[发明专利]一种煤气管网现状分析系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁企业煤气管网优化技术领域，提供了一种煤气管网现状分析系统及其方法，可以计算煤气管网节点压力和管段流量，用于分析管网的泄漏、测不准、淤积结垢等。

背景技术

钢厂煤气管网是钢厂最重要的能源公辅设施之一，因此，煤气管网的现状分析具有重要的意义。管网的现状分析主要包括管网内压力分布、流量状况、管网的泄漏、测不准、淤积结垢等。管网内煤气压力分布及煤气流量状况是确保煤气管网稳定运行、煤气用户正常生产的重要前提，是煤气调度人员进行煤气调度的基础。煤气用户节点流量是对用户进行考核的重要指标，通过对其计算值与测量值进行比较可以判断是否存在漏气问题。管段摩阻系数是判断管段是否淤积结垢的重要参数。

一些钢厂已建立起煤气管网模型进行管网现状分析。采用的方法为平差计算方法。平差计算方法是通过实测得出节点流量，管线摩阻系数取经验值，然后转化为管网平差问题求解节点压力和管段流量，再与实测值相比得知管网工况。由于节点流量和管段摩阻系数很难准确确定，此方法常导致平差计算结果与实际值存在较大偏差，以致现状分析得出错误的结论。

本发明公开了一种基于煤气管网水力计算的单目标优化方法对煤气管网进行现状分析，其目标函数由两部分组成，即节点压力与SCADA实测压力差的平方、管段流量与SCADA实测流量差的平方。约束条件有节点方程约束、能量方程约束、气源煤气量约束、最低要求管网压力、管段摩阻系数约束、节点流量约束。

数学模型的依据是，在满足管网水力计算条件约束下，在允许的调幅范围内，通过对节点流量和管段摩阻系数的调整，使测压点实测水压和计算水压的差值及测流管段的实测流量与计算流量的差值降至最低。

通过对煤气管网进行现状分析，可以准确掌握管网工况，及时发现并解决管网运行中存在的泄漏、测不准等异常问题，以减少煤气浪费并提高供气的安全性和可靠性，还可以发现由于煤气不合理调度而造成的放散，从而减少能源浪费，其结果可为煤气调度提供可靠依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤气管网现状分析系统及其方法，采用煤气管网水力计算的单目标优化方法对煤气管网进行现状分析，克服了现有煤气管网模型计算值与实际值偏差较大，以致现状分析得出错误结论的弊端。

本发明提出了管网图形管理和优化计算的递归算法，采用遗传技术领域中使用的编码、交叉、变异、选择等遗传操作，最终求得最优解，遗传算法不仅适用于纯数学的优化问题，而且也适用于已定管线下的煤气管网优化设计计算，同样可用于解决钢厂氧气管网、蒸汽管网等的优化设计问题。

本发明的系统包括由数据采集系统SCADA，实时数据库服务器，数据库服务器，应用服务器，客户端工作站、打印机和连接各个计算机、控制器(PLC等)、传感器的整个网络体系够成的硬件系统以及由数据录入模块、管网优化计算模块构成的管网现状分析软件系统。数据录入模块部署在客户端工作站，管网优化计算模块部署在应用服务器内。SCADA系统通过PLC等控制器采集来自现场的数据，并将其保存在实时数据库服务器中，数据库服务器中保存来自实时数据库服务器的历史数据以及客户端工作站用户输入的数据和模型计算结果，实时数据库服务器和数据库服务器共同为应用服务器中的模型计算提供数据支持，应用服务器为客户端提供模型服务，客户端工作站提供了友好的人机交互界面。

数据采集系统(SCADA)：能够实现现场数据的采集以及对现场的控制，包括下位机和上位机两部分，下位机为分布式数据采集系统，上位机为数据处理和显示系统，数据处理后保存在实时数据库中。

实时数据库服务器：负责实时存储数据采集系统采集上来的压力和流量等数据，为管网现状分析及其它数据管理功能提供数据支持。

数据库服务器：运行先进的Oracle关系数据库，将现场的生产过程数据、设备运行数据以及用户录入的管网数据等存储在数据库中。

应用服务器：通过与数据库服务器以及客户端通信，实现管网的优化计算。

客户端工作站：提供人机交互的界面，可以录入管网相关数据，并以友好的方式展现管网优化计算结果。

管网现状分析功能主要由以下功能模块完成：

数据录入模块：完成对现有管网各种形式的原始数据、图纸信息进行录入、存储和传输，以便合理地利用现有的信息建立煤气管网的数字模型信息。录入的信息包括节点信息和管段信息，节点信息包括节点编号、节点的位置信息，管段信息包括管段的起点和终点信息、管径、管长、管段的材料等信息。