CN105178930A - 地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法及装置，所述方法包括：获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度；根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度。本发明所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法及装置，能够提高确定地面注汽管线上任意位置的蒸汽热力参数的精度。

Description

地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法及装置

技术领域

本发明涉及石油开采领域中的稠油热采领域，特别涉及一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法及装置。

背景技术

稠油是指地层条件下粘度大于50mp·s(毫帕·秒)，或油层温度下脱气原油粘度为1000至10000mp·s的高粘度重质原油。由于稠油粘度大，因此流动性能较差，甚至在某些油层条件下不能流动，给稠油的开采带来了困难。在油田的石油开采中，由于稠油具有特殊的高粘度和高凝固点的特性，在储层和井筒中流动性差，常规开采采收率低，即无法保证正常的经济产量。为了保证合理的采收率，往往通过降低原油的粘度来采油。

由于稠油的粘度对温度非常敏感，随着温度增加，粘度极大降低，流动阻力减小，因此为了开采稠油，目前常用的开采稠油的方式之一为注蒸汽热采技术，包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD(蒸汽辅助重力泄油技术)。具体的，所述注蒸汽热采技术主要是通过将锅炉产生的高温高压湿饱和蒸汽，经过地面管线传输至井口、再由井口通过井筒传输后注入稠油油层，以达到降低稠油粘度的目的。

蒸汽的压力、温度、干度等热力参数会由于地面管线输送过程中的产生的热损失和压力损失而发生变化。其中热损失的大小直接影响了注入井筒底部的蒸汽的热力状态，从而决定注蒸汽热采效果的好坏。所述干度是指每千克湿蒸汽中含有干蒸汽的质量百分数的大小，对于注蒸汽热采而言，干度越大，越有利于提高注蒸汽热采的效果。在注蒸汽热采时，需要计算地面管线内蒸汽的热力参数：压力、温度、干度、热损失，基于计算出的热力参数，对地面管线进行改进，以最大限度地减小蒸汽运移过程中的热量损失，提高蒸汽干度，从而提高注蒸汽开采稠油的效果。

在地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法中，通常采用的技术是根据动量守恒定律建立管线中蒸汽压降梯度的控制方程。然后根据饱和蒸汽温度压力一一对应的关系计算蒸汽温度。现有的蒸汽热力参数计算方法中，没有考虑地面管线末端，即井口温度压力的约束作用。而在计算压降过程中，特别是涉及摩阻系数取值，若不考虑井口温度压力的约束作用，会使得沿程压降计算偏离真实值。当压力计算具有较大误差时，其会导致根据饱和蒸汽温度压力一一对应的关系计算蒸汽温度也与实际值不符。此外，现有的技术方法中，其干度、热损失求解公式仅依托于管线内蒸汽压力，当压力出现较大误差时，相应地，干度、热损失也很容易使结果偏离真实值。

发明内容

本发明的目的是提供一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法及装置，能够提高确定地面注汽管线上任意位置的蒸汽热力参数的精度。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，包括：

获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度；

根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度。

在优选的实施方式中，所述根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度包括：

建立蒸汽沿着地面管线压力方程、温度方程，分别如下：

(p-p₀)/(p_N-p₀)＝(z-0)/(L-0)

(T_s-T₀)/(T_N-T₀)＝(z-0)/(L-0)

上式中，p₀为锅炉出口压力，单位兆帕；T₀为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；p_N为井口压力，单位兆帕；T_N为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；

通过所述地面管线压力方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽压力p；

其中，地面管线任意位置蒸汽压力的计算公式为：

$p=p_0+\frac{z}{L}(p_N-p_0)$

上式中，p₀为锅炉出口压力，单位兆帕；p_N为井口压力，单位兆帕；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；

通过所述地面管线温度方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽温度T_s；

其中，地面管线任意位置蒸汽温度的计算公式为：

$T_s=T_0+\frac{z}{L}(T_N-T_0)$

上式中，T₀为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；T_N为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米。

一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，包括：

获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、温度、干度，井口蒸汽压力、温度，地面管线参数，地面管线外环境参数，计算步长；

根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度；

根据所述计算步长在所述地面管线长度上划分管线微元段，并建立能量控制方程，以所述锅炉出口干度作为初始条件，通过相互耦合的热损失、温度、干度迭代计算，确定地面管线任意位置处蒸汽的干度、热损失。

在优选的实施方式中，所述确定地面管线任意位置处蒸汽的干度、热损失包括以下步骤：

设定所述管线微元段上的干度降、绝热层外表面温度；

通过所述绝热层外表面温度计算所述管线微元段总热阻，通过所述管线微元段总热阻计算管线微元段热损失；

反复迭代，当所述绝热层外表面温度计算值与设定值满足第一预定精度时，确定所述管线微元段绝热层外表面温度，以获得所述管线微元段中的热损失；

根据能量平衡定律计算干度，反复迭代，当所述管线微元段干度降计算值与设定值之间满足第二预定精度时，确定所述管线微元段的干度降；

循环计算至整个地面管线，确定地面管线任意位置处蒸汽的干度、热损失。

在优选的实施方式中，所述根据能量平衡定律计算干度包括：

建立如下能量控制方程：

$G\[(h_g-h_l)\frac{dx}{dz}+\frac{{\mathrm{dh}}_l}{dT}\frac{dT}{dz}+(\frac{{\mathrm{dh}}_g}{dT}-\frac{{\mathrm{dh}}_l}{dT})\frac{dT}{dz}x+\frac{G^2}{A^2}\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m}\frac{d}{dz}\left(\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m}\right)+gsin\mathrm{\θ}\]+q=0$

将锅炉出口蒸汽干度x₀作为初始条件，求解上述方程，得到地面管线任意位置蒸汽干度计算表达式：

$x=e^{-\frac{C_2}{C_1}z}\[-\frac{C_3}{C_2}{e}^{\frac{C_2}{C_1}z}+x_0+\frac{C_3}{C_2}\]$

其中，

C₁＝G(h_g-h_l)

$C_2=G\[(\frac{{\mathrm{dh}}_g}{dT}-\frac{{\mathrm{dh}}_l}{dT})\frac{dT}{dz}\]$

$C_3=q+G\[\frac{{\mathrm{dh}}_l}{dT}\frac{dT}{dz}+\frac{G^2}{A^2}\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m}\frac{d}{dz}\left(\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m}\right)+g\sin \mathrm{\θ}\]$

上式中，h_g为饱和蒸汽的焓，单位千卡/千克；h_l为饱和水的焓，单位千卡/千克；x为蒸汽干度，无因次量；g为重力加速度，单位米/平方秒；G为锅炉口蒸汽排量，单位千克/小时；q为单位时间内，单位管线长度热损失，单位千卡/(小时·米)；ρ_m为饱和湿蒸汽密度，单位千克/立方米；A为管线横截面积，单位平方米；θ为管线倾角，单位度；

所述饱和水的焓h_l与蒸汽温度T的关系式如下：

所述饱和蒸汽的焓h_g与蒸汽温度T的关系式如下：

h_g＝12500+1.88T-3.7×10^-6T^3.2

所述ρ_m饱和湿蒸汽的平均密度计算公式如下：

ρ_m＝H_gρ_g+(1-H_g)ρ_l

上式中ρ_l为饱和水的密度，其与蒸汽温度T的关系式如下：

ρ_l＝0.9967-4.615×10^-5T-3.063×10^-6T²

上式中ρ_g为饱和蒸汽的密度，其计算公式如下：

${\mathrm{\ρ}}_g=\frac{2.196p}{Z_g(T+273.15)}$

上式中，T为蒸汽温度，单位摄氏度；p为蒸汽压力，单位兆帕；

Zg为饱和蒸汽的压缩因子，其与蒸汽温度T的关系式如下：

Z_g＝1.012-4.461×10^-4T+2.98×10^-6T²-1.663×10^-8T³

H_g为饱和蒸汽的体积含汽率，其计算公式如下：

$H_g=\frac{x}{x+(1-x)\frac{{\mathrm{\ρ}}_g}{{\mathrm{\ρ}}_l}}$

上式中，x为蒸汽干度，无因次量；ρ_g为饱和蒸汽的密度，单位千克/立方米；ρ_l为饱和水的密度，单位千克/立方米。

在优选的实施方式中，所述计算地面管线微元段中的热损失包括：

采用如下的计算公式计算单位长度地面管线中的热损失：

$q=\frac{T_s-T_a}{R}$

上式中，q为单位时间内，单位长度地面管线中的热损失，单位千卡/(小时·米)；T_s为蒸汽温度，单位摄氏度；T_a为环境温度，单位摄氏度；R为单位长度地面管线中的总热阻值，单位(米·小时·摄氏度)/千卡；

通过所述计算步长的数值与所述单位长度地面管线中的热损失的乘积，确定所述地面管线微元段中的热损失。

在优选的实施方式中，所述计算地面管线微元段总热阻包括：

地面管线微元段的总热阻R，根据下述公式进行计算：

$\begin{array}{c}R=\underset{i=1}{\overset{5}{\Σ}}{R}_i=R_1+R_2+R_3+R_4+R_5\\ =\frac{1}{2\mathrm{\π}}\left(\frac{1}{h_f{r}_i}+\frac{1}{h_p{r}_i}+\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_p}\ln \frac{r_o}{r_i}+\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{ins}}\ln \frac{r_{ins}}{r_o}+\frac{1}{h_{fc}{r}_{ins}}\right)\end{array}$

上式中，R为地面管线微元段总热阻值，R₁为地面管线内蒸汽与液膜层对流换热的热阻值，R₂为地面管线内蒸汽与污垢层对流换热的热阻值，R₃为管壁的热传导的热阻值，R₄为绝热层热传导的热阻值，R₅为地面管线对空气的强迫对流换热的热阻值，单位均为(米·小时·摄氏度)/千卡；h_f为液膜层对流换热系数，h_p为污垢层对流换热系数，h_fc为绝热层外表面上强迫对流热系数，单位均为千卡/(平方米·小时·摄氏度)；λ_p为地面管线的导热系数，千卡/(米·小时·摄氏度)；r_i为地面管线内半径，r_o为地面管线外半径，r_ins为绝热层外半径，单位均为米；

其中地面管线对空气的强迫对流换热包括绝热层外表面至大气的对流换热和管外壁至大气的辐射换热

所述绝热层外表面至大气的对流换热系数h_fc'，其计算公式如下：

${h_{fc}}^{\′}=C\frac{{\mathrm{\λ}}_a}{D_s}{\mathrm{Re}}^n$

上式中，λ_a为空气的导热系数，单位千卡/(米·小时·摄氏度)；Re为雷诺数，通过下式计算得到：

Re＝ν_aD_s/υ_a

上式中，ν_a为风速，单位米/秒；υ_a为空气的运动粘度，单位平方米/秒；D_s为绝热层外径，单位米；其中C，n根据Re按照预定规则进行选取；

管外壁至大气的辐射换热系数h_fc"，其计算公式如下：

${h_{fc}}^{\′\′}=5.67\mathrm{\ϵ}\[{\left(\frac{T_w+273}{100}\right)}^4-{\left(\frac{T_a+273}{100}\right)}^4\]/(T_w-T_a)$

上式中，ε为管壁外黑度，无因次量；T_a为空气平均温度，单位摄氏度；T_w为绝热层外壁温度，单位摄氏度。

在优选的实施方式中，所述根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度包括：

建立蒸汽沿着地面管线压力方程、温度方程，分别如下：

(p-p₀)/(p_N-p₀)＝(z-0)/(L-0)

(T_s-T₀)/(T_N-T₀)＝(z-0)/(L-0)

上式中，p₀为锅炉出口压力，单位兆帕；T₀为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；p_N为井口压力，单位兆帕；T_N为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；

通过所述地面管线压力方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽压力p；

其中，地面管线任意位置蒸汽压力的计算公式为：

$p=p_0+\frac{z}{L}(p_N-p_0)$

上式中，p₀为锅炉出口压力，单位兆帕；p_N为井口压力，单位兆帕；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；

通过所述地面管线温度方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽温度T_s；

其中，地面管线任意位置蒸汽温度的计算公式为：

$T_s=T_0+\frac{z}{L}(T_N-T_0)$

上式中，T₀为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；T_N为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米。

一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算装置，包括：

计算参数获取模块，用于获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度；

压力温度确定模块，用于根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将所述地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度。

一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算装置，包括：

计算参数获取模块，用于获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、温度、干度，井口蒸汽压力、温度，地面管线参数，地面管线外环境参数，计算步长；

压力温度确定模块，用于根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将所述地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度；

干度热损失确定模块，用于根据所述计算步长在所述地面管线长度上划分管线微元段，并建立能量控制方程，以所述锅炉出口干度作为初始条件，通过相互耦合的热损失、温度、干度迭代计算，确定地面管线任意位置处的干度、热损失。

本发明的特点和优点是：本发明所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，通过获取锅炉口的压力、井口的压力，将所述地面管线内蒸汽压力进行线性化处理，建立蒸汽沿着地面管线压力方程，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力，相对于现有的方式，从锅炉口通过压力梯度方程求解整个地面管线的压力而言，能够在地面管线某段出现突变，不符合压力梯度方程时，通过井口压力值的约束，使得整个地面管线的压力计算误差得到有效控制。

此外，本发明所述温度也通过获取锅炉口的温度、井口的温度，将所述地面管线内蒸汽温度进行线性化处理，通过建立蒸汽沿着地面管线温度方程，确定蒸汽沿着地面管线任意点的温度，相对于现有的温度依托于压力计算的方式，其能够有效避免在压力出现误差时，影响温度的计算精度。

进一步的，由于所述热损失、干度的计算是基于温度的函数，本发明所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法中依托上述获得的准确的温度，根据能量平衡定律，建立能量控制方程，通过循环计算求解地面管线上任意位置蒸汽的热损失和干度值。相对于现有的干度、热损失求解公式仅依托于管线内蒸汽压力，当压力出现较大误差时，相应地，干度、热损失也很容易使结果偏离真实值的情况，其计算得到的热损失和干度的精度也较高。

附图说明

图1是本发明实施例中一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法的步骤图；

图2是本发明实施例中一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法的步骤图；

图3是本发明实施例中一种地面注汽管线内蒸汽干度、热损失计算方法的步骤图；

图4是本发明实施例中一种地面注汽管线结构示意图；

图5是本发明实施例中一种地面注汽管线内蒸汽压力与管线距离的曲线图；

图6是本发明实施例中一种地面注汽管线内蒸汽温度与管线距离的曲线图；

图7是本发明实施例中一种地面注汽管线内蒸汽干度与管线距离的曲线图；

图8是本发明实施例中一种地面注汽管线内蒸汽热损失与管线距离的曲线图；

图9是本发明实施例中一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算装置的示意图；

图10是本发明实施例中一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

本发明提供一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，能够提高确定地面注汽管线上任意位置的蒸汽热力参数的精度，以最大限度地减小蒸汽运移过程中的热量损失，提高注入的蒸汽干度，从而提高注蒸汽开采稠油的效果。

请参阅图1，为本发明实施例中一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法的步骤图。本发明所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法包括如下步骤：

步骤S10：获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度。

步骤S12：根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将所述地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度。

具体的，所述根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将所述地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度包括：

首先建立蒸汽沿着地面管线压力方程、温度方程，分别如下：

(p-p₀)/(p_N-p₀)＝(z-0)/(L-0)

(T_s-T₀)/(T_N-T₀)＝(z-0)/(L-0)

上式中，p₀为锅炉出口压力，单位兆帕；T₀为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；p_N为井口压力，单位兆帕；T_N为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米。

然后通过所述地面管线压力方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽压力p。

其中，地面管线任意位置蒸汽压力的计算公式为：

$p=p_0+\frac{z}{L}(p_N-p_0)$

上式中，p₀为锅炉出口压力，单位兆帕；p_N为井口压力，单位兆帕；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米。

通过所述地面管线温度方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽温度T_s。

其中，地面管线任意位置蒸汽温度的计算公式为：

$T_s=T_0+\frac{z}{L}(T_N-T_0)$

上式中，T₀为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；T_N为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米。

本发明所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，通过获取锅炉口的压力、井口的压力，将所述地面管线内蒸汽压力进行线性化处理，建立蒸汽沿着地面管线压力方程，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力，相对于现有的方式，从锅炉口通过压力梯度方程求解整个地面管线的压力而言，能够在地面管线某段出现突变，不符合压力梯度方程时，通过井口压力值的约束，使得整个地面管线的压力计算误差得到有效控制。

此外，本发明所述温度也通过获取锅炉口的温度、井口的温度，将所述地面管线内蒸汽温度进行线性化处理，通过建立蒸汽沿着地面管线的温度方程，确定蒸汽沿着地面管线任意点的温度，相对于现有的温度依托于压力计算的方式，其能够有效避免在压力出现误差时，影响温度的计算精度。

请参阅图2，为本发明实施例中一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法的步骤图。本发明所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法包括如下步骤：

步骤S20：获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、温度、干度，井口蒸汽压力、温度，地面管线参数，地面管线外环境参数，计算步长。

步骤S22：根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将所述地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度。

步骤S24：根据所述计算步长在所述地面管线长度上划分管线微元段，并建立能量控制方程，以所述锅炉出口干度作为初始条件，通过相互耦合的热损失、温度、干度迭代计算，确定地面管线任意位置处蒸汽的干度、热损失。

其中，步骤S20中，所述地面管线参数包括：地面管线外径、内径、长度、外壁黑度、导热系数、绝热层厚度、保温材料导热系数。所述地面管线外环境参数包括：空气导热系数、风速、空气运动粘度、环境温度。另外，所述计算参数还可包括：锅炉口蒸汽排量。

步骤S22中根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将所述地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度包括：

建立蒸汽沿着地面管线压力方程、温度方程，分别如下：

(p-p₀)/(p_N-p₀)＝(z-0)/(L-0)

(T_s-T₀)/(T_N-T₀)＝(z-0)/(L-0)

上式中，p₀为锅炉出口压力，单位兆帕；T₀为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；p_N为井口压力，单位兆帕；T_N为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米。

通过所述地面管线压力方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽压力p。

其中，地面管线任意位置蒸汽压力的计算公式为：

$p=p_0+\frac{z}{L}(p_N-p_0)$

上式中，p₀为锅炉出口压力，单位兆帕；p_N为井口压力，单位兆帕；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米。

通过所述地面管线温度方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽温度T_s。

其中，地面管线任意位置蒸汽温度的计算公式为：

$T_s=T_0+\frac{z}{L}(T_N-T_0)$

上式中，T₀为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；T_N为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米。

请参阅图3，为本发明实施例中一种地面注汽管线内蒸汽干度、热损失计算方法的步骤图。步骤S24中，所述确定地面管线任意位置处蒸汽的干度、热损失包括以下子步骤：

步骤S240：设定所述管线微元段上的干度降、绝热层外表面温度。

在本实施方式中，在设定所述管线微元段上的绝热层外表面温度时，可以根据锅炉口测得的蒸汽的温度值来进行设定，例如锅炉口蒸汽的温度为300摄氏度，则可以设定绝热层外表面温度为低于锅炉口蒸汽温度的某一数值，例如可以为200摄氏度，以利于减少迭代的次数。

在设定所述管线微元段上的干度降时，可以根据经验值进行设定，以利于减少迭代的次数。例如，经过统计获得干度在预定步长内降低的范围，所述干度降可选择在所述统计获得的范围内的某一数值。具体的，例如，经过统计干度百米内降低0.014至0.18之间，所述干度降可设定为0.015。

步骤S242：通过所述绝热层外表面温度计算所述管线微元段总热阻，通过所述管线微元段总热阻计算管线微元段热损失。

步骤S242中所述计算地面管线微元段中的热损失具体包括：

采用如下的计算公式计算单位长度地面管线中的热损失：

$q=\frac{T_s-T_a}{R}$

上式中，q为单位时间内，单位长度地面管线中的热损失，单位千卡/(小时·米)；T_s为蒸汽温度，单位摄氏度；T_a为环境温度，单位摄氏度；R为单位长度地面管线中的总热阻值，单位(米·小时·摄氏度)/千卡；

通过所述计算步长的数值与所述单位长度地面管线中的热损失的乘积，确定所述地面管线微元段中的热损失。例如，当所述计算步长为100米时，所述地面管线微元段中的热损失为100q。

步骤S242中所述计算地面管线微元段总热阻具体包括：

请参阅图4，地面管线由外之内分别可为气膜层、绝热层、管壁、污垢层、液膜层；

地面管线微元段的总热阻R，根据下述公式进行计算：

$\begin{array}{c}R=\underset{i=1}{\overset{5}{\Σ}}{R}_i=R_1+R_2+R_3+R_4+R_5\\ =\frac{1}{2\mathrm{\π}}\left(\frac{1}{h_f{r}_i}+\frac{1}{h_p{r}_i}+\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_p}\ln \frac{r_o}{r_i}+\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{ins}}\ln \frac{r_{ins}}{r_o}+\frac{1}{h_{fc}{r}_{ins}}\right)\end{array}$

上式中，R为地面管线微元段总热阻值，R₁为地面管线内蒸汽与液膜层对流换热的热阻值，R₂为地面管线内蒸汽与污垢层对流换热的热阻值，R₃为管壁的热传导的热阻值，R₄为绝热层热传导的热阻值，R₅为地面管线对空气的强迫对流换热的热阻值，单位均为(米·小时·摄氏度)/千卡；h_f为液膜层对流换热系数，h_p为污垢层对流换热系数，h_fc为绝热层外表面上强迫对流热系数，单位均为千卡/(平方米·小时·摄氏度)，且其值均可以通过室内模拟实验获得；λ_p为地面管线的导热系数，千卡/(米·小时·摄氏度)，其值也可以通过室内模拟实验获得；r_i为地面管线内半径，r_o为地面管线外半径，r_ins为绝热层外半径，单位均为米。

当然，当地面管线的结构不同时，对应的其地面管线微元段总热阻值R也可作适应性的改变，此处不再赘述。

在本实施方式中，其中地面管线对空气的强迫对流换热可包括绝热层外表面至大气的对流换热系数和管外壁至大气的辐射换热系数，具体的：

绝热层外表面至大气的对流换热系数h_fc'，其计算公式如下：

${h_{fc}}^{\′}=C\frac{{\mathrm{\λ}}_a}{D_s}{\mathrm{Re}}^n$

上式中，λ_a为空气的导热系数，单位千卡/(米·小时·摄氏度)；Re为雷诺数，通过下式计算得到：

Re＝ν_aD_s/υ_a

上式中，ν_a为风速，单位米/秒；υ_a为空气的运动粘度，单位平方米/秒；D_s为绝热层外径，单位米；其中C，n根据Re按照预定规则进行选取。

在本实施方式中，所述参数C，n可根据Re按照表1进行选取。

表1

Re	5-80	80-5×103	5×103-5×104	>5×104
					C	0.81	0.625	0.197	0.023
n	0.40	0.46	0.6	0.8

管外壁至大气的辐射换热系数h_fc"，其计算公式如下：

${h_{fc}}^{\′\′}=5.67\mathrm{\ϵ}\[{\left(\frac{T_w+273}{100}\right)}^4-{\left(\frac{T_a+273}{100}\right)}^4\]/(T_w-T_a)$

上式中，ε为管壁外黑度，无因次量，为已知量；T_a为空气平均温度，单位摄氏度；T_w为绝热层外壁温度，单位摄氏度。

步骤S244：反复迭代，当所述绝热层外表面温度计算值与设定值满足第一预定精度时，确定所述管线微元段绝热层外表面温度，以获得所述管线微元段中的热损失。

在本实施方式中，所述第一预定精度可根据实际精度要求进行设定，所述第一预定精度设定的值越小，相对来说，获得的绝热层外表面温度越精确，相应地，获得的所述管线微元段中的热损失的精度也越高。

所述反复迭代的过程具体的包括：通过设定的绝热层外表面温度，获得相应的总热阻，通过所述总热阻获得相应的热损失，通过所述获得的热损失获得所述绝热层外表面温度计算值。

步骤S246：根据能量平衡定律计算干度，反复迭代，当所述管线微元段干度降计算值与设定值之间满足第二预定精度时，确定所述管线微元段的干度降。

在本实施方式中，所述根据能量平衡定律计算干度具体包括：

根据能量平衡定律，建立如下能量控制方程：

$G\[(h_g-h_l)\frac{dx}{dz}+\frac{{\mathrm{dh}}_l}{dT}\frac{dT}{dz}+(\frac{{\mathrm{dh}}_g}{dT}-\frac{{\mathrm{dh}}_l}{dT})\frac{dT}{dz}x+\frac{G^2}{A^2}\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m}\frac{d}{dz}\left(\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m}\right)+gsin\mathrm{\θ}\]+q=0$

将锅炉出口蒸汽干度x₀作为初始条件，求解上述方程，得到地面管线任意位置蒸汽干度计算表达式：

$x=e^{-\frac{C_2}{C_1}z}\[-\frac{C_3}{C_2}{e}^{\frac{C_2}{C_1}z}+x_0+\frac{C_3}{C_2}\]$

其中

C₁＝G(h_g-h_l)

$C_2=G\[(\frac{{\mathrm{dh}}_g}{dT}-\frac{{\mathrm{dh}}_l}{dT})\frac{dT}{dz}\]$

$C_3=q+G\[\frac{{\mathrm{dh}}_l}{dT}\frac{dT}{dz}+\frac{G^2}{A^2}\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m}\frac{d}{dz}\left(\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m}\right)+gsin\mathrm{\θ}\]$

上式中，h_g为饱和蒸汽的焓，单位千卡/千克；h_l为饱和水的焓，单位千卡/千克；x为蒸汽干度，无因次量；g为重力加速度，单位米/平方秒；G为锅炉口蒸汽排量，单位千克/小时；q为单位时间内，单位管线长度热损失，单位千卡/(小时·米)；ρ_m为饱和湿蒸汽密度，单位千克/立方米；A为管线横截面积，单位平方米；θ为管线倾角，单位度；通常情况下，所述管线倾角为0度。

其中，饱和水的焓h_l与蒸汽温度T的关系式如下：

饱和蒸汽的焓h_g与蒸汽温度T的关系式如下：

h_g＝12500+1.88T-3.7×10^-6T^3.2

其中，ρ_m饱和湿蒸汽的平均密度计算公式如下：

ρ_m＝H_gρ_g+(1-H_g)ρ_l

其中ρ_l为饱和水的密度，其与蒸汽温度T的关系式如下：

ρ_l＝0.9967-4.615×10^-5T-3.063×10^-6T²

ρ_g为饱和蒸汽的密度，其计算公式如下：

${\mathrm{\ρ}}_g=\frac{2.196p}{Z_g(T+273.15)}$

式中，T为蒸汽温度，摄氏度；p为蒸汽压力，兆帕；

Zg为饱和蒸汽的压缩因子，其与蒸汽温度T的关系式如下：

Z_g＝1.012-4.461×10^-4T+2.98×10^-6T²-1.663×10^-8T³

H_g为饱和蒸汽的体积含汽率，其计算公式如下：

$H_g=\frac{x}{x+(1-x)\frac{{\mathrm{\ρ}}_g}{{\mathrm{\ρ}}_l}}$

式中，x为蒸汽干度，无因次量；ρ_g为饱和蒸汽的密度，单位千克/立方米；ρ_l为饱和水的密度，单位千克/立方米。

在本实施方式中，所述第二预定精度可根据实际精度要求进行设定，所述第二预定精度设定的值越小，相对来说，获得的所述管线微元段的干度降越精确。

步骤S248：循环计算至整个地面管线，确定地面管线任意位置处蒸汽的干度、热损失。

在本实施方式中，循环计算至整个地面管线，具体可以从锅炉出口的第一管线微元段，依次向井口方向选取，循环计算，直至井口。

本发明所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，通过获取锅炉口的压力、井口的压力，将所述地面管线内蒸汽压力进行线性化处理，建立蒸汽沿着地面管线压力方程，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力，相对于现有的方式，从锅炉口通过压力梯度方程求解整个地面管线的压力而言，能够在地面管线某段出现突变，不符合压力梯度方程时，通过井口压力值的约束，使得整个地面管线的压力计算误差得到有效控制。

此外，本发明所述温度也通过获取锅炉口的温度、井口的温度，将所述地面管线内蒸汽温度进行线性化处理，通过建立蒸汽沿着地面管线温度方程，确定蒸汽沿着地面管线任意点的温度，相对于现有的温度依托于压力计算的方式，其能够有效避免在压力出现误差时，影响温度的计算精度。

进一步的，由于所述热损失、干度的计算是基于温度的函数，本发明所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法中依托上述获得的准确的温度，根据能量平衡定律，建立能量控制方程，通过循环计算求解地面管线上任意位置蒸汽的热损失和干度值。相对于现有的干度、热损失求解公式仅依托于管线内蒸汽压力，当压力出现较大误差时，相应地，干度、热损失也很容易使结果偏离真实值的情况，其计算得到的热损失和干度的精度也较高。

在一个具体的实施方式中，获取计算参数，具体的，地面管线外径0.108米、内径0.1米、长度1000米、外壁黑度0.85、导热系数57瓦/米·摄氏度、绝热层厚度0.07米、保温材料导热系数0.2瓦/米·摄氏度，空气导热系数0.026瓦/米·摄氏度、风速2米/秒、空气运动粘度0.0000148平方米/秒、环境温度10摄氏度，锅炉口蒸汽排量7吨/小时，锅炉出口压力11.4兆帕、温度320摄氏度、干度0.751，井口压力7.97兆帕、温度293.65摄氏度。应用本发明所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法获得的地面管线上的压力，单位兆帕(MPa)；温度单位摄氏度(℃)；干度，单位无因次量；累计热损失，单位千焦/千克(Kj/Kg)，如表2所示。

表2

管线距离(m)	压力(MPa)	温度(℃)	干度(％)	累计热损失(Kj/Kg)
					0.0	11.400	320.00	75.100	0.00
100.0	11.057	317.37	73.468	21.65
					200.0	10.714	314.73	71.877	43.11
300.0	10.371	312.10	70.326	64.36
					400.0	10.028	309.46	68.815	85.41
500.0	9.685	306.83	67.343	106.27
					600.0	9.342	304.19	65.909	126.92
700.0	8.999	301.56	64.513	147.38
					800.0	8.656	298.92	63.154	167.64
900.0	8.313	296.29	61.832	187.70
					1000.0	7.970	293.65	60.546	207.57

根据上述表2中的数据可以分别获得地面管线上的热力参数。

具体的，地面注汽管线内蒸汽压力与管线距离的曲线图如图5所示，图中横坐标表示管线距离，单位为米；纵坐标表示地面注汽管线内蒸汽压力，单位为兆帕。图中曲线显示了自锅炉出口，管线距离为0时，至井口，管线距离为1000米时地面注汽管线内蒸汽压力的大小，通过本发明所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，能够获得地面注汽管线内任意位置处的蒸汽压力。相对于现有的方式，从锅炉口通过压力梯度方程求解整个地面管线的压力而言，能够使当地面管线某段出现突变，不符合压力梯度方程时，通过井口压力值的约束，使得整个地面管线的压力计算误差得到有效控制。

具体的，地面注汽管线内蒸汽温度与管线距离的曲线图如图6所示，图中横坐标表示管线距离，单位为米；纵坐标表示地面注汽管线内蒸汽温度，单位为摄氏度。图中曲线显示了自锅炉出口，管线距离为0时，至井口，管线距离为1000米时地面注汽管线内蒸汽温度的大小，通过本发明所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，能够获得地面注汽管线内任意位置处的蒸汽温度。相对于现有的温度依托于压力计算的方式，其能够有效避免在压力出现误差时，影响温度的计算精度。

具体的，地面注汽管线内蒸汽干度与管线距离的曲线图如图7所示，图中横坐标表示管线距离，单位为米；纵坐标表示地面注汽管线内蒸汽干度。图中曲线显示了自锅炉出口，管线距离为0时，至井口，管线距离为1000米时地面注汽管线内蒸汽干度的大小，通过本发明所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，能够获得地面注汽管线内任意位置处的蒸汽干度。

具体的，地面注汽管线内蒸汽热损失与管线距离的曲线图如图8所示，图中横坐标表示管线距离，单位为米；纵坐标表示地面注汽管线内蒸汽热损失，单位为千焦/千克。图中曲线显示了自锅炉出口，管线距离为0时，至井口，管线距离为1000米时地面注汽管线内蒸汽热损失的大小，通过本发明所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，能够获得地面注汽管线内任意位置处的蒸汽热损失。

由于所述热损失、干度的计算是基于温度的函数，本发明所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法中依托上述获得的准确的温度，根据能量平衡定律，建立能量控制方程，通过循环计算求解地面管线上任意位置蒸汽的热损失和干度值。相对于现有的干度、热损失求解公式仅依托于管线内蒸汽压力，当压力出现较大误差时，相应地，干度、热损失也很容易使结果偏离真实值的情况，其计算得到的热损失和干度的精度也较高。

在实际生产中，通过所述计算出的地面管线内蒸汽的温度、压力、干度、热损失，可以提出一些改进地面管线的措施：例如，可以优选导热系数低、绝热性能好的保温材料，或者选取最佳管径和最佳绝热层厚度，以尽量减少热损失，保证蒸汽具有足够的干度。此外当发现管线上某一位置处出现温度、压力、干度、热损失中的至少一个出现突变时，可以针对该位置进行进一步的分析，看是否出现了泄漏。

请参阅图9，一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算装置100，包括：

计算参数获取模块10，用于获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度；

压力温度确定模块20，用于根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将所述地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度。

本发明所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算装置100，通过获取锅炉口的压力、井口的压力，将所述地面管线内蒸汽压力进行线性化处理，建立蒸汽沿着地面管线压力方程，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力，相对于现有的方式，从锅炉口通过压力梯度方程求解整个地面管线的压力而言，能够在地面管线某段出现突变，不符合压力梯度方程时，通过井口压力值的约束，使得整个地面管线的压力计算误差得到有效控制。

此外，本发明所述温度也通过获取锅炉口的温度、井口的温度，将所述地面管线内蒸汽温度进行线性化处理，通过建立蒸汽沿着地面管线温度方程，确定蒸汽沿着地面管线任意点的温度，相对于现有的温度依托于压力计算的方式，其能够有效避免在压力出现误差时，影响温度的计算精度。

请参阅图10，一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算装置200，包括：

计算参数获取模块20，用于获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、温度、干度，井口蒸汽压力、温度，地面管线参数，地面管线外环境参数，计算步长；

压力温度确定模块22，用于根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将所述地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度；

干度热损失确定模块24，用于根据所述计算步长在所述地面管线长度上划分管线微元段，并建立能量控制方程，以所述锅炉出口干度作为初始条件，通过相互耦合的热损失、温度、干度迭代计算，确定地面管线任意位置处的干度、热损失。

本发明所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算装置200，通过获取锅炉口的压力、井口的压力，将所述地面管线内蒸汽压力进行线性化处理，建立蒸汽沿着地面管线压力方程，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力，相对于现有的方式，从锅炉口通过压力梯度方程求解整个地面管线的压力而言，能够在地面管线某段出现突变，不符合压力梯度方程时，通过井口压力值的约束，使得整个地面管线的压力计算误差得到有效控制。

此外，本发明所述温度也通过获取锅炉口的温度、井口的温度，将所述地面管线内蒸汽温度进行线性化处理，通过建立蒸汽沿着地面管线温度方程，确定蒸汽沿着地面管线任意点的温度，相对于现有的温度依托于压力计算的方式，其能够有效避免在压力出现误差时，影响温度的计算精度。

进一步的，由于所述热损失、干度的计算是基于温度的函数，本发明所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算装置中依托上述获得的准确的温度，根据能量平衡定律，建立能量控制方程，通过循环计算求解地面管线上任意位置蒸汽的热损失和干度值。相对于现有的干度、热损失求解公式仅依托于管线内蒸汽压力，当压力出现较大误差时，相应地，干度、热损失也很容易使结果偏离真实值的情况，其计算得到的热损失和干度的精度也较高。

本说明书中的上述各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似部分相互参照即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例不同之处。尤其对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例部分说明即可。

以上所述仅为本发明的几个实施例，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，其特征在于，包括：

获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度；

根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度。

2.如权利要求1所述的地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，其特征在于，所述根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度包括：

建立蒸汽沿着地面管线压力方程、温度方程，分别如下：

(p-p₀)/(p_N-p₀)＝(z-0)/(L-0)

(T_s-T₀)/(T_N-T₀)＝(z-0)/(L-0)

上式中，p₀为锅炉出口压力，单位兆帕；T₀为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；p_N为井口压力，单位兆帕；T_N为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；

通过所述地面管线压力方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽压力p；

其中，地面管线任意位置蒸汽压力的计算公式为：

$p=p_0+\frac{z}{L}(p_N-p_0)$

上式中，p₀为锅炉出口压力，单位兆帕；p_N为井口压力，单位兆帕；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；

通过所述地面管线温度方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽温度T_s；

其中，地面管线任意位置蒸汽温度的计算公式为：

$T_s=T_0+\frac{z}{L}(T_N-T_0)$

上式中，T₀为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；T_N为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米。

3.一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，其特征在于，包括：

获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、温度、干度，井口蒸汽压力、温度，地面管线参数，地面管线外环境参数，计算步长；

根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度；

根据所述计算步长在所述地面管线长度上划分管线微元段，并建立能量控制方程，以所述锅炉出口干度作为初始条件，通过相互耦合的热损失、温度、干度迭代计算，确定地面管线任意位置处蒸汽的干度、热损失。

4.如权利要求3所述的地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，其特征在于，所述确定地面管线任意位置处蒸汽的干度、热损失包括以下步骤：

设定所述管线微元段上的干度降、绝热层外表面温度；

通过所述绝热层外表面温度计算所述管线微元段总热阻，通过所述管线微元段总热阻计算管线微元段热损失；

反复迭代，当所述绝热层外表面温度计算值与设定值满足第一预定精度时，确定所述管线微元段绝热层外表面温度，以获得所述管线微元段中的热损失；

根据能量平衡定律计算干度，反复迭代，当所述管线微元段干度降计算值与设定值之间满足第二预定精度时，确定所述管线微元段的干度降；

循环计算至整个地面管线，确定地面管线任意位置处蒸汽的干度、热损失。

5.如权利要求4所述的地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，其特征在于，所述根据能量平衡定律计算干度包括：

建立如下能量控制方程：

$G\[(h_g-h_l)\frac{dx}{dz}+\frac{{\mathrm{dh}}_l}{dT}\frac{dT}{dz}+(\frac{{\mathrm{dh}}_g}{dT}-\frac{{\mathrm{dh}}_l}{dT})\frac{dT}{dz}x+\frac{G^2}{A^2}\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m}\frac{d}{dz}\left(\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m}\right)+gsin\mathrm{\θ}\]+q=0$

将锅炉出口蒸汽干度x₀作为初始条件，求解上述方程，得到地面管线任意位置蒸汽干度计算表达式：

$x=e^{-\frac{C_2}{C_1}z}\[-\frac{C_3}{C_2}{e}^{\frac{C_2}{C_1}z}+x_0+\frac{C_3}{C_2}\]$

其中，

C₁＝G(h_g-h_l)

$C_2=G\[(\frac{{\mathrm{dh}}_g}{dT}-\frac{{\mathrm{dh}}_l}{dT})\frac{dT}{dz}\]$

$C_3=q+G\[\frac{{\mathrm{dh}}_l}{dT}\frac{dT}{dz}+\frac{G^2}{A^2}\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m}\frac{d}{dz}\left(\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_m}\right)+gsin\mathrm{\θ}\]$

上式中，h_g为饱和蒸汽的焓，单位千卡/千克；h_l为饱和水的焓，单位千卡/千克；x为蒸汽干度，无因次量；g为重力加速度，单位米/平方秒；G为锅炉口蒸汽排量，单位千克/小时；q为单位时间内，单位管线长度热损失，单位千卡/(小时·米)；ρ_m为饱和湿蒸汽密度，单位千克/立方米；A为管线横截面积，单位平方米；θ为管线倾角，单位度；

所述饱和水的焓h_l与蒸汽温度T的关系式如下：

所述饱和蒸汽的焓h_g与蒸汽温度T的关系式如下：

h_g＝12500+1.88T-3.7×10^-6T^3.2

所述ρ_m饱和湿蒸汽的平均密度计算公式如下：

ρ_m＝H_gρ_g+(1-H_g)ρ_l

上式中ρ_l为饱和水的密度，其与蒸汽温度T的关系式如下：

ρ_l＝0.9967-4.615×10^-5T-3.063×10^-6T²

上式中ρ_g为饱和蒸汽的密度，其计算公式如下：

${\mathrm{\ρ}}_g=\frac{2.196p}{Z_g(T+273.15)}$

上式中，T为蒸汽温度，单位摄氏度；p为蒸汽压力，单位兆帕；

Zg为饱和蒸汽的压缩因子，其与蒸汽温度T的关系式如下：

Z_g＝1.012-4.461×10^-4T+2.98×10^-6T²-1.663×10^-8T³

H_g为饱和蒸汽的体积含汽率，其计算公式如下：

$H_g=\frac{x}{x+(1-x)\frac{{\mathrm{\ρ}}_g}{{\mathrm{\ρ}}_l}}$

上式中，x为蒸汽干度，无因次量；ρ_g为饱和蒸汽的密度，单位千克/立方米；ρ_l为饱和水的密度，单位千克/立方米。

6.如权利要求4所述的地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，其特征在于，所述获得地面管线微元段中的热损失包括：

采用如下的计算公式计算单位长度地面管线中的热损失：

$q=\frac{T_s-T_a}{R}$

上式中，q为单位时间内，单位长度地面管线中中的热损失，单位千卡/(小时·米)；T_s为蒸汽温度，单位摄氏度；T_a为环境温度，单位摄氏度；R为单位长度地面管线中的总热阻值，单位(米·小时·摄氏度)/千卡；

通过所述计算步长的数值与所述单位长度地面管线中的热损失的乘积，确定所述地面管线微元段中的热损失。

7.如权利要求6所述的地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，其特征在于，所述计算地面管线微元段总热阻包括：

地面管线微元段的总热阻R，根据下述公式进行计算：

$\begin{array}{c}R=\underset{i=1}{\overset{5}{\Σ}}{R}_i=R_1+R_2+R_3+R_4+R_5\\ =\frac{1}{2\mathrm{\π}}\left(\frac{1}{h_f{r}_i}+\frac{1}{h_p{r}_i}+\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_p}\ln \frac{r_o}{r_i}+\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{ins}}\ln \frac{r_{ins}}{r_o}+\frac{1}{h_{fc}{r}_{ins}}\right)\end{array}$

上式中，R为地面管线微元段总热阻值，R₁为地面管线内蒸汽与液膜层对流换热的热阻值，R₂为地面管线内蒸汽与污垢层对流换热的热阻值，R₃为管壁的热传导的热阻值，R₄为绝热层热传导的热阻值，R₅为地面管线对空气的强迫对流换热的热阻值，单位均为(米·小时·摄氏度)/千卡；h_f为液膜层对流换热系数，h_p为污垢层对流换热系数，h_fc为绝热层外表面上强迫对流热系数，单位均为千卡/(平方米·小时·摄氏度)；λ_p为地面管线的导热系数，千卡/(米·小时·摄氏度)；r_i为地面管线内半径，r_o为地面管线外半径，r_ins为绝热层外半径，单位均为米；

其中地面管线对空气的强迫对流换热包括绝热层外表面至大气的对流换热和管外壁至大气的辐射换热

所述绝热层外表面至大气的对流换热系数h_fc'，其计算公式如下：

${h_{fc}}^{\′}=C\frac{{\mathrm{\λ}}_a}{D_s}{\mathrm{Re}}^n$

上式中，λ_a为空气的导热系数，单位千卡/(米·小时·摄氏度)；Re为雷诺数，通过下式计算得到：

Re＝ν_aD_s/υ_a

上式中，ν_a为风速，单位米/秒；υ_a为空气的运动粘度，单位平方米/秒；D_s为绝热层外径，单位米；其中C，n根据Re按照预定规则进行选取；

管外壁至大气的辐射换热系数h_fc"，其计算公式如下：

${h_{fc}}^{\′\′}=5.67\mathrm{\ϵ}\[{\left(\frac{T_w+273}{100}\right)}^4-{\left(\frac{T_a+273}{100}\right)}^4\]/(T_w-T_a)$

上式中，ε为管壁外黑度，无因次量；T_a为空气平均温度，单位摄氏度；T_w为绝热层外壁温度，单位摄氏度。

8.如权利要求3所述的地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，其特征在于，所述根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度包括：

建立蒸汽沿着地面管线压力方程、温度方程，分别如下：

(p-p₀)/(p_N-p₀)＝(z-0)/(L-0)

(T_s-T₀)/(T_N-T₀)＝(z-0)/(L-0)

上式中，p₀为锅炉出口压力，单位兆帕；T₀为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；p_N为井口压力，单位兆帕；T_N为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；

通过所述地面管线压力方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽压力p；

其中，地面管线任意位置蒸汽压力的计算公式为：

$p=p_0+\frac{z}{L}(p_N-p_0)$

上式中，p₀为锅炉出口压力，单位兆帕；p_N为井口压力，单位兆帕；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；

通过所述地面管线温度方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽温度T_s；

其中，地面管线任意位置蒸汽温度的计算公式为：

$T_s=T_0+\frac{z}{L}(T_N-T_0)$

上式中，T₀为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；T_N为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米。

9.一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算装置，其特征在于，包括：

计算参数获取模块，用于获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度；

压力温度确定模块，用于根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将所述地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度。

10.一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算装置，其特征在于，包括：

计算参数获取模块，用于获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、温度、干度，井口蒸汽压力、温度，地面管线参数，地面管线外环境参数，计算步长；

压力温度确定模块，用于根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将所述地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度；

干度热损失确定模块，用于根据所述计算步长在所述地面管线长度上划分管线微元段，并建立能量控制方程，以所述锅炉出口干度作为初始条件，通过相互耦合的热损失、温度、干度迭代计算，确定地面管线任意位置处的干度、热损失。