蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法技术

本发明专利技术提供一种蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法。本发明专利技术通过考虑蒸汽压力、温度等参数沿管网运输时的波动以及周围环境的变化，建立了多汽源复杂管网水力热力耦合计算模型，计算结果可以有效指导运行管理人员对管网运行状态进行判断。在此基础上，通过建立管网损失量计算模型，了解管网漏损量和保温情况，实现严格的管网热损评估。鉴于人工监测难以实现对全部管网的覆盖，因此提出了管网动态监测预警模型，实现了管网状态可视化及在线监测，运行人员可以随时获得管网运行状态参数，用户也可以随时了解相关管网的运行状态及保温情况，当管网出现故障或保温破损时可以及时采取相关安全措施，保障管网安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法
本专利技术涉及蒸汽系统仿真计算及能源高效利用领域，尤其涉及一种蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法。
技术介绍
作为蒸汽的主要载体，蒸汽管网是钢铁和化工企业输送蒸汽的重要部分，具有多汽源、多用户、覆盖面积广、包含多级压力并具有许多环路，管网的运行状态直接影响蒸汽品质和系统能量利用率。蒸汽管网安全运行需要精确掌握蒸汽压力、温度、流量等实时状态参数，才能为运行人员优化调度提供可靠的数据支撑。但由于在实际生产运行过程中，蒸汽管网结构复杂，普遍存在蒸汽泄漏、管道保温老化、产生凝结水等问题，蒸汽状态动态变化，加之相关测量装置老化且分布不合理，难以精准测量蒸汽流量、压力和温度等参数，所测量的数据精度低，数据误差大，导致运行人员难以及时准确掌握管网蒸汽实时状态。而且以往的蒸汽管网计算往往采用理想化的计算方法，忽视了实际运行过程中管网结构变化，难以实现管网损失量的计算和漏损定位，不能对管网运行状态进行全面监测，导致蒸汽供需不平衡的现象时有发生，既影响各工序的生产，又造成了能源浪费。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法。本专利技术实现了蒸汽参数动态计算及管网状态在线监测，能够对管网保温精确评价，有效提高蒸汽管网状态参数计算的精确性，实现了管网的数字化和精准控制优化。本专利技术采用的技术手段如下：一种蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法，包括如下步骤：步骤1、基于管网基本信息和历史运行数据建立管网水力热力耦合计算模型，综合考虑蒸汽状态参数沿管网输送时的变化以及管网拓扑结构和周围环境的变化对计算参数进行修正，保证模型的计算精度。步骤2、基于耦合计算结果：节点压力、温度等，建立管网损失量计算模型，通过对冷凝水量和质量流量进行检验计算，进而求解各管段的热损失量，对管网进行热损失评价。通过对管线实际热流密度和设计热流密度进行比较，依据保温评价标准对管段保温效果进行判断，分析保温改造节能潜力，并基于此提出有效合理的保温改造措施。步骤3、基于管网耦合计算和损失量计算结果，建立管网参数动态监测预警模型，通过设置各管段主要参数预警值的方式对管网预设的主要运行参数进行监测预警，实现对管网异常点的精确定位，记录相关异常信息，并将异常数据及信息存储在数据库中，方便查询。步骤4、基于管网耦合计算和损失量计算结果，对蒸汽系统固定生产周期内的生产状况、产汽量、蒸汽温度、压力、品质、用户需求量、使用量等具体生产情况汇总分析，建立管网主要运行指标趋势分析和蒸汽系统供需分析模型，指导运行人员制定合理的生产计划，实现蒸汽资源的合理分配调度。进一步地，所述步骤1中获取的管网基本信息和历史运行数据，管网基本信息包括：管网静态属性信息和实时动态参数。管网静态属性信息主要包括各管段管材、管径、管长、保温材料、保温厚度等。实时动态参数包括：各节点运行压力、温度、流量等动态信息；历史运行数据包括历史管网基本属性及异常信息。进一步地，所述步骤1中所述管网拓扑结构和周围环境的变化包括：各管段、节点的增加、删除、改变，管材、管径、管段保温的变化以及周围环境温度的变化。进一步地，所述步骤1中管网水力热力耦合计算模型的建立包括如下步骤：步骤一、获取企业蒸汽系统基本属性信息，包括蒸汽管网拓扑结构及相关历史数据、蒸汽生产设备和用户基本属性信息，并按照蒸汽系统运行结构将整个系统划分为转换系统、输送系统和用户系统。将汽源节点、内部节点和用户节点分为参考节点、计算节点和检验节点，采用节点-管段关联矩阵描述管网的拓扑关系，即使管网连接关系发生变更时也可以准确描述、精确计算。其中，参考节点状态参数已知，主要用于提供计算所需的数据，计算节点的状态参数未知，需要耦合计算，检验节点一方面用于检验模型的准确性，另一方面用于对其数据进行监测以及发现管网运行过程中的异常。步骤二、建立管网基本信息数据库，方便之后计算结果的查询和存储。基本信息具体包括：管长、管径、管材、各节点压力、温度、管段流量、蒸汽密度、动力粘度、修正系数、管段当量绝对粗糙度、蒸汽流速、雷诺数、摩擦阻力系数、冷凝水量、保温材料、导热系数等。步骤三、在保留管网基本特征信息的基础上对实际管网进行简化，方便后续计算建模及数据处理。其中，管网简化主要依据：“管段编号时管网主路在前，支路在后”且“一个管段有且必有两个节点，一个节点至少连接一根管段，同一节点可同时连接不同管段并作为不同管段的起点和终点”原则。实际管网必须按照这些原则进行简化，否则将无法进行管网辨识及后续计算处理。步骤四、基于基尔霍夫定律，利用节点流量守恒方程、管段压降计算式、管段温降计算式和IAPWS-IF97公式以及流体力学中蒸汽物性参数计算式，建立蒸汽管网耦合计算模型，对节点参数进行求解；步骤五、将管网耦合计算结果存储在相关数据库中，方便后续计算和查询。进一步地，所述步骤四中，采用如下公式建立蒸汽管网耦合计算模型：节点流量守恒方程：AG+L＝0管段压降计算公式：ATP＝ΔP管段温降计算公式：ATT＝ΔTIAPWS-IF97公式：其中，A为节点-管段关联矩阵；G为管段流量向量，m3/s；L为节点负载流量向量；P为节点压力向量；T为节点温度向量；ΔP为管段压力向量；ΔT为管段温降向量；R为气体常数；为无量纲形式的比吉布斯能理想气体部分对对比压力的偏导数；为无量纲形式的比吉布斯能过余部分对对比压力的偏导数。进一步地，所述步骤2中建立管网损失量计算模型主要包括以下步骤：步骤一、基于热量守恒构建管网损失量计算模型，具体地：热量守恒方程：hin＝hout+Qsr+Qln管段流量计算式：热损失计算式：其中，Qsr为散热损失，kJ；Qln为冷凝水热损失，kJ；h1为内侧对流换热系数；h2为外侧对流换热系数；d2为保温层外径，m；d1为蒸汽管内径，m；l为管长，m。步骤二、依据计算所得的节点压力、温度等对冷凝水量和质量流量进行计算，对比管线实际热流密度与设计热流密度，依据保温评价标准对管段保温效果进行评价并提出相应的改造措施。步骤三、将管网损失量计算结果存储在相关数据库中，方便之后进行查询。进一步地，利用损失量计算模型对管线实际热流密度和设计热流密度进行比较时，依据保温评价标准GB/T81742008对保温效果进行评价。进一步地，所述步骤3中建立管网主要参数动态监测预警模型主要包括以下步骤：步骤一、根据不同季节、不同环境、不同生产计划对管网参数设定预警上下限值，并且预警值可以根据管网实际运行状态进行灵活调整，能极大地提升模型的适用性和准确性。步骤二、当管网出现异常时，首先对异常信息进行判断。触发下限预警值时，首先对主蒸汽生产设备生产状况进行判断，当设备处于正常生产状况而管网参数达到下限预警时，通过发出下限预警信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1、基于管网基本信息和历史运行数据建立管网水力热力耦合计算模型，综合考虑蒸汽状态参数沿管网输送时的变化以及管网拓扑结构和周围环境的变化对计算参数进行修正；/n步骤2、基于耦合计算结果，建立管网损失量计算模型，通过对冷凝水量和质量流量进行检验计算，进而求解各管段的热损失量，对管网进行热损失评价，通过对管线实际热流密度和设计热流密度进行比较，依据保温评价标准对管段保温效果进行判断，分析保温改造节能潜力，并基于此提出保温改造措施；/n步骤3、基于管网耦合计算和损失量计算结果，建立管网参数动态监测预警模型，通过设置各管段主要参数预警值的方式对管网预设的主要运行参数进行监测预警，定位管网异常点，记录相关异常信息，并将异常数据及信息存储在数据库中；/n步骤4、基于管网耦合计算和损失量计算结果，对蒸汽系统固定生产周期内的生产状况、产汽量、蒸汽温度、压力、品质、用户需求量、使用量的具体生产情况汇总分析，建立管网主要运行指标趋势分析和蒸汽系统供需分析模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、基于管网基本信息和历史运行数据建立管网水力热力耦合计算模型，综合考虑蒸汽状态参数沿管网输送时的变化以及管网拓扑结构和周围环境的变化对计算参数进行修正；
步骤2、基于耦合计算结果，建立管网损失量计算模型，通过对冷凝水量和质量流量进行检验计算，进而求解各管段的热损失量，对管网进行热损失评价，通过对管线实际热流密度和设计热流密度进行比较，依据保温评价标准对管段保温效果进行判断，分析保温改造节能潜力，并基于此提出保温改造措施；
步骤3、基于管网耦合计算和损失量计算结果，建立管网参数动态监测预警模型，通过设置各管段主要参数预警值的方式对管网预设的主要运行参数进行监测预警，定位管网异常点，记录相关异常信息，并将异常数据及信息存储在数据库中；
步骤4、基于管网耦合计算和损失量计算结果，对蒸汽系统固定生产周期内的生产状况、产汽量、蒸汽温度、压力、品质、用户需求量、使用量的具体生产情况汇总分析，建立管网主要运行指标趋势分析和蒸汽系统供需分析模型。


2.根据权利要求1所述的蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法，其特征在于，所述步骤1中获取的管网基本信息和历史运行数据，具体包括管网各生产设备和用户基本属性、各管段基本属性和拓扑连接关系、蒸汽品质、压力、温度、流量；其中，将整个蒸汽系统按照职能划分为转换系统、输送系统和用户系统。所述转换系统即汽源节点，既可以是产汽设备也可以是转换设备，具体包括：余热回收设备、蒸汽动力设备、热电机组设备；汽源节点基本属性包括：产汽量、蒸汽品质及其他状态参数；所述输送系统包括蒸汽管网，其中，管网主要参数包括：管长、管径、管段流量、管段输水流量、阀门属性、管段进出口压力、温度、管件个数及基本属性、保温层基本属性；所述用户系统包括生产和生活用户，用于确定用户节点蒸汽需求量。


3.根据权利要求1所述的蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法，其特征在于，所述步骤1中管网水力热力耦合计算模型的建立包括如下步骤：
步骤11、获取企业蒸汽系统基本属性信息，包括蒸汽管网拓扑结构及相关历史数据、蒸汽生产设备和用户基本属性信息，并按照蒸汽系统运行结构将整个系统划分为转换系统、输送系统和用户系统，将汽源节点、内部节点和用户节点分为参考节点、计算节点和检验节点，采用节点-管段关联矩阵描述管...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琦，赵磊，武双，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21