燃气管网有多种专业模拟软件，可分为国际主流软件、国产自主软件和专项功能软件三大类，分别适用于长输管道、城市输配管网、稳态/瞬态分析、离线/在线仿真等不同场景。以下是详细分类与核心软件介绍：

一、国际主流燃气管网模拟软件

二、国产自主燃气管网模拟软件

1. 国家管网超大规模长输天然气管网离线仿真软件

   • 开发商：国家管网集团研究总院+油气调控中心
   • 核心功能：超大规模管网仿真、稳态/瞬态分析、运行优化
   • 特点：填补国内工业级管网仿真软件空白，性能与国外主流软件相当
   • 适用场景：国家级长输天然气管网系统

2. RealPipe-GAS

   • 开发商：中国石油管道公司
   • 核心功能：多气源管网仿真、水力计算、运行调度模拟
   • 特点：基于引进技术消化吸收再创新，适配国内管网特点
   • 适用场景：国内长输管道与区域管网

3. PNS (Pipeline Network Simulation)

   • 开发商：国内科研机构
   • 核心功能：管网稳态/瞬态模拟、故障分析
   • 特点：国产化自主可控，符合国内行业标准
   • 适用场景：城市燃气输配与工业燃气系统

4. 双燃智能仿真软件

   • 开发商：上海双燃智能
   • 核心功能：在线仿真、智慧管网管理、应急调度模拟
   • 特点：适配国内城燃企业需求，与GIS系统深度集成
   • 适用场景：城市燃气输配管网运营管理

三、专项功能与辅助软件

1. 在线实时仿真软件

   • Sim-On™ GAS Operation：华霖富水利环境技术咨询开发，支持燃气管网预报预警及辅助调度
   • 各类SCADA集成仿真系统：与数据采集与监控系统结合，实现实时数据驱动的仿真分析

2. 三维设计与BIM集成软件

   • 集成BIM、GIS和CAD技术，实现燃气管道三维可视化、碰撞检测、施工进度模拟
   • 代表产品：蓝燕云三维燃气施工图软件、Autodesk燃气专项模块

3. 小型管网计算工具

   • PipeFlow：基础水力计算软件，适合小型管网设计
   • Excel宏程序：基于伯努利方程开发的简易计算工具，适合快速估算

四、软件选择指南

五、技术发展趋势

1. 在线化：与SCADA系统深度集成，实现实时数据驱动的动态仿真与调度优化
2. 智能化：融合AI与机器学习技术，提升泄漏检测、需求预测的准确性
3. 一体化：集成BIM、GIS、水力模拟、风险评估等功能，形成全生命周期管理平台
4. 国产化：国内企业加速自主研发，破解"卡脖子"技术难题，如国家管网集团的超大规模管网仿真软件

管网稳态模拟的定义与案例说明

管网稳态模拟是指在假设燃气在管网内流动时，所有关键参数（压力、流量、温度、气体组分等）不随时间变化的前提下，对管网水力特性和热力特性进行的仿真分析。其核心假设是系统处于动态平衡状态，即管网的气源供给量与各用户的用气量总和相等，节点压力、管段流量等参数维持恒定值。

这种模拟是燃气管网设计、校核和日常运营优化的基础，与瞬态模拟（参数随时间变化，如启停压缩机、管道泄漏、用气峰谷波动等场景）形成互补。

一、稳态模拟与瞬态模拟的核心区别

二、燃气管网稳态模拟的典型案例

案例背景

某城市新建中压燃气管网，覆盖3个居民小区和2个商业用户，设计压力为0.4MPa（表压），气源为1座门站（供气压力恒定），需通过稳态模拟验证管网设计是否满足以下要求：

1. 所有用户节点的压力在0.15MPa~0.35MPa范围内（符合城市中压管网供气规范）；
2. 各管段的流速不超过15m/s（避免管道磨损和噪音）；
3. 当单条主干管检修时，剩余管网仍能满足用户用气需求（校核管网冗余性）。

模拟工具

选用国际主流软件Synergi Gas（也可使用国产软件PNS）。

模拟步骤

1. 构建管网拓扑模型

   • 输入管段参数：管径（DN150、DN200）、管材（PE管）、管长（主干管8km，支管3km）、摩阻系数（根据管材和粗糙度确定）。
   • 输入节点参数：门站（气源节点，压力0.4MPa）、用户节点（5个，设定固定用气量，居民小区单户负荷0.2m³/h，商业用户负荷50m³/h）。
   • 定义管网结构：门站→主干管→分支管→用户节点，包含4个三通、2个球阀（全开状态）。

2. 设置边界条件

   • 气源边界：门站压力恒定为0.4MPa，气体组分（天然气，甲烷含量95%）。
   • 负荷边界：5个用户节点的用气量为固定值，总负荷200m³/h。
   • 环境边界：温度恒定为20℃，忽略高程变化（平原地区）。

3. 执行稳态水力计算
   软件基于连续性方程（节点流量守恒）和能量方程（管段压力损失计算）求解，得到以下核心结果：

   节点类型	节点压力	管段流速	是否满足要求
   门站出口	0.4MPa	8m/s	是
   居民小区节点	0.28~0.32MPa	5~7m/s	是
   商业用户节点	0.25MPa	9m/s	是

4. 管网冗余性校核
   模拟主干管DN200（长度4km）检修的工况（关闭该管段两端阀门），重新计算后：

   • 剩余管网的用户节点压力最低为0.18MPa，仍高于规范下限0.15MPa；
   • 管段最大流速升至12m/s，未超过15m/s的限值。

模拟结论与应用

1. 该管网设计方案满足日常供气和检修工况的压力、流速要求，无需调整管径；
2. 优化建议：在商业用户节点增设压力监测点，确保实际运行参数与模拟结果一致。

三、稳态模拟的核心应用场景

1. 管网设计阶段：确定管径规格、阀门和调压设备的选型，验证设计方案的可行性。
2. 运营优化阶段：校核日常供气工况，调整气源压力或用户负荷分配，降低管网运行能耗。
3. 规划扩展阶段：预测新增用户对现有管网的影响，制定管网扩建方案。

四、稳态模拟的局限性

稳态模拟无法反映参数随时间的动态变化，因此不适用于以下场景：

• 用气峰谷波动（如早晚做饭时段的负荷变化）；
• 设备启停（如压缩机启动、阀门关闭）；
• 突发事故（如管道泄漏、气源中断）。
  这类场景需要使用瞬态模拟进行分析。

管网瞬态模拟的定义与案例说明

管网瞬态模拟是指在燃气管道系统处于非平衡状态下，对压力、流量、流速等关键参数随时间动态变化的过程进行的仿真分析。其核心是考虑系统参数的时间依赖性，适用于描述工况突变或动态波动的场景——例如压缩机启停、阀门开关、用气峰谷变化、管道泄漏等。

瞬态模拟的理论基础是求解可压缩流体的瞬态流动控制方程，包括瞬态连续性方程、动量方程和能量方程（偏微分方程组），相比稳态模拟的代数方程组，计算复杂度更高，但能更真实地反映管网的动态运行特性。

一、瞬态模拟与稳态模拟的核心区别

二、燃气管网瞬态模拟的典型案例

案例背景

某长输天然气管道，全长120km，设计压力6.3MPa，管径DN800，沿线设2座压气站（压缩机额定功率1500kW），末端连接城市门站。需通过瞬态模拟分析压气站1紧急停机的动态过程，验证管网是否会发生水击现象（压力骤升/骤降），以及末端门站压力是否能维持在安全供气范围（≥4.0MPa）。

模拟工具

选用长输管道专用软件SPS (Synergi Pipeline Simulator)，该软件在瞬态水击分析、设备动态响应模拟上精度较高。

模拟步骤

1. 构建管网拓扑与基础参数模型

   • 管段参数：DN800钢管，长度120km，分段建模（每20km为1段），摩阻系数取0.012（根据管材粗糙度确定）；
   • 设备参数：2座压气站，压缩机特性曲线（流量-压力-功率关系）、阀门响应时间（紧急停机时阀门全关时间10s）；
   • 节点参数：起点气源站（恒定供气流量5000m³/h）、中间压气站1和2、末端门站（用户负荷随时间波动，高峰负荷4500m³/h，低谷3000m³/h）。

2. 设置瞬态边界条件与工况触发

   • 初始稳态：管网运行压力5.5MPa，压气站1、2均正常运行，末端门站压力5.0MPa，处于稳态平衡；
   • 瞬态触发事件：模拟运行至第100s时，压气站1因故障紧急停机，阀门开始关闭，10s后完全切断；
   • 时间步长：设置为1s（步长越小，模拟精度越高，需平衡计算效率），总模拟时长600s。

3. 执行瞬态水力计算与结果分析
   软件通过分步迭代求解瞬态控制方程，输出压力-时间曲线和流量-时间曲线，核心结果如下：

   监测点	时间节点	压力值	关键现象	是否满足安全要求
   压气站1出口	100s（停机前）	5.5MPa	稳态运行	是
   压气站1出口	110s（阀门全关）	7.2MPa	压力骤升（水击波）	是（低于管道耐压极限8.0MPa）
   末端门站	150s（水击波传播至末端）	4.2MPa	压力短暂下降	是（高于最低供气压力4.0MPa）
   末端门站	600s（系统重新稳定）	4.8MPa	压气站2自动提压补偿	是

   同时，模拟显示流速变化：压气站1停机后，管段流速从初始的12m/s降至5m/s，随后在压气站2的调节下回升至10m/s，未出现流速过高或倒流现象。

4. 模拟结论与工程应用

   • 紧急停机工况下，管网压力波动处于安全限值内，未发生水击破坏；
   • 末端门站压力最低值4.2MPa，满足供气要求，无需启动应急气源；
   • 优化建议：将压气站1阀门的关闭时间延长至20s（减缓阀门动作速度），可进一步降低水击压力峰值（模拟验证可降至6.5MPa）。

三、瞬态模拟的核心应用场景

1. 事故工况分析：管道泄漏、设备故障停机、阀门误操作等突发情况的动态响应，评估管网安全裕度。
2. 调度优化：压缩机/阀门的启停时序优化，降低水击风险，减少能耗。
3. 水击防护设计：长输管道水击波的传播规律分析，确定泄压阀、缓冲罐等防护设备的安装位置和参数。
4. 峰谷负荷响应：城市管网早晚用气高峰的动态负荷变化，验证调压设备的调节能力。

四、瞬态模拟的局限性

1. 计算成本高：需大量算力和时间，尤其对于超大规模管网，需进行模型简化（如合并短管段）。
2. 输入数据要求严格：需要准确的设备特性曲线、时间序列负荷数据，数据误差会显著影响模拟结果。
3. 难以完全复现实际工况：实际管网的摩擦系数、气体组分可能随时间变化，模拟模型存在一定简化假设。