为能源管网“精准号脉” 我校学子斩获2项全国大学生油气储运仿真创新大赛一等奖

新闻网讯（通讯员 陈金建）8月16日，第五届全国大学生油气储运工程数值仿真技能创新大赛全国总决赛在中国石油大学（北京）圆满落幕。我校3支参赛队伍斩获本科组一等奖2项、研究生组二等奖1项，本科赛道一等奖获奖数量创学校参赛以来历史最佳；学校获评赛事“优秀组织单位”，实现竞赛成绩与组织荣誉的“大满贯”。

本次大赛由中国石油学会、中国石油教育学会、中国仿真学会联合主办，是全国油气储运工程领域具有专业性和影响力的高水平学科竞赛。赛事共吸引全国22所高校、230余项作品同台竞技。经过赛区评审、现场答辩、综合评议等多环节激烈角逐，由石油工程学院张引弟教授团队指导的“魔童降世队”“数智管网先锋队”两支本科生参赛队伍脱颖而出，包揽全国8个本科生一等奖中的2席；由刘自龙老师指导的“燃能逐梦团队”获得研究生组二等奖。

透视压气站局部流场 让看不见的涡流“显形”

压气站是天然气管网的“心脏”，站内管道纵横交错，压缩机启停或工况切换时，压力与流量的剧烈波动常引发复杂涡流和压力分布不均。传统一维仿真只能得到管道进出口的宏观参数，这些局部流动细节长期处于“看不见”的状态。

荣获一等奖的“魔童降世队”确立了一维－三维协同仿真技术的研究路径。团队依托长江大学石油与天然气工程一流学科优势，融合一维全域仿真与三维精细建模仿真技术，对站内关键管道开展三维流场分析，实现了宏观管网系统与局部精细流动的协同分析。在瞬态工况模拟方面，团队复现了压缩机事故停机、工况调节等场景下站内压力、流量波动的全过程，预判压力冲击带来的安全隐患，为运行预案编制提供了量化依据。同时，团队还搭建了碳排放测算工具，兼顾安全运行与节能降碳需求。

“局部流动细节难以直观呈现，一直是站场安全运行的盲区。”项目负责人、石油工程学院储运22301班侯青杙同学表示，通过一维－三维协同仿真，站内管道交汇处的压力突变可以提前捕捉，为事故预防提供了可视化手段。该团队的项目模型基于国内实际压气站工程参数搭建，仿真结果可与工程一维仿真软件结果相互对标校核，相关分析方法可为压气站的方案设计、运行预案编制提供参考依据。

“从模型搭建到参数校核，从方案优化到答辩演练，前后迭代了几十版仿真模型。”侯青杙坦言，“最大的收获不是一等奖本身，而是学会了用数值仿真真正解决工程问题。能用自己所学的专业知识，为国家管网仿真自主可控贡献一份力量，是我们最大的成就感来源。”

给管网装上“智慧大脑” 让管网扩容方案“选得准”

“魔童降世队”聚焦的是压气站内的微观流场，同样荣获一等奖的“数智管网先锋队”面对的是整个管网系统的宏观调度与扩容难题。

聚焦多气源复杂管网运行调度中“方案靠人工试算”的痛点，“数智管网先锋队”立足国产仿真平台，自研水力热力耦合计算模块，构建了“自研程序+PipeChinaSim国产平台”双轨验证体系。团队融合BWRS状态方程、柯尔布鲁克摩阻公式和压缩机相似定律，不借助国外商业软件内核，独立完成物性、压降、温降、压缩机性能迭代计算。程序可在边界约束内批量生成运行方案，自动校验约束，直接输出可行调度方案，与国产平台仿真结果高度吻合。

面对管网远期输量大幅增长的扩容需求，团队通过大量工况仿真，精准识别出管网系统的两大输送瓶颈，据此提出4套改造方案。团队构建了经济、可靠性、环保三维度定量评价体系——经济上用费用现值法折算30年全生命周期成本，可靠性上基于递阶分配法计算系统可靠度，环保上计算单位输量碳排放强度和甲烷泄漏风险。四套方案中，方案二可靠性第一、综合经济性最优，作为推荐方案；方案三能耗最低、碳排放最少，作为低碳优先备选。

在事故工况方面，团队模拟了压气站全部机组失效的极端事故，瞬态仿真定量计算出停运后的输量损失和关键节点压力变化，精准识别出管网最薄弱节点。此外，团队还引入三维精细流场校核，实现“一维全域快速计算+三维局部精细校核”的多尺度协同，让仿真结果更加精准可靠。

挑战“寒区”难题 为冻土管道精准“体检”

我国中俄原油管道等重大能源管线穿越441公里不连续多年冻土带，其中强融沉区段达120公里。全球气候持续变暖叠加管道热油输送，管周冻土不断融化，产生不均匀融沉变形，容易造成管道屈曲、变形甚至原油泄漏。历史上，格拉输油管线就曾因冻土融沉发生数十次泄漏事故，数百公里管段被迫改线重铺，造成巨大经济与生态损失。

聚焦这一寒区管道安全难题，荣获二等奖的“燃能逐梦团队”面向多年冻土－季节性冻土交错带埋地输油管道，建立了油温-冻融-管土力学响应多场耦合仿真模型，模拟管道长达30年长期服役全过程，厘清了气候变暖叠加热油扰动双重作用下管道风险随时间发展的演化规律。团队打破传统“只评状态、不评寿命”的评价模式，整合了von-Mises强度准则、拉压应变准则、椭圆化截面变形准则三套失效判据，并建立线性、平移幂函数、指数趋稳3套时序预测模型，实现了从“是否安全”到“何时失效”的定量寿命预测。

团队将复杂三维建模、网格划分、多场耦合求解、后处理全部封装为参数化仿真APP，工程师仅需填入管径、壁厚、运行内压、融沉区长度、覆土厚度等基本参数，即可一键完成仿真计算，极大降低了冻土管道仿真门槛。该APP可对比不同壁厚、设计压力、融沉区段长度下管道30年全周期响应，辅助确定合理设计参数与安全运行边界，既避免过度保守造成钢材浪费，也防止参数选型不足埋下远期隐患。

目前，“燃能逐梦团队”的项目已基于国产伏图Simdroid多物理场平台完成建模、求解和APP开发，验证了国产自主可控仿真软件在冻土－管道热－力耦合复杂工程问题上的求解能力，为减少油气行业对国外有限元软件依赖提供了有力支撑。

“这次参赛让我们真正体会到，数值仿真不是纸上谈兵，而是解决实际工程问题的利器。”项目负责人张庆杰表示，从模型搭建到APP封装，团队反复验证、不断优化，“我们希望这个工具能真正走向工程一线，为寒区管道安全设计提供参考。”

优异成绩的取得，与长江大学石油与天然气工程一流学科的深厚积淀密不可分。近年来，学校锚定“双一流”建设目标，持续深化教育教学改革，引导青年学子主动对接国家重大战略需求，在管网仿真技术自主可控、智慧管网建设等方向持续探索。

“三支获奖队伍的作品正是油气储运工程学科将数值仿真技术与工程实际深度结合的典型成果，展现了扎实的工程实践能力和创新思维。”石油工程学院相关负责人表示，学院将继续坚持以赛促学、以赛促教、以赛促创，将学科竞赛融入课堂教学、科研训练和创新创业教育，面向国家能源安全和油气行业绿色化、数字化转型需求，深化科教融汇和实践育人，引导青年学子在能源领域前沿勇于探索、善于创新，为保障国家能源安全贡献青春智慧。

（审核 张昊 编辑 杨云锋）