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燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台建设方案

发布时间:2023-06-06

编辑人:灵图互动

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在燃气输配管道设计和管理的实践教学中,由于设备的特殊性、教学场地有限、教学时间不足等种种限制,没有足够的实训设备和教学时间来满足教学需要。学生实习过程以听、看为主,不能操作和控制设备,学校甚至甚至减少、取消实习学时。为了解决这一难题,有必要开发和应用燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台。

燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台依托虚拟仿真软件和计算机技术,高度模拟真实的燃气输配管道运行和管理,构建了天然气长输管道、压气站场、截断阀室等虚拟场景下的虚拟仿真实验。实践内容分为内操输气工艺中控系统和外操现场虚拟场景两个类别,分别操纵中控系统和虚拟现场。通过燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台,学生可以通过燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台,掌握工艺参数控制和故障处理方法,模拟真实岗位对相关设备进行实践操作,满足实践教学的需要。 

燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台介绍

1. 燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台实践内容及基本架构

1.1 燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台实践内容

燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台教学的内容包括内操和外操2个类别、12个案例,也就是燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台输气工艺的中控系统和虚拟场景。学生可以在不同的岗位进行学习实践和数据通信,模拟运行和管理真实的输气管道。

1.1.1 燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台内操包括6个案例:输气干线流量-压降公式拟合;输气干线全线调峰;集气工况;分气工况;跨接管供气分析;管径压力参数敏感性分析。要求在中控室内模拟现场,对较复杂的工艺系统问题进行识别并分析。

1.1.2 燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台外操包括 6 个案例:首站压缩机启动;分输站虚拟计量;收发球操作;截断阀室放空操作;末站分配操作;采气树流量调节。在虚拟的条件下,按照说明手册进行相关设备的操作。

1.2 燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台基本架构

燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台基本架构分为数据层和场景层两部分。

1.2.1 燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台数据层通过建立输气管道工艺动态虚拟仿真模型,并实时向场景层传输模拟计算数据。这部分主要是利用动力设备、传热设备、分离设备和阀门设备等输气管道基础理论模型;

1.2.2 燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台场景层的虚拟计量模块显示温度、压力、液位等参数;场景层所触发的动作(例如压缩机、阀门等操作)也会传输到数据层,由数据层通过模拟计算,返回工艺系统参数的动态变化。工艺动态虚拟仿真模型与站场的三维场景模型进行实时数据交互,相当于对现实输气管道进行中控操作以及现场操作。

燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台实践内容

2. 燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台的设计

2.1 燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台工艺系统的数学模型

燃气输配管道系统包括输气管道、压气站、截断阀室、分输站等,管道模型、压缩机模型、换热器模型、气液分离器模型和阀门模型都是属于输气管道工艺系统的数学模型,为燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台提供基础数据

2.2 燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台的压气站场三维模型

用虚拟现实技术对压气站场生产工艺和设备进行三维建模,主要有压缩机车间模型、高压管组模型、气体净化和脱尘设备模型、清管器接收和发放室模型、调压计量设施模型;辅助生产工艺包括能源系统、给排水系统、通信、监控及生活系统等。学生学习工艺流程和设备结构时可以在虚拟环境中漫游,了解较复杂的设备还可以进行动画视频和看解剖图。

燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台的压气站场三维模型可以与工艺系统模型进行实时数据交换,实时计量站场的温度、压力,利用精度较高的数学模型使计量数据与实际生产数据的误差小于10%。还可以操作并还原阀门、设备等三维对象的真实生产现场。学生可以观察燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台生产设备数据的实时变化,提高动手操作的能力和实践创新的能力。

燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台的设计

燃气输配管道虚拟仿真实训教学平台让学生在不同的岗位不断重复学习实践输气管道的工艺参数和操作过程,虚拟仿真实践教学和现场教学相结合,这种循序渐进、由浅入深、由易到难的教学方式使教师的实训教学工作量及工作难度大大降低,降低了实训过程中的危险性,有利于培养学生解决复杂输气管道工程实际问题的能力,大大提升了学生的学习效果。

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