[油气储运网]SPS管道动态分析软件

1、SPSSPS管道动态分析软件管道动态分析软件2021-7-51内容纲要o 第二部分第二部分 SPSSPS软件数学模型软件数学模型o 第三部分第三部分 与与TLNETTLNET、TGNETTGNET的比较的比较o 第四部分第四部分 SPSSPS的使用方法的使用方法o 第五部分第五部分 SPSSPS的使用实例的使用实例o 第六部分第六部分 问题与建议问题与建议2021-7-52第一部分 SPS软件简介一、概述一、概述 SPS（Stoner Pipeline Simulator）是）是Advantica公司推出的一款动态模拟油、气长输管道的分析软件。公司推出的一款动态模拟油、气长输管道的分析软件。

2、Advantica是一个全球性的在油、气、水、电行业是一个全球性的在油、气、水、电行业内开展工程咨询、服务、方案提供、客户支持的公司。内开展工程咨询、服务、方案提供、客户支持的公司。它开发的它开发的SPS软件在油气管道动态分析领域有着十分广软件在油气管道动态分析领域有着十分广泛的应用。泛的应用。2021-7-53第一部分 SPS软件简介二、二、SPS的使用范围的使用范围 1）热油管道模拟）热油管道模拟 2）非牛顿流体管道模拟）非牛顿流体管道模拟 2）成品油管道顺序输送模拟）成品油管道顺序输送模拟 3）天然气管道模拟）天然气管道模拟 4）PID控制模拟控制模拟2021-7-54第一部分 SPS软

3、件简介三、三、SPS的主要功能（输送工艺方面）的主要功能（输送工艺方面） 1）分析长输管道的停输及启动过程）分析长输管道的停输及启动过程 2）设计水击压力泄放系统）设计水击压力泄放系统 3）研究输气管道残存时间）研究输气管道残存时间 4）研究管道沿线温降规律及向管道周围的传热）研究管道沿线温降规律及向管道周围的传热 5）顺序输送时的工况变化规律及可行的运行方案研究）顺序输送时的工况变化规律及可行的运行方案研究 6）输气管道调峰研究及确定用气高峰的供气方案）输气管道调峰研究及确定用气高峰的供气方案 7）可研究气体的热效应，如焦耳）可研究气体的热效应，如焦耳汤姆逊效应，多变汤姆逊效应，多变压缩机的

4、减压冷却及级间冷却压缩机的减压冷却及级间冷却 8）可研究压缩机的喘振对管道工况的影响）可研究压缩机的喘振对管道工况的影响2021-7-55第一部分 SPS软件简介三、三、SPS的主要功能（自控系统方面）的主要功能（自控系统方面） 1）分析确定各种控制方案的控制质量）分析确定各种控制方案的控制质量 2）分析）分析PID控制参数（控制参数（KC，TI，TD）对控制）对控制质量的影响质量的影响 3）分析传感器特性对控制质量的影响）分析传感器特性对控制质量的影响 4）分析不同扰动对控制质量的影响）分析不同扰动对控制质量的影响 5）分析顺序控制方案对管道工况的影响）分析顺序控制方案对管道工况的影响 20

5、21-7-56第一部分 SPS软件简介四、四、SPS的主要功能（培训方面）的主要功能（培训方面） 1）输油气站场正常运行的流程切换）输油气站场正常运行的流程切换 2）输油气管道正常的水力变化规律）输油气管道正常的水力变化规律 3）输油气管道正常的热力变化规律）输油气管道正常的热力变化规律 4）压缩机的启停操作及工况变化规律）压缩机的启停操作及工况变化规律 5）输油泵的启停操作及工况变化规律）输油泵的启停操作及工况变化规律 6）管道泄漏及破裂后的工况变化规律及操作）管道泄漏及破裂后的工况变化规律及操作 人员的响应人员的响应 7）管道残存时间（）管道残存时间（Survival Time）分析）分析

6、 8）管道末端的储气及调峰）管道末端的储气及调峰2021-7-57第一部分 SPS软件简介四、四、SPS的主要功能（培训方面）的主要功能（培训方面） 9）输油管道调节阀压力自动调节的模拟）输油管道调节阀压力自动调节的模拟 10）输油管道压力自动保护功能的模拟）输油管道压力自动保护功能的模拟 11）输油管道的泄压保护功能的模拟）输油管道的泄压保护功能的模拟 12）分支管路工况变化规律模拟）分支管路工况变化规律模拟 13）成品管道顺序输送模拟）成品管道顺序输送模拟 14）管道干线阀关闭后的工况变化规律及操作）管道干线阀关闭后的工况变化规律及操作人员的响应人员的响应 15）管道自控系统的模拟）管道自

7、控系统的模拟 16）管道停输再启动模拟）管道停输再启动模拟2021-7-58第一部分 SPS软件简介五、五、SPS的工程应用的工程应用 1）苏丹原油管道工程初步设计）苏丹原油管道工程初步设计 2）西气东输工程可行性研究）西气东输工程可行性研究 3）西气东输工程初步设计）西气东输工程初步设计 4）兰州成都重庆成品油管道可行性研究）兰州成都重庆成品油管道可行性研究 5）兰州成都重庆成品油管道初步设计）兰州成都重庆成品油管道初步设计 6）兰州成都重庆成品油管道施工图设计）兰州成都重庆成品油管道施工图设计 7）东方洋浦海口输气管道工程初步设计）东方洋浦海口输气管道工程初步设计 8）杭州宁波天然气输气管

8、道工程可行性研究）杭州宁波天然气输气管道工程可行性研究2021-7-59第一部分 SPS软件简介五、五、SPS的工程应用的工程应用 9）格尔木拉萨成品油输送管道改造工程）格尔木拉萨成品油输送管道改造工程 10）广东）广东LNG站线项目输气干线工程初步设计站线项目输气干线工程初步设计 11）花土沟格尔木输油管道改扩建工程）花土沟格尔木输油管道改扩建工程 12）哈萨克斯坦原油管道工程初步设计）哈萨克斯坦原油管道工程初步设计 13）委内瑞拉输水管道工程方案设计）委内瑞拉输水管道工程方案设计 14）塔里木稠油和改质原油输送工程可行性研究）塔里木稠油和改质原油输送工程可行性研究 15）福建）福建LNG项

9、目等项目等2021-7-510内容纲要o 第一部分第一部分 SPSSPS软件简介软件简介o 第三部分第三部分 与与TLNETTLNET、TGNETTGNET的比较的比较o 第四部分第四部分 SPSSPS的使用方法的使用方法o 第五部分第五部分 SPSSPS的使用实例的使用实例o 第六部分第六部分 问题与建议问题与建议2021-7-511第二部分 SPS软件数学模型 SPS的数学模型与其他模拟软件类似。都的数学模型与其他模拟软件类似。都是将管网系统分为管段、组件、节点来求解的。是将管网系统分为管段、组件、节点来求解的。组件部分又分为阀、压缩机、泵等。组件部分又分为阀、压缩机、泵等。 对于管段，采

10、用划分网格的方法将管段划对于管段，采用划分网格的方法将管段划分成多个网格。将管段流动方程应用到每个网分成多个网格。将管段流动方程应用到每个网格，再统一求解便可得到整个管网的工艺参数格，再统一求解便可得到整个管网的工艺参数变化情况。变化情况。 SPS的文件组成如下：的文件组成如下：2021-7-512第二部分 SPS软件数学模型人工输入人工输入部分部分2021-7-513内容纲要o 第一部分第一部分 SPSSPS软件简介软件简介o 第二部分第二部分 SPSSPS软件数学模型软件数学模型o 第四部分第四部分 SPSSPS的使用方法的使用方法o 第五部分第五部分 SPSSPS的使用实例的使用实例o

11、第六部分第六部分 问题与建议问题与建议2021-7-514第三部分 与TLNET、TGNET的比较 与与TLNET、TGNET相比，相比， SPS的优势在以下几个方的优势在以下几个方面：面：一、动态模拟一、动态模拟 SPS的最大优势在于油气管道的动态计算。这也是的最大优势在于油气管道的动态计算。这也是SPS广泛应用于初步设计的原因。广泛应用于初步设计的原因。 TLNET、TGNET的动态计算是事后仿真。即计算之的动态计算是事后仿真。即计算之前已经知道发生边界条件变化的时刻。而前已经知道发生边界条件变化的时刻。而SPS的动态计的动态计算可以做到实时仿真。即可以在计算中的任意时刻使边算可以做到实时

12、仿真。即可以在计算中的任意时刻使边界条件发生变化并计算。界条件发生变化并计算。2021-7-515第三部分 与TLNET、TGNET的比较二、介质要求宽二、介质要求宽 TLNET、TGNET通常用于计算牛顿流体管通常用于计算牛顿流体管道。对于计算我国部分油田高凝、高粘原油管道。对于计算我国部分油田高凝、高粘原油管道的误差较大。道的误差较大。 SPS软件有完善的非牛顿流体模块。其中软件有完善的非牛顿流体模块。其中包含了宾汉姆流体在内的一系列非牛顿流体选包含了宾汉姆流体在内的一系列非牛顿流体选项。另外项。另外SPS软件还包含了结蜡模型。软件还包含了结蜡模型。2021-7-516第三部分 与TLNE

13、T、TGNET的比较三、有完善的批次输送计算三、有完善的批次输送计算 TLNET也能进行批次计算并动态显示混油界也能进行批次计算并动态显示混油界面。但不能模拟顺序输送过程中发生的混油现象，面。但不能模拟顺序输送过程中发生的混油现象，也不能得出各混油段的混油量。也不能得出各混油段的混油量。 在顺序输送计算中，在顺序输送计算中，SPS考虑了油品之间的考虑了油品之间的混油现象，能计算出各混油界面的混油量，同时混油现象，能计算出各混油界面的混油量，同时能动态显示出各混油面随时间的变化情况。能动态显示出各混油面随时间的变化情况。2021-7-517第三部分 与TLNET、TGNET的比较四、元件多四、元

14、件多 在在TLNET和和TGNET中，对于液体管道没有中，对于液体管道没有加热元件。对于调节阀，加热元件。对于调节阀， TLNET和和TGNET中只中只能靠人工事先设定调节系数，而不能由阀后压能靠人工事先设定调节系数，而不能由阀后压力动态控制调节系数，从而调节阀后压力。在力动态控制调节系数，从而调节阀后压力。在SPS中，通过传感器、控制器、执行器等组件可中，通过传感器、控制器、执行器等组件可实现这一功能。这也体现了实现这一功能。这也体现了SPS动态计算功能强动态计算功能强的特点。的特点。2021-7-518第三部分 与TLNET、TGNET的比较五、可用外界程序灵活调用五、可用外界程序灵活调用

15、 SPS提供了完善的应用程序接口（提供了完善的应用程序接口（API）。各种计）。各种计算机高级语言可以通过算机高级语言可以通过API控制控制SPS的计算过程和计算的计算过程和计算结果。结果。 在实时模拟中，可利用在实时模拟中，可利用SPS的强大接口功能，进行的强大接口功能，进行二次开发，得到功能更加强大的管道模拟系统。二次开发，得到功能更加强大的管道模拟系统。2021-7-519内容纲要o 第一部分第一部分 SPSSPS软件简介软件简介o 第二部分第二部分 SPSSPS软件数学模型软件数学模型o 第三部分第三部分 与与TLNETTLNET、TGNETTGNET的比较的比较o 第五部分第五部分

16、SPSSPS的使用实例的使用实例o 第六部分第六部分 问题与建议问题与建议2021-7-520第四部分 SPS的使用方法一、概述一、概述 SPS的使用方法与常见的管道模拟软件相似。都是的使用方法与常见的管道模拟软件相似。都是按以下步骤进行的：按以下步骤进行的： 1）选择单位、流体类型、计算模型）选择单位、流体类型、计算模型 2）建立管网的拓扑结构）建立管网的拓扑结构 3）输入参数）输入参数 4）计算）计算 5）查询计算结果）查询计算结果2021-7-521第四部分 SPS的使用方法二、二、SPS使用流程使用流程 具体到具体到SPS，它的使用步骤如下：，它的使用步骤如下： 1）建立）建立inpr

17、ep文件文件 2）编写）编写intran文件文件 3）计算）计算 4）用）用Tport查看变化曲线查看变化曲线 5）用）用Grafr导出计算参数导出计算参数PREPRTRANSGRAFRTPORT2021-7-522第四部分 SPS的使用方法二、建立二、建立inprep文件文件1、概述、概述 inprep文件包括了管网连接关系、管道长文件包括了管网连接关系、管道长度、管径、壁厚、机械性质、及流体性质、计度、管径、壁厚、机械性质、及流体性质、计算模式等内容，是整个计算的基础。算模式等内容，是整个计算的基础。2021-7-523第四部分 SPS的使用方法2、建立、建立inprep文件的方法文件的方

18、法 在在SPS的早期版本中，管网结构依靠人工的早期版本中，管网结构依靠人工编号完成。即在计算之前，需要人工在纸上绘编号完成。即在计算之前，需要人工在纸上绘制管网连接关系，并对各管段和组件进行编号。制管网连接关系，并对各管段和组件进行编号。然后通过人工编写然后通过人工编写SPS代码来建立管网连接关系。代码来建立管网连接关系。各种参数的输入也依靠修改文本文件来设置。各种参数的输入也依靠修改文本文件来设置。2021-7-524第四部分 SPS的使用方法 为了解决为了解决SPS界面操作不便的问题，界面操作不便的问题，Advantica公司在公司在9.4版本后添加了版本后添加了Model Builder

19、模块。模块。 Model Builder是一个在是一个在GUI（图形用户界（图形用户界面）环境下建立和维护面）环境下建立和维护SPS模型文件的工具。利模型文件的工具。利用用Model Builder的可视化图表和编辑对话框，的可视化图表和编辑对话框，可以创建和维护可以创建和维护INPREP文件。并可以和在文本文件。并可以和在文本模式下创建的模式下创建的INPREP文件交互。文件交互。 2021-7-525第四部分 SPS的使用方法 Model Builder为创建为创建SPS模型提供图形用模型提供图形用户界面，包括图形视图、设备编辑框及各种绘户界面，包括图形视图、设备编辑框及各种绘图工具以简化

20、建模。既可应用图工具以简化建模。既可应用Model Builder创创建模型，也可导入先前用文本模式创建的建模型，也可导入先前用文本模式创建的INPRER文件，支持其维护（包括设备数据和模文件，支持其维护（包括设备数据和模型设置）。型设置）。2021-7-526第四部分 SPS的使用方法1）建立管道连接关系）建立管道连接关系2021-7-527第四部分 SPS的使用方法2）输入管网结构参数）输入管网结构参数红色表示需要输入内红色表示需要输入内容的地方容的地方2021-7-528第四部分 SPS的使用方法3）插入流体）插入流体2021-7-529第四部分 SPS的使用方法 输入完数据之后，保存当

21、前文件。输入完数据之后，保存当前文件。SPS将将自动生成自动生成inprep文件。文件。 至此，至此，SPS的结构输入部分已经完成。与的结构输入部分已经完成。与其他软件不同，其他软件不同，SPS对所有计算都认为是一个动对所有计算都认为是一个动态过程，都需要输入动态计算的边界条件。即态过程，都需要输入动态计算的边界条件。即建立建立intran文件。文件。2021-7-530第四部分 SPS的使用方法3、建立、建立intran文件文件 目前，目前，SPS软件建立软件建立intran的方法仍然是在记事本中依靠人工的方法仍然是在记事本中依靠人工输入代码方式建立输入代码方式建立intran文件。在文本文

22、件中输入以下代码：文件。在文本文件中输入以下代码：BEGIN 0,+ BEGIN.TIME=0,+ END.TIME=1440*14INTERACTIVE MSWINMACRO(INIT,TRGE)SET DTMAX=5TRENDLIST *SHARE *2021-7-531第四部分 SPS的使用方法 将前面文件以扩展名将前面文件以扩展名intran保存，即完成保存，即完成了了intran文件的创建。需要注意的是：文件的创建。需要注意的是：intran文文件应该同件应该同inprep文件放在同一个文件夹中。文件放在同一个文件夹中。 此时输入工作已经完成，下面即可开始计此时输入工作已经完成，下面

23、即可开始计算。算。2021-7-532第四部分 SPS的使用方法4、计算、计算 启动启动SPS主要有两种方式：主要有两种方式： 第一种方式：采用原来的启动方式，如下第一种方式：采用原来的启动方式，如下图。图。2021-7-533第四部分 SPS的使用方法第二种方式：采用第二种方式：采用Model Builder进行计算。进行计算。运行当前运行当前模型模型2021-7-534第四部分 SPS的使用方法5、曲线显示、曲线显示 计算过程中，可以由计算过程中，可以由intran文件动态生成参数变化文件动态生成参数变化曲线。曲线。2021-7-535第四部分 SPS的使用方法6、数据动态显示、数据动态显

24、示2021-7-536第四部分 SPS的使用方法7 7、计算数据导出、计算数据导出 要导出计算数据，在要导出计算数据，在SPS9.5SPS9.5版中需要创建版中需要创建INGRAFINGRAF文文件。在文本文件中添加：件。在文本文件中添加：REPORT REPORT REP1,START=0,STOP=50,DT=1,TITLE=EX18,UNITS=MINREP1,START=0,STOP=50,DT=1,TITLE=EX18,UNITS=MINUTES/UTES/* *,OUT.FILE=EX18,OUT.FILE=EX18TREND P1:P+ , UNITS=PSIG, ON.REPO

25、RT=REP1TREND P1:P+ , UNITS=PSIG, ON.REPORT=REP1TREND P1:P- , UNITS=PSIG, ON.REPORT=REP1TREND P1:P- , UNITS=PSIG, ON.REPORT=REP1TREND EOUT:NQ , UNITS=PSIG, ON.REPORT=REP1TREND EOUT:NQ , UNITS=PSIG, ON.REPORT=REP12021-7-537第四部分 SPS的使用方法 将上述文件保存为将上述文件保存为INGRAFINGRAF文件。在文件。在SPSSPS中运行中运行GrafrGrafr后，打开后，打

26、开生成的扩展名为生成的扩展名为outgrf的的文件，即可得到导出的数据。文件，即可得到导出的数据。 在即将发布的在即将发布的SPS9.6SPS9.6版中，能用版中，能用SPSSPS自带插件将自带插件将outgrf的的文件绘制成文件绘制成曲线。通过此插件能曲线。通过此插件能通过鼠标取出曲线上通过鼠标取出曲线上任意点的数值。任意点的数值。2021-7-538内容纲要o 第一部分第一部分 SPSSPS软件简介软件简介o 第二部分第二部分 SPSSPS软件数学模型软件数学模型o 第三部分第三部分 与与TLNETTLNET、TGNETTGNET的比较的比较o 第四部分第四部分 SPSSPS的使用方法的使

27、用方法o 第六部分第六部分 问题与建议问题与建议2021-7-539第五部分 SPS的使用实例 下面举几个简单例子来说明下面举几个简单例子来说明SPSSPS软件的用法：软件的用法：1 1、简单管道系统、简单管道系统 管道系统的结构为：管道系统的结构为：1 1）边界条件为：入口压力）边界条件为：入口压力3102.6KPa,3102.6KPa,出口压力出口压力2240.8KPa;2240.8KPa;2021-7-540第四部分 SPS的使用方法2 2）管道的数据为：）管道的数据为：（1 1）长度）长度24384m24384m，内径，内径762m762m，厚度，厚度6.35mm6.35mm（2 2）入口高程）入口高程182.9m182.9m，出口高程，出口高程30.5m30.5m（3 3）摩阻系数用科尔布鲁克公式计算，初始值取）摩阻系数用科尔布鲁克公式计算，初始值取0.04570.04573 3）阀门特性）阀门特性（1 1）直线型开关阀）直线型开关阀（2 2）全关位置的）全关位置的CvCv值为：值为：0.001Gal/Min-PSI0.001Gal/Min-PSI（3 3）全开位置的）全开位置的CvCv值为：值为：1