Моделювання властивостей газоводневих сумішей для прогнозування параметрів витікання із розподільних мереж

Анотація

Розроблено та валідовано прості інженерні математичні моделі для визначення ключових термодинамічних властивостей, що є основою для підвищення точності прогнозування параметрів витікання газоводневих сумішей в умовах газорозподільних мереж. Для створення надійної бази еталонних даних, на основі якої проводилась розробка моделей, згенеровано вичерпний масив значень у програмному комплексі PVTsim Nova за фундаментальним рівнянням стану GERG-2008. Дослідженням охоплено п'ятдесят базових компонентних складів природного газу, що відображають варіативність його якості в реальних мережах України. Моделювання проведено для абсолютних тисків від 0,1 до 1,3 МПа та температур від 243,15 до 323,15 К, що повністю охоплює діапазон експлуатації розподільних мереж. Мольний вміст водню в складі газоводневої суміші варіювався від 0 до 20 %. На основі отриманих даних розроблено регресійні рівняння степеневого типу для розрахунку фактора стисливості, показника адіабати та швидкості звуку як функцій від тиску, температури, відносної густини суміші за повітрям та мольної концентрації водню. Проведено валідацію розроблених моделей шляхом порівняння з еталонними даними. Встановлено високу точність та адекватність запропонованих рівнянь у всьому дослідженому діапазоні. Визначено, що для моделі фактора стисливості максимальна відносна похибка по модулю становить 0,44 %, а коефіцієнт детермінації 0,995. Для показника адіабати відповідні значення складають 0,93 % та 0,914; для швидкості звуку – 1,5 % та 0,998. Аналіз розподілу похибок підтвердив стабільність моделей та виявив лише незначні систематичні зміщення для показника адіабати та швидкості звуку. Запропоновані математичні моделі мають просту аналітичну структуру та не потребують ітераційних процедур, що дозволяє їх пряму імплементацію в інженерні методики для оперативного розрахунку параметрів витікання та виробничо-технологічних витрат і втрат газу у розподільних мережах.