于腾
重庆市川东燃气工程设计研究院深圳分院 518033
摘要：目前我国燃气输配中管网规模在不断的扩大，种类日益增加，燃气负荷不断飚升，管网的安全运营和优化运营对于城市燃气企业而言有着十分重要的意义。本文主要以北京为例，对燃气市场的供应形势与特点进行了简单的介绍，同时对管网仿真技术中气源追踪、组分追踪的实际运用进行了详细分析，旨在探讨管网仿真技术在职能燃气时代的使用。
关键词：管网仿真技术；燃气输配；应用
城市燃气在人们的生活中是不可或缺的重要组成部分，燃气管网作为城市能源运行的生命线，直接关系到了人们群众以及整个城市的安全。城市燃气事业发展的前提是保证燃气管网能够安全运营，这是燃气企业运营的基本。五十多年来，北京燃气依然秉持着“安全是魂，预防为先”的理念作为城市燃气发展的指导思想，以及企业安全管理的准则，并在多年的经营过程中整理出一套有效的安全管理模式。本文主要是针对燃气管网安全管理中仿真预测技术进行解析。
一、北京市燃气用量逐年攀升
随着经济发展步伐的不断提升，北京人们生活水平得到了大幅度的提升，因此北京天然气需求逐渐增加，次年平均年增长率为19%。2012年我国北京燃气集团用气量高达84亿立方米，天然气的消耗在北京市能源消费结构比例中的7.0%增加到了13.4%。初步预测，北京市在2015年，其天然气用气总量将会达到180亿立方米，高峰日用气量将超过1亿立方米; 到2020年，天然气用气总量会持续增长，其用气总量为280亿立方米，而冬季高峰日用气量将达到2亿立方米。
站在用户结构的角度来看，北京市传统的燃气用户主要分为采暖、炊事用气两个部分，而随着时间的增长，科技的发展，已经发展到目前以采暖、发电、炊事为主，向出售、天然气汽车、三联供拓展的局面。为了治理好PM2.5，北京市燃气集团以四大热电中心、锅炉煤改气等大型集中负荷为依托，结合新城和重点园区规划，发展较为集中的分布负荷，促进能源清洁转型，为建设绿色北京做好清洁能源供应。
目前，北京市燃气管网一共有7座城市门站，670余座调压站，14500余座调压箱，管网的长度为140000多公里，将延庆之外的全部市区覆盖。到了“十二五”末期，北京市将形成“三种气源、六条通道、两大环线、九座门站、六种级制”的多源、多向、多级燃气供应接收体系(见图1)。
二、管网仿真预测技术支撑安全运营
1气源追踪
气源追踪技术主要通过动态监测不同气源在管网内的分部情况以及流向，对管网内混气区的变化以及压力、气质状况等进行实时控制。由于在两个气源的交界面附近会发生“压力零点”(压力低点)的情况，因此我们能够通过使用气源追踪的方式对压力零点的“漂移”情况进行关注，同时保证有效控制“压力零点”的运行状态。 (见图2，小同颜色代表小同的气源来向，灰色代表两个气源的混气区)。
2气质组分追踪
气质组分追踪的主要功能在于通过利用气源点色谱仪，实时动态跟踪，同时对管网中部分敏感或者是重要站点的组分、气质变化等情况进行全面分析及掌握，此外还能了解某些组分在一定条件下造成天然气析出或冻堵现象，提前做好防范措施，避免问题的发生。
3管网超压、欠压分析
管网超压、欠压的主要功能是对各个节点的压力情况进行分析，同时对管网中超压或者欠压的管线进行彩色定位，并对管网中的压力异常区域进行实时控制，保证各类运行风险能够得到有效的控制。见图3。
三、应用仿真预测技术的必要性
(一)天然气峰谷比较大，管网安全调度难度提高
北京市的冬夏气候存在较大的差异，因此导致天然气需求波动幅度增加。2012年北京市天然气用量达92亿方(含燕化约3.5亿方)，比2011年(76亿方)增加约16亿方，增幅21%天然气消费量位居全国各大城市之首。2012年北京市天然气日峰值已经高达6423万方，峰谷比达16 : 1，进一步增加了用气峰谷差，同时也为管网规划、气量计划以及管网安全调度工作带来了较大的压力。
(二)大管网、大气量、多气源、大用户等趋势加大管网安全运营难度
根据“十二五”燃气规划，北京市燃气管网要形成以六环路以内作为燃气中心，并向远郊区县辐射的供气格局，并将城市门站增加到17个。目前我国天然气源的种类在不断的增加，其中主要有长庆气田、新疆塔里木气、中亚气、大唐清洁煤制气以及未来可能的非传统天然气(页岩气和煤层气)，都可能成为城市输配管网气源的一部分。由于大型热电中心、分布式能源等大负荷用气，对天然气运行的安全稳定性提出了更高的要求，同时燃气机组启停时负荷变化对于燃气管网造成了冲击在一定程度上增加了燃气管网安全运行的难度。
管网仿真技术采用了SCADA系统、GIS系统(地理信息系统)，能够为管网管理热源提供可视化的管网前景预测，对于出现的问题能够及时解决，保证各种运行风险处于可控状态。管网仿真技术对于燃气输配运行无疑是至关重要的，如果没有此项技术，那么就像是在一个庞大陌生的城市不适用GPS技术，驾驶员会感到迷茫无力。
四、管网仿真技术提升安全管理水平
(一)增强燃气管网规划手段，确保管网规划与实际运行相吻合
城市管网规划设计中常用的手段有管网仿真技术，该技术一方面能够有效降低投入成本，另一方面还能过保证管网的规划能够满足未来用户发展的需求，从而有效实现安全稳定的供应。
2003年以前，北京市燃气管网进行规划设计时使用了长输管道的仿真技术，这里值得注意的是虽然同为燃气输送管道，但是城镇燃气管网与长输管网在运行特点上存在一定的区别，两者的区别在于：城镇燃气管网多气源、管网密布同时环环相扣，压力级别较多，同时城镇管网通过分部在人口密集的地区，且调度运行要求较高；而长输管道气源单一，一条主干线上运行，主要分部在人员稀少的区域；因此，随着管网复杂程度的不断提高，长输管网仿真技术已经无法满足城市燃气管网的规划需求；此外想要通过管网规划建设对实际管网工况进行优化，可以采用基于实际管网状态的工况仿真系统。
(二)仿真预测技术提升“安全调度、优化调度”管理水平
管网仿真技术能够将调度运行由传统的“经验管理”转变为“科技管理”，不仅有效的降低了经验不足带来的调度安全隐患，还能过帮助管理人员在短时间内掌握管网的运行特点以及调度方式，提高管网工况的合理性，安全性。此外，管网仿真技术能够增加管网工况的预见性以及分析性，并针对运行中存在的不安全因素进行预判并采取有效的方式解决。
图5展示了某时段燃气管网的管存变化情况预测:管存变化能够让管理人员更加清楚的了解管网的可用管存变化的实际情况，同时为管网设备的维修、检测等工作把好“时间关”，从根本上保证管网的安全性，同时进一步将作业带来的气量损失降到最低。
结论
管网仿真模拟技术已成为当今大型城市复杂燃气供应系统中必不可少的技术手段，北京燃气的管网仿真技术已走在国内前列，但由于受管网监控安装数量的影响，目前只能为调度运行提供依据和参考。随着智能化燃气管网的发展、管网监控覆盖率的进一步提高，仿真系统将在泄露实时预警、工况自行调配、工况实时预测等方而发挥更大的作用，成为实际调度运行的依据，成为调度人员必备的上岗技能，并在未来多变的供应形势下发挥更加重要的作用。
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论文作者:于腾
论文发表刊物:《基层建设》2015年13期供稿
论文发表时间:2015/12/22
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