G—net在燃氣輸配課程設計中的應用與實踐

張鵬 馬紅艷 吳曉南

摘 要：在燃氣輸配課程設計中引入G-net仿真進行輔助設計，可以優化管網方案，提高水力計算速度。通過對應用實例的分析，這種教學方法可以加深學生對燃氣輸配管網基本概念及基本分析方法的理解，提高課程設計教學質量，對培養學生的實踐能力和創新能力起到非常重要的作用。

關鍵詞：燃氣輸配 G-net仿真 課程設計

中圖分類號：G633 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

作者簡介：張鵬（1979-），女，西南石油大學土木工程與建筑學院講師，碩士，主要研究方向為城市燃氣工程。

基金項目：2013年國家安全生產監督管理總局安全生產重大事故防治關鍵技術科技項目“城市燃氣輸配管網分區模式下的水力可靠性研究”（部712）資助；2014年西南石油大學青年教師教學研究項目“虛擬仿真實驗在《燃氣輸配》課程教學中的應用探索與實踐”（2014JXYJ-07）資助。

燃氣輸配課程設計是建筑環境與能源應用工程專業培養計劃中重要的實踐教學環節之一，具有綜合性強和實踐性強的特點。課程設計要求學生綜合應用所學基礎理論知識和燃氣輸配專業知識，在教師指導下獨立、全面地完成規定的課程設計任務。通過課程設計，鞏固、深化課堂知識，培養學生嚴謹的科學態度和良好的作風。通過繪圖，掌握圖面布置和繪圖技能，提高工程語言的表達能力。重點培養學生獨立工作及設計創新的能力。課程設計既是對燃氣輸配課程教學效果的檢驗，也是進一步提高學生綜合素質的重要環節。

了解管網運行規律、變工況下能夠判斷水力參數的變化趨勢是燃氣輸配課程的教學目標之一，傳統教學方式難以簡潔直觀地全面展示城市管網的運行規律和工況變化過程及相關設備、站場工作原理、工藝流程等，借助虛擬仿真手段可有效解決這一問題。管網仿真是對管道系統的特性進行描述的一種手段，它可自動地將系統的壓力、流量與管線各截面的流動特性聯系起來，在設計階段用做方案比較和優化設計。完成燃氣管網穩態流動的模擬花費時間一般為幾秒鐘，大型管網可能需要幾十分鐘，模擬結果為整個管網各節點的壓力、流量等參數，適合在課程設計中用來確定方案及進行水力計算。

1 G-NET仿真軟件的功能及特點

G-NET適用于城鎮燃氣管網的水力分析和計算。G-NET軟件的主要特點是：繪圖基于AutoCAD，操作界面良好，操作方法方便，適用于天然氣、煤氣、氣態液化石油氣、液化石油氣空氣混合氣及礦井氣等燃氣在高中壓及低壓等不同的壓力級制下的環網的水力分析和計算。管網分析計算與繪圖一體化；自動識別環路管網圖，自動對環、管段及節點編號，自動設定管段流向；數據輸入簡單；分析結果輸出方式多樣，有圖形、文檔及分析過程等；采用圖形處理算法及迭代算法，節省大量的存儲空間。其主要算法：假定各管段λ均為1，計算各管段的阻耗和導納，組成管網的節點導納矩陣，由矩陣方程[Y][P]=Q求出管網節點壓力p，由AT[P] = ΔP求得管段壓力降，再由Q = G[ΔP]求得管段初始流量。根據以上步驟求得的初始管段流量，重新計算各管段的阻耗和導納，組成新的導納矩陣，重復上述步驟，進行迭代計算，直到前后兩次的Q之差值達到精度要求。

2 G-NET在燃氣輸配課程設計中的應用舉例

城鎮燃氣管網規劃是燃氣輸配課程設計的主要題目類型之一。城鎮燃氣管網設計基本步驟為：用氣量計算、管網布置、流量分配、水力計算、繪圖，其中水力計算是完成課程設計的重要步驟，是在前三項完成的基礎上利用G-NET軟件完成的。

某課程設計的管網布置為中壓燃氣管網沿城市道路布置，受地形限制分為南北兩個獨立環網，互不相通，南北兩個中壓環網通過次高壓管道與城市氣源相連，次高壓-中壓管道連接處設調壓站。根據城市道路分布情況，近期設置了29個環路，遠期新增了11個環路，環路分布盡量均勻，氣源點設計壓力為0.4MPa，設計最低允許壓力為0.3MPa。水力計算應用G-NET軟件進行，基本步驟為：準備數據（小時環流量、集中流量、管網草圖），生成計算草圖，設置氣源點，輸入環流量及集中流量，分配節點流量，設置管徑和生成計算工程文件，即得到管網水力計算表格，調試各段管徑得到合適的結果，生成計算說明書，最后標注計算結果得到水力計算圖。初步水力計算結果出來后，要根據最低點壓力判斷計算結果是否可行或是否經濟，若最低點壓力低于允許值，需放大部分管徑重新計算，使得最低壓力高于允許值，保證其技術可靠；若壓力降太小則應適當減小管徑，保證管網經濟合理。

該課程設計中壓管網的水力計算結果顯示，壓力較高區域在調壓站附近，壓力較低區域分布在遠離調壓站處，這與管網流動規律相吻合，管網壓力最低點近期為0.366MPa，遠期為0.351MPa，均大于要求的最低壓力0.3MPa，計算結果滿足水力計算要求。管網水力計算結果也可以用水力計算圖表達，所有水力計算參數標于圖上，包括每個管段的編號、流量、壓力損失，每個節點的編號、流量、壓力等。

課程設計的培養目標是在綜合應用所學知識的基礎上，理解工程項目的設計方法，掌握工程項目的設計步驟，一般是2周。課程設計時間短，任務緊，通常指導教師選擇小型工程實例，要求學生做兩個不同方案，進行技術經濟比較后選擇最優方案，不要求做事故工況分析。

3結語

G-NET軟件使得計算能力大大提高，完成水力計算所需時間大幅縮短，在有限的設計時間內，指導教師可以將更多的精力放在指導學生方案布置上，而不是像以前一樣關注水力計算；在選題時不必受計算能力的限制，可以選擇小型實際工程項目作為設計題目，使得課程設計更接近工程實際，更好地達到課程設計的工程訓練目的。G-NET軟件應用于燃氣輸配課程設計，激發了學生的興趣，使學生實踐能力和創新能力得到了加強，提高了課程設計教學質量，加深了對理論知識的理解，同時為畢業設計打好基礎，對高校培養高質量人才起到了積極的作用。

參考文獻

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