一种蒸汽管网的优化方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及工业在役管网的分析及改造技术领域，特别涉及一种蒸汽管网的优化 方法及装置。
【背景技术】
[0002] 蒸汽是钢铁、石化、化工等工业中最重要的携能介质，其在管网输送过程存在着大 量的能量损失现象。特别是，当管网结构不合理、保温效果差、疏水阀损坏、管道损伤时，输 送过程中的质量、动能和热能损耗都会急剧增加，不仅会造成大量的能量损失，而且严重影 响用汽设备的运行效率。因此，如何降低蒸汽管网的能耗损失是企业节能的重点方向。
[0003] 大量工程案例表明，蒸汽管网的能耗增加往往是由于个别管段的不合理，产生了 瓶颈造成的。例如：装置的改扩建使得蒸汽管网某些管线的流速增大，偏离原来的运行状 态，造成较大的压力损失；保温层局部脱落、损坏、老化等使管线局部的散热损失增大；用 汽负荷的降低，造成局部管段蒸汽滞留，产生较大的温降。个别管段长期处于苛刻工况不仅 造成大量的能量损失，甚至还会出现腐蚀、水击、冲蚀等失效，影响管道寿命及工艺安全。然 而，由于管网结构复杂，缺乏有效的分析手段，工程操作及管理人员无法及时、准确地获知 当前蒸汽管网的运行状态，难以找到影响管网输送效率的瓶颈管段，无法判断管网能耗过 大的主要原因，不能及时对蒸汽管网进行合理的结构优化，从而不能降低蒸汽管网的能耗， 导致蒸汽能源综合利用效率低。
【发明内容】
[0004] 为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种蒸汽管网的优化方法及装置，以达 到降低蒸汽输送过程中的能量损耗，提高蒸汽能源综合利用效率低的目的，技术方案如 下：
[0005] -种蒸汽管网的优化方法，包括：
[0006] 获取蒸汽管网中各个节点的节点温度和节点压力，所述节点包括汽源端、不同管 道之间的管道汇集点和用户端；
[0007] 利用各个节点的节点温度和节点压力，计算各个节点的蒸汽焓值和蒸汽熵值；
[0008] 利用各个节点的蒸汽焓值和蒸汽熵值，计算所述蒸汽管网中各个管段的有效能损 失，所述管段为两个节点之间连接的管道；
[0009] 对各个管段的有效能损失进行比较，确定有效能损失最大的管段为瓶颈管段；
[0010] 计算所述瓶颈管段的功损失和热损失，并比较所述功损失和所述热损失的大小；
[0011] 若所述功损失不小于预设倍数的所述热损失，确定所述瓶颈管段的管道结构不合 理，并计算所述瓶颈管段的最优管径，以按照所述最优管径对所述瓶颈管段进行改造；
[0012] 若所述热损失不小于所述预设倍数的功损失，确定所述瓶颈管段的保温效果差， 并计算所述瓶颈管段保温层的最优厚度，以按照所述最优厚度对所述瓶颈管段进行改造；
[0013] 若所述功损失小于所述预设倍数的热损失且者所述热损失小于所述预设倍数的 功损失，则同时对所述瓶颈管段的管径和保温层进行优化。
[0014] 优选的，所述获取蒸汽管网中各个节点的节点温度和节点压力的过程，包括：
[0015] 读取所述蒸汽管网中支路j中入口流股的温度、压力和出口流股的温度、压力，所 述j= {1，2,……，M}，所述Μ为所述蒸汽管网中的支路个数；
[0016] 对所述支路j的保温层导热系数、管壁粗糙度及污垢热阻进行初始化；
[0017] 读取所述支路j中管段i的入口流股的温度、压力和蒸汽的质量流量，并对所述管 段i的出口流股的温度、压力初始化，得到所述管段i的出口流股的初始温度和初始压力， 所述i= {1，2,……，N}，所述N为所述支路j的管段个数；
[0018] 利用所述管段i的入口流股的温度、压力和所述出口流股的初始温度和初始压 力，计算所述管段i中蒸汽的定性温度和定性压力；
[0019] 利用所述管段i中蒸汽的定性温度和定性压力，计算所述管段i中蒸汽的蒸汽物 性；
[0020] 利用所述管段i中蒸汽的定性温度、定性压力和蒸汽物性，计算所述管段i的管道 压降和散热损失；
[0021] 将所述管段i的入口流股的压力减去所述管段i的管道压降，得到所述管段i的 出口流股的出口流股压力；
[0022] 对所述管段i的入口流股的温度和所述管段i的散热损失进行计算，得到所述管 段i的出口流股的出口流股温度；
[0023] 比较所述管段i的出口流股的初始温度和出口流股温度的差值是否在温度合理 范围内，以及比较所述管段i的出口流股的初始压力和出口流股压力的差值是否在压力合 理范围内；
[0024] 若所述管段i的出口流股的初始温度和出口流股温度的差值在温度合理范围内、 并且所述管段i的出口流股的初始压力和出口流股压力的差值在压力合理范围内，则判断 所述i是否小于N;
[0025] 若所述i小于N，则将i+Ι作为i，并返回执行读取所述支路j中管段i的入口流 股的温度、压力和蒸汽的质量流量的步骤；
[0026] 若所述i不小于N，则比较所述管段i的出口流股温度与所述支路j的出口流股的 温度及比较所述管段i的出口流股压力与所述支路j的出口流股的压力；
[0027] 若所述管段i的出口流股温度与所述支路j的出口流股的温度的差值在合理范围 内且所述管段i的出口流股压力与所述支路j的出口流股的压力的差值在合理范围内，则 判断所述j是否小于M，若所述j小于M，输出所述支路j中各个节点的节点温度和节点压 力，并将j+Ι作为j，并返回执行读取所述蒸汽管网中支路j中入口流股的温度、压力和出口 流股的温度、压力的步骤，若所述j不小于M，则输出所有节点的节点温度和节点压力；
[0028] 若所述管段i的出口流股温度与所述支路j的出口流股的温度的差值不在合理范 围内或所述管段i的出口流股压力与所述支路j的出口流股的压力的差值不在合理范围 内，则返回执行对所述支路j的保温层导热系数、管壁粗糙度及污垢热阻进行初始化的步 骤，直至所述管段i的出口流股温度和所述支路j的出口流股的温度的差值在合理范围内、 并且所述管段i的出口流股压力和所述支路j的出口流股的压力的差值在合理范围内时， 执行判断所述j是否小于Μ的步骤；
[0029] 若所述管段i的出口流股的初始温度和出口流股温度的差值不在温度合理范围 内或所述管段i的出口流股的初始压力和出口流股压力的差值不在压力合理范围内，则将 所述出口流股温度作为所述管段i的出口流股的初始温度，将所述出口流股压力作为所述 管段i的出口流股的初始压力，并返回执行利用所述管段i的入口流股的温度、压力和所述 出口流股的初始温度和初始压力，计算所述管段i中蒸汽的定性温度和定性压力的步骤， 直至所述管段i的出口流股的初始温度和所述出口流股温度的差值在温度合理范围内、并 且所述管段i的出口流股的初始压力和所述出口流股压力的差值在压力合理范围时，执行 判断所述i是否小于N步骤；
[0030] 其中，所述管段i的入口流股的温度为所述管段i的始端节点的节点温度，所述管 段i的入口流股的压力为所述管段i的始端节点的节点压力，所述管段i的出口流股温度 为所述管段i的末端节点的节点温度，所述管段i的出口流股压力为所述管段i的末端节 点的节点压力。
[0031] 优选的，所述利用所述定性温度、所述定性压力和所述蒸汽物性，计算所述管段i 的管道压降和散热损失的过程，包括： 4
[0032] 利用公式 -i计算所述管段i的管道压 降，所述ΛP为管道压降，所述托为持液率，所述γ为流动阻力系数，所述F为蒸汽的质量 流量，所述Vsg为汽相表观流速，所述Θ为管道与水平方向的夹角，所述pg为汽相密度，所 述P1为液相密度，所述1为管道长度，di为管道内径，A为管道内截面积，V为汽液混合流 速，所述P为定性压力；
[0033] 利用公另
十算所述管段i的散热损 失，所述Q为散热损失，所述T为定性温度，所述?；为环境温度，所述di为管道内径，所述d为管道外径，所述d。为保温层外径，所述λ 管壁材料的导热系数，所述λ2为保温材料 的导热系数，所述Ql为管内对流传热系数，所述α。为管外对流传热系数，所述L为管内 污垢热阻，所述R。为管外污垢热阻。
[0034] 优选的，所述利用各个节点的节点温度和节点压力，计算各个节点的蒸汽焓值和 蒸汽熵值的过程，包括：
[0035] 利用公式
^分别计算各个节 点的蒸汽焓值，所述Η为蒸汽焓值，所述T为节点的温度，所述P为节点的压力；
[0036] 利用公式
[0037]
分别计算各个节点的蒸汽熵值，所述S为蒸汽熵值。
[0038] 优选的，所述利用各个节点的蒸汽焓值和蒸汽熵值，计算所述蒸汽管网中各个管 段的有效能损失的过程，包括：
[0039]利用公式Elc]SS=FO^-Hi-US^Si))，分别计算所述蒸汽管网中各个管段的有效能 损失，所述Elc]SS为有效能损失，所述F为蒸汽的质量流量，所述Η2为管段入口流股的蒸汽焓 值，所述氏为管段出口流股的蒸汽焓值，所述S2为管段入口流股的蒸汽熵值，所述Si为管 段出口流股的蒸汽熵值，所述?；为环境温度。
[0040] 优选的，所述计算所述瓶颈管段的功损失和热损失的过程，包括：
[0041] 利用公￥
)，计算所述瓶颈管段的功损失，所述EPik]SS为功损失； 式中T为定性温度，P为定性压力；
[0042] 利用公式.
计算所述瓶颈管段的热损失，所述ET，lc]SS为热损失。 式中T为定性温度；
[0043] 优选的，所述计算所述瓶颈管段的最优管径的过程，包括：
[0044] 利用公式
_):，计算所述瓶颈管段 的最优管径，所述山'为最优管径，所述f为能量价格，所述τ为管道年运行时间，所述Pci 为保温层的造价，所述S为投资贷款年分摊率，所述A为与蒸汽物性相关的系数，所述T为 定性温度，所述λ2为保温材料的导热系数，所述α^为管外对流传热系数。
[0045] 优选的，所述计算所述瓶颈管段保温层的最优厚度的过程，包括：
[0046] 利用公5
L和公式S= (dD_d)/2,计算所 述瓶颈管段保温层的最优厚度，所述d为管道外径，所述4为保温层外径，所述f为能量价 格，所述τ为管道年运行时间，所述匕为保温层的造价，所述S为投资贷款年分摊率，所述 Τ。为环境温度，所述Τ为蒸汽温度，所述λ2为保温材料的导热系数，所述α^为管外对流传 热系数，所述S为保温层的最优厚度