管网模拟仿真技术在城市燃气系统信息化中的应用

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目前,城市燃气发展正经历变革期,从投资带动的粗犷型治理发展到精细化治理。目前城市燃气治理中规划设计、市场发展、出产调度、应急抢险,包括IT建设里的信息孤岛、系统相连、大量的数据处理分析等方面存在题目,管网模拟仿真技术针对性地解决了这些题目,并能给城市燃气带来巨大的价值。

管网模拟仿真在国内是个目生的词汇,但其机理与水力计算一样是流体力学,城市燃气包括上游油气输配等,还有自来水,只要是流体,在技术上讲,都可以通过流体力学去做计算。水力计算有几十年历史,过去是人工计算,跟着计算机发展,力水计算在近20年得到巨大晋升,原来只能做稳态计算,现在可以做瞬态计算;过去可能一个人做10-20个节点计算已经很复杂,跟着计算机的发展,管网模拟仿真系统在最多的时候做过270万个节点,目前我们演示时做单机版计算和演示,做过50万个节点的搭建和计算。

城市燃气管网

分门别类来讲,管网模拟仿真技术能在市场发展气源采购输配计划管网优化应急抢险预案人才培养等方面为燃气公司提供支持。

市场发展——跟着城市化的发展进程,城市燃气在这十年获得巨大发展。跟着房地产开发、工贸易客户投资带来增量,管网延伸进入新的区域,收入模式以工程收入作为支撑。现在,城市化进程慢下来,GDP增量只有7%,未来数据可能还会有波动,城市化进程休止,城市燃气赚取利润需要通过精细化治理来晋升自身的售气量和价差。

气源采购——海内有西气东输一二线及延长线、川气东送、陆基LNG调峰、海路LNG调峰等来源,在多气源情况下,燃气公司如何最大化采购低价气源,这是一个课题。公道的气源规划需要系统计算出燃气需求量、门站笼盖范围、峰值、增量最大值等。

输配方案——市场发展、上游气源采购供应的计划性,加在一起,可以打造城市燃气供给链治理系统,进而可以做输配方案,管网仿真模拟系统重点关注管网营运状态的治理。

管网优化——管网优化需要大量的计算,在压降、流速增加的地方去做改善,这个针对性的改善会节约巨大的投资,这和新建管网模式不一样。依据现有管网做分析计算,需要庞大的系统。大部门管网,例如地级市一般都拥有上千公里的管网,有十余万个节点,需要系统支持的运算。我们曾经做过欧盟所有国家的负荷分析,节点数为270万个。

城市燃气管网

人才培养——城市燃气缺乏对新时代职员的培养,尤其在出产、运营体系中,以前的模式为师傅带门徒,职员在通过对管网系统认识的过程中逐渐成长,但是这需要十年甚至三十年的时间,有历史的企业,现在良多中层高层都在50岁左右,对管网应知能力得到进步,但是对管网没有科学的熟悉。我们需要培养一代新人,需要像培养飞行员一样的去培养燃气人才,虚拟系统能模拟管网职员调度、出产调度、应急抢险练习系统,了解市场发展空间,管网模式,包括未来优化分析如何去做,进而能够带动行业培养、考核人才。

应急抢险预案——燃气行业比较特殊,安全是重中之重,海内如北燃、港华等龙头企业都把安全放到第一位。目前行业内对安全的认知,更多是对安全隐患的分级,包括对燃气事故等级的划分,但是发生事故的是管网系统,当发生安全隐患或者事故的时候,应急预案应该投入什么气力,如何封闭区域及不受影响的区域是什么状态,需要系统做各种模拟,如上游气站减少50%的供给量会怎样,中压管网破裂会怎样,调压器泛起故障,阀门封闭会怎样等等,都可以做量化分析,管网模拟仿真系统知道怎样把劫难减少到最小,不会有二次劫难、三次劫难产生。

管网仿真模拟系统立足行业十年信息化发展的基础,有机整合了GIS系统、SCADA系统及客户治理系统。过去的信息化系统针对信息采集,GIS系统建立整个管网的电子文档,SCADA系统展示管网的节点尤其是枢纽节点工况数据,客户治理系统针对抄收、安检、客户信息档案治理,采集大量客户数据,包括用气量、客户类型、客户所在区域等。目前,城市燃气迎来新发展机遇,国家鼓励清洁能源的发展,油改气、煤改气项目得到正视,居民,工贸易客户对清洁能源的需求,都会在现有管网里形成增量,需要城市管网增加负荷能力。

城市燃气管网gis系统

模型搭建需要管网数据,这个数据来源于GIS系统、SCADA系统和客户治理系统。GIS系统包括管网地舆信息、管道物理参数、管网图档数据等管网属性数据,SCADA系统包括系统监控、工况监控、运行数据等管网工况数据,客户治理系统包括客户历史数据资料,这三个系统的数据支撑了管网模拟仿真的应用,使过去获得的和实时采集的数据通过Synergi Gas系统运算得到有效的利用和分析,去除信息化孤岛现象,真正做到信息互联,大数据挖掘分析。

严格来讲,这些都属于数据采集,是感知层,给前线员工操纵提供支持应用:GIS系统给管网维护职员进行管网维护,SCADA系统给出产调度职员使用,没有一套系统针对决议计划者,如何使管网运营能力晋升,如何投资进步管网能力,如何对市场发展提供数据支持,目前没有系统可以提供支持。

管网模拟仿真可以针对以上各方面提供数据支持和分析,如管网改造、进级、生命周期、市场拓展,气源采购、门站调压站设置等等,这种分析结果能对治理层,提供决议计划参考和依据。从经济效益上讲,管网模拟仿真能够给城市燃气带来持续性的经济效益。美国经验投入与产出比为1:3,包括系统建设、职员治理和模型维护。

如SCADA只关注目前管网一些枢纽点的状态,但是状态如何产生,未来会怎样发展,如何改善,缺乏分析工具,我们实际需要瞬态分析和时间所有相关的坐标,如年、季度、月、周、天的分析,也可以估算高峰、低谷这些峰值变化带来的市场需求、管网负荷能力,然后加上碰口功课、管网及设备的增减,综合起来做系统方案。

对比国外经验,国外的出产调度方案,通过模型的搭建和分析指导未来管网发展趋势,制定周、月、季度计划,包括气源采购、输配计划、调压计划、停气复供计划、应急抢险计划。

假如燃气公司采用管网模拟仿真系统,目前城市燃气管网存在良多的题目,如耗巨资购入高端设备却得不到很好的利用(如良多调压器使用一年也不根据峰谷值调整,由于没有数据支撑)。如输差,城市燃气管网一直在高压力运营,为了进一步进步管网运营能力,要进一步进步压力。泛起这个情况,一是上游门站的压力是40公斤左右,输配的动力是零本钱的,在这种情况下,燃气公司更愿意高压力运营,但是缺点是有更多的输差和安全隐患,以及缩短资产尤其管网设备的生命周期。

我们最大的课题是但愿降下来城市管网的压力,管网模拟仿真系统可以做到根据峰谷值调整输差。现在城市燃气管网的输差在2%左右,我国大概一年接近于数千亿方的输配量,即使改善20%的输差,一年下来也是几十个亿的价值,对于小城市燃气公司,也是几十万上百万的收益,同时,大幅减少安全隐患。

而当前情况是,城市燃气对自身资产状态和能力熟悉不足,不了解管网负荷能力。这是有历史原因的,城市燃气在不断发展过程中,已经至少积累了四五十年历史甚至更久,因为历史的原因,城市燃气管网规划无序进行,尤其在干线管网上,这就形成输配瓶颈和水利平衡差异。我们在和大中城市客户沟通中,几乎都能看到输配带来的题目。假如现在发展油改气、煤改气,增量要进步,必需买通输配瓶颈,优化管网能力,能够在稳态计算、瞬态计算中,进步管网系统输配能力。以前这个工作更多依靠设计院去做,但是这种方式有两个弊端,一是没有强盛的管网模拟仿真系统,只有小型的水力计算软件辅助。二是缺乏管网数据和工况数据不能做整个管网模型,,由于这个数据存在于城市燃气本身。设计院没有能力匡助城市燃气解决迫切需求解决的题目所以城市燃气对管网模拟仿真系统有迫切需要。

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