Прогнозування нестаціонарних процесів у складних газотранспортних системах великої протяжності

Abstract

Дисертацію присвячено дослідженню неусталених газодинамічних процесів у складних газотранспортних системах великої протяжності при різних режимах її роботи на основі математичного моделювання. В праці запропоновано для розв'язку гіперболічної моделі диференційних рівнянь із частковими похідними, що описують неусталений рух газу, п’ятиточкову явну кінцево-різницеву схему зменшення повної варіації другого порядку, яка допомагає видалити фронтальні коливання та нечіткості, характерні іншим методам. На основі даної схеми розроблено алгоритм і методику розрахунку режимів роботи ГТС за нештатних ситуацій, реалізовані в програмі для моделювання роботи ГТС на основі агрегативно-імітаиійноіо методу. При імітації роботи гіпотетичного газопроводу виявлені закономірності поширення хвилі тиску та наслідки, до яких вони призводять за аварійної зупинки лінійної ділянки газопроводу. Проведено експериментальне дослідження режимів роботи складної системи газопроводів при виникненні різних нештатних ситуацій на діючих газопроводах «Прогрес» та «Уренгой-Помари-Ужгород» на основі розробленої методики і підтверджено її ефективність та адекватність прогнозування з середнім відносним відхиленням 2-2,5% від реальних диспетчерських даних.

Диссертация посвящена исследованию неустановившихся газодинамических процессов в сложных газотранспортных системах большой протяженности при различных режимах ее работы на основе математического моделирования. В работе предложено для решения гиперболической модели дифференциальных уравнений с частными производными, описывающих неустоявшееся движение газа, пятиточечную явную конечно-разностную схему уменьшения полной вариации второго порядка, помогающую удалить фронтальные колебания и нечеткости, характерные другим методам. На основе данной схемы разработаны алгоритм и методика расчета режимов работы ГТС при нештатных ситуациях, реализованные в программе для моделирования работы ГТС на основе агрегативно-имитационного метода. При имитации работы гипотетического газопровода выявлены закономерности распространения волны давления и последствия, к которым они приводят при аварийной остановке линейного участка газопровода. Проведено экспериментальное исследование режимов работы сложной системы газопроводов при возникновении различных нештатных ситуаций на действующих газопроводах «Прогресс» и «Уренгой-Помары-Ужгород» на основе разработанной методики и подтверждена ее эффективность и адекватность прогнозирования со средним относительным отклонением 2-2,5% от реальных диспетчерских данных.

This thesis is referred to research of unsteady gas dynamic processes in large-scale complex gas transmission pipeline systems with various operation modes based on mathematical modeling. After having analyzed many articles, papers and other sorts of literature, related to this subject, it was stated that the gas transportation system is almost always operates with unsteady movement of natural gas. Thus, the emergence of fast and slow transients in the pipelines is being observed constantly. In general, slow transients are caused by pressure fluctuations and cyclic changes in gas consumption during the day. Fast transients, on the other hand, are generated mainly by rapid valves shutdown, unexpected failure of gas compressor unit or whole compressor stations, pipeline ruptures. Therefore, while simulating of complex large-scale gas transmission systems, aiming to prevent gas flow modes that can lead to emergencies, as well as using the obtained results for optimal operation management, one should consider all abovementioned factors. Analysis of laws of gas flow in the pipeline systems was performed and mathematical equations that describe transient non-isothermal processes of natural gas transportation, including both hydraulic and thermodynamic equations were stated. It is proposed to use an explicit 5-point second-order-accurate total variation diminishing scheme for solving hyperbolic model of differential equations with partial derivatives describing unstable gas flow. It helps to eliminate frontal oscillations and smearing whilst treating various boundary condition in comparison with other methods. The principle of aggregation-simulation method was presented, using which it is possible to build models of complex pipeline systems, simulate various technological situations that arise during pipeline operation and to determine deviations from the mode.