一种蒸汽管网仿真计算方法、存储介质及设备技术

本发明专利技术公开了一种蒸汽管网仿真计算方法、存储介质及设备，1、获取蒸汽管网的相关参数；2、将管道按照步长依次划分为ψ段；3、初始化参数ξ；4、根据温度t

【技术实现步骤摘要】
一种蒸汽管网仿真计算方法、存储介质及设备


[0001]本专利技术涉及一种蒸汽管网仿真计算方法、存储介质及设备。

技术介绍

[0002]蒸汽在管网输送过程中存在下述现象：
[0003]第一、状态参数变化大，并伴随相变发生，会产生冷凝和二次汽化。
[0004]第二、蒸汽由于管壁散热而冷却，沿途会产生凝结水，形成湿蒸汽。
[0005]第三、湿蒸汽在管路内流动时，状态参数变化较大，会伴随相态变化，经过阻力较大的阀门时，被绝热节流，虽焓值不变，但压力下降，体积膨胀，湿蒸汽又可成为节流后压力下的饱和蒸汽或过热蒸汽。
[0006]第四、若管网中出现湿蒸汽，则管网内介质的流动会发生根本性的变化，管网内的流动传热过程和流动传热规律则更为复杂。即使对于饱和蒸汽、过热蒸汽的流动，蒸汽的密度、比热等参数也会发生较大的变化。
[0007]综上所述，蒸汽状态参数变化较大的特点是蒸汽管网比热水管网在设计和运行管理较为复杂的主要原因之一，准确计算蒸汽在管网输送过程中的状态参数是进行蒸汽管网水力计算的基础。
[0008]目前，蒸汽管网水力计算公式没有考虑蒸汽的可压缩性与状态参数变化对水力计算结果的影响，对管网运行过程的水力、热力分析主要依据设计与运行管理人员的经验，也会导致较大的误差，严重影响蒸汽管网管径与保温层厚度的确定，其中，水力计算与热力计算分别计算：水力计算主要靠人工查取水力计算图表进行近似计算；热力计算仅是观察管网散热损失和各点状态参数，不考虑散热损失造成的压力降，计算效率较低，且难以对多个方案进行准确计算，导致产生的误差特别大，造成蒸汽管网设计计算水平低。

技术实现思路

[0009]针对上述问题，本专利技术提供一种蒸汽管网仿真计算方法、存储介质及设备，针对蒸汽管网压力损失和温降损失，提出蒸汽管网水力、热力计算方法，提高蒸汽管网水力、热力计算的准确性，从而为大型蒸汽管网仿真设计计算与运行调度提供准确可靠的理论依据。
[0010]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0011]一种蒸汽管网仿真计算方法，包括如下步骤：
[0012]步骤1、获取蒸汽管网的相关参数，包括管道规格、管道输送流量、管道始端蒸汽的温度t1和压力p1、包括附件长度的管道总展开长度L、蒸汽管道所在地的风速η和环境温度t
a
、管道保温结构的参数；
[0013]步骤2、设置管道划分步长τ，将管道按照步长依次划分为ψ段，分别记为L1段、L2段
……
L
ψ
段，其中，第L1至第L
ψ
‑1段的管道长度为τ，第L
ψ
段的管道长度≤τ；
[0014]步骤3、初始化参数ξ＝1；
[0015]步骤4、根据第L
ξ
段管道始端蒸汽的温度t
ξ
和压力p
ξ
，通过IAPWS
‑
IF97公式计算第
L
ξ
段管道始端蒸汽比容υ
ξ
和始端蒸汽热焓i
ξ
；
[0016]步骤5、计算第L
ξ
段管道末端处的压降Δp
ξ
，L
ξ
末端处的压力即为第L
ξ+1
段管道始端的压力p
ξ+1
，p
ξ+1
＝p
ξ
‑
Δp
ξ
；
[0017]步骤6、计算第L
ξ
段管道总散热损失q
总ξ
，根据第L
ξ
段管道始端蒸汽热焓i
ξ
和管道总散热损失q
总ξ
计算出第L
ξ
末端处蒸汽热焓i
ξ+1
；
[0018]步骤7、根据第L
ξ
段末端处压力p
ξ+1
和蒸汽热焓i
ξ+1
，通过IAPWS
‑
IF97公式计算第L
ξ
段末端温度t
ξ+1
和比容υ
ξ+1
；
[0019]步骤8、判断ξ的值是否等于ψ，若等于ψ，则结束；如果不等于ψ，则ξ的值加1，进入步骤4，直至循环结束。
[0020]优选，步骤5中，计算第L
ξ
段管道末端处的压降Δp
ξ
具体包括如下步骤：
[0021]步骤501、根据第L
ξ
段管道输送流量Q
ξ
和管径d
ξ
计算出管道内介质流速w
ξ
：
[0022][0023]式中，υ为管道蒸汽平均比容，m3/kg，取值为第L
ξ
段管道始端蒸汽比容υ
ξ
；
[0024]步骤502、计算第L
ξ
段管道的总阻力系数φ
ξ
：
[0025][0026]式中，λ
ξ
为第L
ξ
段管道摩擦系数；L为包括附件长度的管道总展开长度；Ld
ξ
为第L
ξ
段管道局部阻力损失当量长度；
[0027]步骤503、计算第L
ξ
段管道压降Δp
ξ
：
[0028]若管道采用旋转式补偿器，则：
[0029]当管道中介质流速≤10m/s时：
[0030][0031]当管道中介质流速大于10m/s时：
[0032][0033]若管道采用非旋转式补偿器，则：
[0034][0035]式中，ρ
ξ
为介质的平均密度，H1、H2分别为第L
ξ
段管道起点和终点的标高。
[0036]优选，Ld
ξ
根据管道采用的热补偿形式进行取值：
[0037]对自然补偿形式，Ld
ξ
＝0.4L；
[0038]对波纹管补偿形式，Ld
ξ
＝0.1L。
[0039]优选，步骤6中，计算第L
ξ
段管道总散热损失q
总ξ
具体包括如下步骤：
[0040]步骤601、计算第L
ξ
段管道单位散热损失q
1ξ
[0041][0042]式中，t
1ξ
为第L
ξ
段管道的外表面温度，t
aξ
为第L
ξ
段管道环境温度，λ
iξ
为第L
ξ
段管道第i层保温材料的导热系数，D
iξ
为第L
ξ
段管道第i层保温层外径，D
nξ
为第L
ξ
段管道最外层保温层外径，D0为管道外径，n为第L
ξ
段管道保温层层数且保温层层数编号由内到外递增，α...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蒸汽管网仿真计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、获取蒸汽管网的相关参数，包括管道规格、管道输送流量、管道始端蒸汽的温度t1和压力p1、包括附件长度的管道总展开长度L、蒸汽管道所在地的风速η和环境温度t
a
、管道保温结构的参数；步骤2、设置管道划分步长τ，将管道按照步长依次划分为ψ段，分别记为L1段、L2段
……
L
ψ
段，其中，第L1至第L
ψ
‑1段的管道长度为τ，第L
ψ
段的管道长度≤τ；步骤3、初始化参数ξ＝1；步骤4、根据第L
ξ
段管道始端蒸汽的温度t
ξ
和压力p
ξ
，通过IAPWS
‑
IF97公式计算第L
ξ
段管道始端蒸汽比容υ
ξ
和始端蒸汽热焓i
ξ
；步骤5、计算第L
ξ
段管道末端处的压降Δp
ξ
，L
ξ
末端处的压力即为第L
ξ+1
段管道始端的压力p
ξ+1
，p
ξ+1
＝p
ξ
‑
Δp
ξ
；步骤6、计算第L
ξ
段管道总散热损失q
总ξ
，根据第L
ξ
段管道始端蒸汽热焓i
ξ
和管道总散热损失q
总ξ
计算出第L
ξ
末端处蒸汽热焓i
ξ+1
；步骤7、根据第L
ξ
段末端处压力p
ξ+1
和蒸汽热焓i
ξ+1
，通过IAPWS
‑
IF97公式计算第L
ξ
段末端温度t
ξ+1
和比容υ
ξ+1
；步骤8、判断ξ的值是否等于ψ，若等于ψ，则结束；如果不等于ψ，则ξ的值加1，进入步骤4，直至循环结束。2.根据权利要求1所述的一种蒸汽管网仿真计算方法，其特征在于，步骤5中，计算第L
ξ
段管道末端处的压降Δp
ξ
具体包括如下步骤：步骤501、根据第L
ξ
段管道输送流量Q
ξ
和管径d
ξ
计算出管道内介质流速w
ξ
：式中，υ为管道蒸汽平均比容，m3/kg，取值为第L
ξ
段管道始端蒸汽比容υ
ξ
；步骤502、计算第L
ξ
段管道的总阻力系数φ
ξ
：式中，λ
ξ
为第L
ξ
段管道摩擦系数；L为包括附件长度的管道总展开长度；Ld
ξ
为第L
ξ
段管道局部阻力损失当量长度；步骤503、计算第L
ξ
段管道压降Δp
ξ
：若管道采用旋转式补偿器，则：当管道中介质流速≤10m/s时：当管道中介质流速大于10m/s时：若管道采用非旋转式补偿器，则：
式中，ρ
ξ
为介质的平均密度，H1、H2分别为第L
ξ
段管道起点和终点的标高。3.根据权利要求2所述的一种蒸汽管网仿真计算方法，其特征在于，Ld
ξ
根据管道采用的热补偿形式进行取值：对自然补偿形式，Ld
ξ
＝0.4L；对波纹管补偿形式，Ld
ξ
＝0.1L。4.根据权利要求2所述的一种蒸汽管网仿真计算方法，其特征在于，步骤6中，计算第L
ξ
段管道总散热损失q
总ξ
具体包括如下步骤：步骤601、计算第L
ξ
段管道单位散热损失q
1ξ
式中，t
1ξ
为第L
ξ
段管道的外表面温度，t
aξ
为第L
ξ
段管道环境温度，λ
iξ
为第L
ξ
段管道第i层保温材料的导热系数，D
iξ
为第L
ξ
段管道第i层保温层外径，D
nξ
为第L
ξ
段管道最外层保温层外径，D0为管道外径，n为第L
ξ
段管道保温层层数且保温层层数编号由内到外递增，α
ξ
为保温层外表面与大气的换热系数；步骤602、计算第L
ξ
段管道总散热损失q
总ξ
：q
总ξ
＝(q
1ξ
+q
2ξ
‑
q
3ξ
+q
4ξ
)*τ式中，q
2ξ
为隔热管托增加的散热损失，q
3ξ
为第L
ξ
段管道保温结构顶部设披肩、设反射层后减少的散热损失，q
4ξ
为项目的施工系数和运行年限增加的散热损失；步骤603、根据第L
ξ
段管道始端蒸汽热焓i
ξ
和管道总散热损失q
总ξ
计算出第L
ξ
段管道末端蒸汽热焓i
ξ+1
5.根据权利要求4所述的一种蒸汽管网仿真计算方法，其特征在于，步骤601中具体包括如下步骤：A)初始化第L
ξ
段管道第i层保温材料的导热系数λ
iξ
的值；B)根据当前第L
ξ
段管道第i层保温材料的导热系数λ
iξ
计算得到第L
ξ
段管道单位散热损失q
1ξ
；C)根据第L
ξ
段管道单位散热损失q
1ξ
计算第L
ξ
段管道第i层保温材料的温降值：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国兴，佴耀，温成，
申请(专利权)人：南京苏夏设计集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：