近年來，由于具有高熱值、儲量大、低碳環保等優點，天然氣在一次能源中所占的比例不斷加大。1987 年，四川建成的北半環管道與南半環管道相接形成我國第一個區域性天然氣管網; 1997年，陜京輸氣管道投產，成為我國天然氣管道追趕世界先進水平的起點; 2004 年西氣東輸天然氣干線建成投產，標志著我國油氣管道工程建設水平跨入世界先進行列; 2011 年西氣東輸二線干線建成投產，管徑 1219，設計輸量 300×108m3/ a，在世界范圍內首次大規劃模采用 X80 鋼。2013 年中緬油氣管道建成投產，通過中貴線把中緬天然氣管道和西氣東輸系統連接在一起，同時溝通了新疆地區、長慶氣區和四川氣區聯絡的通道。我國天然氣管道總里程已超過 3．1×104km，基本形成油氣管網格局。在這樣的背景下，輸氣管道設計與管理成為油氣儲運工程專業最重要的專業課程之一。
1 輸氣管道課程簡介
油氣儲運是一個綜合性的學科，上到礦場石油天然氣開采、運輸，下到煉廠碼頭石油產品的煉制及儲存，都屬于儲運涉獵的范圍。輸氣管道課程的學習目的是使學生全面掌握天然氣的物性計算和工藝處理方法及設計，壓氣站布置等，故需要以一些必修課程為基礎。如天然氣基本熱物性的計算涉及工程熱力學、物理化學的知識，天然氣傳輸過程的溫度變化規律和熱力計算涉及傳熱學的知識，天然氣輸送過程中的水力計算、管輸工藝的設計涉及流體力學的知識。
輸氣系統主要包括三個大類: 礦場集氣、干線輸氣和城市配氣。而輸氣管道課程的基本內容也是按天然氣從上游到下游的所涉及的計算進行講述。首先介紹天然氣物理化學性質的計算及凈化工藝。然后由質量守衡、能量守衡和動量定理推導天然氣管流計算的基本方程，由基本方程總結推導出輸氣管在各種工況下的水力計算，由能量守衡和熱力學定律推導輸氣管的溫度分布和熱力計算，介紹水合物的形成機理和抑制過程，根據壓縮機的工作原理給出輸氣站的工作特性，根據輸氣管的工況特點和輸氣站的工作特性分析運行參數變化對工況的影響并對壓力站的布置與參數進行優化設計。最后介紹城市配氣系統的水力計算及配氣管網的設計。
2 3Dmax 和 flash 虛擬動畫技術
3Dmax 全稱為 3D Studio Max，是 Autodest 公司開發的基于 PC 系統的三維動畫渲染和制作軟件。其應用范圍很廣泛，如游戲動畫、建筑動畫、室內設計、影視設計等。3Dmax 在場景設計方面具有獨到的優勢。特別是借助 VＲ 燈光設置，使得它在室內設計和漫游獲得廣泛的應用。而在建模方面，除了可以導入其它建模軟件\\( 如 Solid-work、AutoCAD、Maya\\) 的模型之外，3Dmax 還內置三種建模技術: 網格 MESH 建模、多邊形 POLY-GON 建模、面片 PATCH 建模、NUＲBS\\( 非均勻有理 B 樣條線\\) 建模。這三項技術可以互相轉換，各有優勢。
Flash 是一款矢量動畫制作軟件，以流式控制技術和矢量技術為核心，對影片進行剪輯。Flash動畫制作軟件的界面分為四個部分:
\\( 1\\) 舞臺。在視頻的回放過程中，顯示圖形、按鈕、視頻、文字等內容的位置，以方便調整視頻中的界面內容。
\\( 2\\) 時間軸。顯示圖形及其它元素的時間，方便調整舞臺上各個內容的時間長短和分層順序。
\\( 3\\) 庫面板。顯示 flash 文檔中媒體元素列表的位置。
\\( 4\\) Action Script。向 flash 文檔的媒體元素添加交互式內容。
3 虛擬動畫技術在輸氣管道教學中的應用實例
輸氣管道的課程涉及的一些內容比較抽象，且在日常生活中不易見到。借助虛擬動畫技術可以形象地展示這部分內容。如利用 3Dmax 建模技術模擬水合物的結構模型、壓縮機的結構原理，管道運行的泄漏工況，輸氣站的平面布置; 利用flash 動畫制作展現天然氣節流效應的原理，天然氣的分離、除塵、脫水、脫酸工藝，天然氣水合物的形成機理，管道的首站壓力、末站壓力變化對沿線壓力分布和管線輸量的影響及壓縮機組部分或全部停運、管道定期分氣集氣對運行工況的影響。
以天然氣水合物\\( 簡稱水合物\\) 為例。水合物是輸氣管熱力計算的一部分內容，教學中的構思分為微觀和宏觀兩個方面。微觀上分析水合物結構模型和形成機理，宏觀上分析水合物的形成條件并總結預防水合物形成的措施。在這部分教學環節中，基于 3Dmax 建立水合物結構模型，基于 flash 制作水合物形成過程動畫。
3．1 3Dmax 建模
天然氣水合物是天然氣與水在一定的溫度和壓力下形成的一種外觀像冰的籠形化合物。但水合物的晶體結構與冰不同。目前已確定的天然氣水合物晶體結構有 I 型、II 型和 H 型 3 種類型。I型結構由 2 個小籠 6 個大籠組成，小籠為正五邊形的十二面體，大籠為 12 個正五邊形和 2 個正六邊形組成的十四面體。II 型結構由16 個小籠和8個大籠組成，大籠為 12 個正五邊形和 4 個正六邊形組成的十六面體。H 型結構由 3 個小籠、2 個中籠、1 個大籠組成，大籠為 12 個正五邊形和 8個正六邊形組成的 20 面體，中籠為 3 個正四邊形、6 個正五邊形、3 個正六邊形組成的 12 面體。
利用 3Dmax 中的多邊形建模，建立所需要的多邊形，然后借助移動、旋轉、捕捉、縮放等輔助工具將多邊形拼接組合，最后利用 attach 命令合并模型。
如圖 1。每個籠子的模型建立完畢之后，為了方便觀察和學習，可以利用 3Dmax 的場景動畫和燈光設置，使每個模型在演示的時候自動緩慢地旋轉，也可以手動控制旋轉角度?！緢D1.略】
3．2 flash 動畫制作
在水合物中，水分子作為主體通過氫鍵網絡形成不同形式的籠子，而氣體分子作為客體被包絡在籠中。一個籠子只能容納一個氣體分子，它們之間通過范德華力相互吸引，形成穩定結構。
天然氣的形成機理可以總結為 3 個過程: \\( 1\\) 氣體分子在水中溶解。\\( 2\\) 水分子以氫鍵形成籠子，與靠近它的氣體分子結合，形成穩定的水合物晶核。\\( 3\\) 水合物晶核形成后晶體繼續增長。通過 flash 的繪圖工具繪制每個階段的結構圖，然后利用遮罩、補間動畫、逐幀動畫等功能虛擬出水合物形成的過程。如圖 2?！緢D2.略】
隨著天然氣管道管網的發展，輸氣管道的重要性日漸突出。輸氣管道的教學內容大多為施工類，對在校的學生來說，平時很難有機會到現場學習，而 3Dmax 和 flash 虛擬動畫技術在一定程度上解決了這個困擾。作為輔助教學工具，虛擬動畫技術在輸氣管道的教學中具有非常廣大的的應用前景。
參 考 文 獻
［1］ 黃維和． 我國油氣儲運技術的發展［J］． 油氣儲運，2013，\\( 6\\) : 411－415．
［2］ 李玉星，姚光鎮． 輸氣管道設計與管理: 第二版［M］． 東營:中國石油大學出版社，2009．
