因素的影响：(1)市场过热;(2)市场欠热;(3)接收区输送量过大;(4)接收区输送量不足;(5)实际燃油消耗量与燃油保留速度不一致;(6)由于管道维护维修所引起天然气损耗;(7)由于未予考虑原因引起的天然气损耗。 8 X+ g: b, b( A. z2 {2 X+ j3 m& j
通过以下活动，可控制总管道充填量。(1)计划市场地区补偿，减少不平衡;(2)计划接收地区补偿，减少不平衡;(3)购买天然气，用于注入充填管道;(4)销售天然气，用于自充填管道中排出气体;(5)通过对违约行为进行经济惩罚，限制市场过热或不足;(6)在佛罗里达天然气公司“停车场”服务范围内，将气体输送到管存中或从管存中输出气体。 " b1 S0 R& W# y: A
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管道管存变化活动由佛罗里达天然气公司内部的多个部门负责，有时由于部门之间偶尔调度失调，管道管存水平不能维持在合适的水平。目前佛罗里达天然气公司新成立的用户服务部参与管理管道管存，从而使得佛罗里达天然气公司在管道可靠性和燃油消耗方面取得显著进步，同时也使佛罗里达天然气公司可提高气体输送量。 - K x! j8 `( u; K0 E' ?! V
6 R8 |- H$ U+ }: {9 Y 6.培训系统的模拟 9 J- j& C. T) L4 W% c