CN108733954B - 蒸汽管网的配置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种蒸汽管网的配置方法，该方法包括以下步骤：分别计算目标管段间蒸汽的平均密度、蒸汽的平均流速、管段摩擦阻力系数、目标管段的折算长度和目标管段的实际管内径；根据目标管段间蒸汽的平均密度、蒸汽的平均流速、管段摩擦阻力系数、目标管段的折算长度和目标管段的实际管内径，通过预设算法得到目标管段的实际压力损失。本发明能够简单、快速的得到蒸汽管网的实际压力损失，并可直接选出管径，能够提高蒸汽管网管径选择的效率和准确性。

Description

蒸汽管网的配置方法
技术领域
本发明涉及热力管网技术领域，特别涉及一种蒸汽管网的配置方法。
背景技术
目前对于热力管网的压力损失自动计算主要是针对热水、冷冻水等水管的计算，由于蒸汽在管网传输过程中密度变化较大，计算蒸汽的压力损失需要分段计算，其压力损失模型的建立比水管的要复杂。况且对于工业园区中的某些企业，往往会有大量固定参数的蒸汽生产需求。因此，能源站管网设计人员在设计初始需要选择出合理的管径，以便保证从热源出口至生产车间距离间蒸汽的压降不至于过大，从而足以满足生产工艺的要求。
目前的蒸汽管网压力损失没有一个通用的计算模型，管网管径的选择往往根据设计人员的经验选取，导致管径选择的效率和准确性不高。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种蒸汽管网的配置方法，该方法能够简单、快速的得到蒸汽管网的实际压力损失，并可直接选出管径，能够提高蒸汽管网管径选择的效率和准确性。
为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种蒸汽管网的配置方法，包括以下步骤：分别计算目标管段间蒸汽的平均密度、蒸汽的平均流速、管段摩擦阻力系数、目标管段的折算长度和目标管段的实际管内径；根据所述目标管段间蒸汽的平均密度、蒸汽的平均流速、管段摩擦阻力系数、目标管段的折算长度和目标管段的实际管内径，通过预设算法得到所述目标管段的实际压力损失，并根据所述实际压力损失对所述目标管段进行配置。
另外，根据本发明上述实施例的蒸汽管网的配置方法还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，还包括：将所述目标管段的实际压力损失与目标管段的折算长度的比值与所述目标管段的预设压降进行比较；如果所述比值大于所述预设压降，则增大选取的所述目标管段的公称直径，直至所述实际压力损失小于或等于所述预设压降。
在一些示例中，所述预设算法为：
△P＝1.15*ρ平w平 2/2*103λ/dj*Lzh+10ρ平(H2-H1)，
其中，△P为所述实际压力损失，ρ平为所述目标管段间蒸汽的平均密度，w平为所述蒸汽的平均流速，λ为所述管段摩擦阻力系数、Lzh为所述目标管段的折算长度、dj为所述目标管段的实际管内径，H2为所述目标管段末端的高度，H1为目标管段始端的高度。
在一些示例中，计算所述目标管段间蒸汽的平均密度的方法包括：根据获取的目标管段始端的蒸汽压力和温度，得到目标管段始端的蒸汽密度；根据目标管段始端的蒸汽压力和目标管段的直线长度的得到目标管段末端的蒸汽压力；根据所述目标管段末端的蒸汽压力得到目标管段末端的蒸汽密度；根据所述目标管段始端的蒸气密度和目标管段末端的蒸汽密度得到所述目标管段间蒸汽的平均密度。
在一些示例中，所述蒸汽为饱和蒸汽或过热蒸汽，其中，当所述蒸汽为饱和蒸汽时，所述目标管段始端的蒸汽密度为：
ρs＝5.16*Ps*0.95，(0.2≤Ps≤2.1MPa)，
其中，Ps为所述目标管段始端的蒸汽压力；
当所述蒸汽为过热蒸汽时，所述目标管段始端的蒸汽密度为：
ρs＝1/((0.461*Ts+126.1)/(1000*Ps)-0.0097+1.324*10^5*Ts)，
其中，Ps和Ts分别为所述目标管段始端的蒸汽压力和温度。
在一些示例中，所述目标管段末端的蒸汽压力的计算方法包括：
Pm＝Ps-L/1000*0.1，
其中，Pm为所述目标管段末端的蒸汽压力，Ps为所述目标管段始端的蒸汽压力，L为所述目标管段的直线长度。
在一些示例中，所述实际管内径的计算方法包括：根据所述目标管段间蒸汽的平均密度、所述目标管段间的蒸汽流量、预设的蒸汽流速得到管内径预估值，具体为：
di＝594.7*(G/(ρ平*w))0.5，
其中，di为所述管内径预估值，G为目标管段的蒸汽流量，ρ平为所述目标管段间蒸汽的平均密度，w为预设的蒸汽流速；
将所述管内径预估值di与预设的公称直径表进行对比，通过查询预设的公称直径表，将其中最接近di且大于所述di的值作为所述实际管内径dj，并输出与所述实际管内径dj对应的公称直径。
在一些示例中，所述蒸汽的平均流速的计算方法包括：
w平＝G/(ρ平*(dj/594.7)2)，
其中，dj为所述目标管段的实际管内径，G为目标管段的蒸汽流量，ρ平为所述目标管段间蒸汽的平均密度，w平为所述蒸汽的平均流速。
在一些示例中，所述管段摩擦阻力系数的计算方法包括：
λ＝0.11*(K/dj)0.25，
其中，λ为所述管段摩擦阻力系数，K为所述目标管段的粗糙度。
在一些示例中，所述目标管段的折算长度的计算方法包括：
Lzh＝L*(1+αj)，
其中，Lzh为所述目标管段的折算长度，L为所述目标管段的直线长度，αj为管段局部阻力与沿程阻力比值。
根据本发明实施例的蒸汽管网的配置方法，根据目标管段间蒸汽的平均密度、蒸汽的平均流速、管段摩擦阻力系数、和目标管段的折算长度、目标管段的实际管内径，通过预设算法得到目标管段的实际压力损失，并根据实际压力损失对目标管段进行配置，从而能够简单、快速的得到蒸汽管网的实际压力损失，并可直接选出管径，能够提高蒸汽管网管径选择的效率和准确性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的蒸汽管网的配置方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图描述根据本发明实施例的蒸汽管网的配置方法。
图1是根据本发明一个实施例的蒸汽管网的配置方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤S1：分别计算目标管段间蒸汽的平均密度、蒸汽的平均流速、管段摩擦阻力系数、目标管段的折算长度和目标管段的实际管内径。
其中，在本发明的一个实施例中，计算目标管段间蒸汽的平均密度的方法包括：根据获取的目标管段始端的蒸汽压力和温度，得到目标管段始端的蒸汽密度；根据目标管段始端的蒸汽压力和目标管段的直线长度的得到目标管段末端的蒸汽压力；根据目标管段末端的蒸汽压力得到目标管段末端的蒸汽密度；根据目标管段始端的蒸气密度和目标管段末端的蒸汽密度得到目标管段间蒸汽的平均密度。
其中，蒸汽例如为饱和蒸汽或过热蒸汽，其中，
当蒸汽为饱和蒸汽时，目标管段始端的蒸汽密度(即饱和蒸汽的蒸汽密度)为：
ρs＝5.16*Ps*0.95，(0.2≤Ps≤2.1MPa)，
其中，Ps为目标管段始端的蒸汽压力，其为已知量；
当蒸汽为过热蒸汽时，管段始端过热蒸汽的密度需要压力Ps和温度Ts两个参数来确定，且假定管段的压降为0.1MPa/km、管段温降7.5℃/km，则目标管段始端的蒸汽密度(即过热蒸汽的蒸汽密度)为：
ρs＝1/((0.461*Ts+126.1)/(1000*Ps)-0.0097+1.324*10^5*Ts)，
其中，Ps和Ts分别为目标管段始端的蒸汽压力和温度，均为已知量。
在本发明的一个实施例中，假定管段的压降为0.1MPa/km，则目标管段末端的蒸汽压力的计算方法包括：
Pm＝Ps-L/1000*0.1，
其中，Pm为目标管段末端的蒸汽压力，Ps为目标管段始端的蒸汽压力，L为目标管段的直线长度。进而，根据Pm可计算得到管段末端的蒸汽密度ρm，继而得到管段间蒸汽的平均密度ρ平。
在本发明的一个实施例中，实际管内径的计算方法包括：根据目标管段间蒸汽的平均密度、目标管段间的蒸汽流量、预设的蒸汽流速得到管内径预估值，具体为：
di＝594.7*(G/(ρ平*w))0.5，
其中，di为管内径预估值，G为目标管段的蒸汽流量，其为已知量，ρ平为上述计算得到的目标管段间蒸汽的平均密度，w为预设的蒸汽流速，其为根据相关规范初步选取合适的蒸汽流；
将管内径预估值di与预设的公称直径表(例如为规范GD1987典管中的公称直径表)进行对比，通过查询预设的公称直径表，将其中最接近di且大于di的值作为实际管内径dj，并输出与实际管内径dj对应的公称直径DN。
在本发明的一个实施例中，蒸汽的平均流速的计算方法包括：
w平＝G/(ρ平*(dj/594.7)2)，
其中，dj为目标管段的实际管内径，G为目标管段的蒸汽流量，ρ平为目标管段间蒸汽的平均密度，w平为蒸汽的平均流速。
在本发明的一个实施例中，管段摩擦阻力系数的计算方法包括：
λ＝0.11*(K/dj)0.25，
其中，λ为管段摩擦阻力系数，K为目标管段的粗糙度，K通过查表得到。
在本发明的一个实施例中，目标管段的折算长度的计算方法包括：
Lzh＝L*(1+αj)，
其中，Lzh为目标管段的折算长度，L为目标管段的直线长度，αj为管段局部阻力与沿程阻力比值，，αj通过查表可得到。
步骤S2：根据目标管段间蒸汽的平均密度、蒸汽的平均流速、管段摩擦阻力系数、目标管段的折算长度和目标管段的实际管内径，通过预设算法得到目标管段的实际压力损失，并根据实际压力损失对目标管段进行配置。
在本发明的一个实施例中，预设算法为：
△P＝1.15*ρ平w平 2/2*103λ/dj*Lzh+10ρ平(H2-H1)，
其中，△P为实际压力损失，ρ平为目标管段间蒸汽的平均密度，w平为蒸汽的平均流速，λ为管段摩擦阻力系数、Lzh为目标管段的折算长度、dj为目标管段的实际管内径，H2为目标管段末端的高度，H1为目标管段始端的高度，通过这些已知的或计算后已知的参量，即可计算得到实际压力损失△P。
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：将目标管段的实际压力损失与目标管段的折算长度的比值与目标管段的预设压降进行比较；如果比值大于预设压降，则增大选取的目标管段的公称直径，直至实际压力损失小于或等于预设压降。具体地说，即判断求得的管段单位长度压力损失△P/Lzh是否小于之前假定的0.1MPa/km(即预设压降)，即△P/Lzh≤100Pa/m？。如果△P/Lzh>100Pa/m，则将选取的直径调大一档，直至选出符合△P/Lzh≤100Pa/m的管径，此管径计算出的压力损失即为设计的饱和蒸汽管网压力损失。
根据本发明实施例的蒸汽管网的配置方法，根据目标管段间蒸汽的平均密度、蒸汽的平均流速、管段摩擦阻力系数、和目标管段的折算长度、目标管段的实际管内径，通过预设算法得到目标管段的实际压力损失，并根据实际压力损失对目标管段进行配置，从而能够简单、快速的得到蒸汽管网的实际压力损失，并可直接选出管径，能够提高蒸汽管网管径选择的效率和准确性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种蒸汽管网的配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
分别计算目标管段间蒸汽的平均密度、蒸汽的平均流速、管段摩擦阻力系数、目标管段的折算长度和目标管段的实际管内径；
根据所述目标管段间蒸汽的平均密度、蒸汽的平均流速、管段摩擦阻力系数、目标管段的折算长度和目标管段的实际管内径，通过预设算法得到所述目标管段的实际压力损失，并根据所述实际压力损失对所述目标管段进行配置；
所述预设算法为：
△P＝1.15*ρ平w平 2/2*103λ/dj*Lzh+10ρ平(H2-H1)，
其中，△P为所述实际压力损失，ρ平为所述目标管段间蒸汽的平均密度，w平为所述蒸汽的平均流速，λ为所述管段摩擦阻力系数、Lzh为所述目标管段的折算长度、dj为所述目标管段的实际管内径，H2为所述目标管段末端的高度，H1为目标管段始端的高度。
2.根据权利要求1所述的蒸汽管网的配置方法，其特征在于，还包括：
将所述目标管段的实际压力损失与目标管段的折算长度的比值与所述目标管段的预设压降进行比较；
如果所述比值大于所述预设压降，则增大选取的所述目标管段的公称直径，直至所述实际压力损失小于或等于所述预设压降。
3.根据权利要求1所述的蒸汽管网的配置方法，其特征在于，计算所述目标管段间蒸汽的平均密度的方法包括：
根据获取的目标管段始端的蒸汽压力和温度，得到目标管段始端的蒸汽密度；
根据目标管段始端的蒸汽压力和目标管段的直线长度的得到目标管段末端的蒸汽压力；
根据所述目标管段末端的蒸汽压力得到目标管段末端的蒸汽密度；
根据所述目标管段始端的蒸气密度和目标管段末端的蒸汽密度得到所述目标管段间蒸汽的平均密度。
4.根据权利要求3所述的蒸汽管网的配置方法，其特征在于，所述蒸汽为饱和蒸汽或过热蒸汽，其中，
当所述蒸汽为饱和蒸汽时，所述目标管段始端的蒸汽密度为：
ρs＝5.16*Ps*0.95，0.2≤Ps≤2.1MPa，
其中，Ps为所述目标管段始端的蒸汽压力；
当所述蒸汽为过热蒸汽时，所述目标管段始端的蒸汽密度为：
ρs＝1/((0.461*Ts+126.1)/(1000*Ps)-0.0097+1.324*10^5*Ts)，
其中，Ps和Ts分别为所述目标管段始端的蒸汽压力和温度。
5.根据权利要求3所述的蒸汽管网的配置方法，其特征在于，所述目标管段末端的蒸汽压力的计算方法包括：
Pm＝Ps-L/1000*0.1，
其中，Pm为所述目标管段末端的蒸汽压力，Ps为所述目标管段始端的蒸汽压力，L为所述目标管段的直线长度。
6.根据权利要求1所述的蒸汽管网的配置方法，其特征在于，所述实际管内径的计算方法包括：
根据所述目标管段间蒸汽的平均密度、所述目标管段间的蒸汽流量、预设的蒸汽流速得到管内径预估值，具体为：
di＝594.7*(G/(ρ平*w))0.5，
其中，di为所述管内径预估值，G为目标管段的蒸汽流量，ρ平为所述目标管段间蒸汽的平均密度，w为预设的蒸汽流速；
将所述管内径预估值di与预设的公称直径表进行对比，通过查询预设的公称直径表，将其中最接近di且大于所述di的值作为所述实际管内径dj，并输出与所述实际管内径dj对应的公称直径。
7.根据权利要求1或6所述的蒸汽管网的配置方法，其特征在于，所述蒸汽的平均流速的计算方法包括：
w平＝G/(ρ平*(dj/594.7)2)，
其中，dj为所述目标管段的实际管内径，G为目标管段的蒸汽流量，ρ平为所述目标管段间蒸汽的平均密度，w平为所述蒸汽的平均流速。
8.根据权利要求1或6所述的蒸汽管网的配置方法，其特征在于，所述管段摩擦阻力系数的计算方法包括：
λ＝0.11*(K/dj)0.25，
其中，λ为所述管段摩擦阻力系数，K为所述目标管段的粗糙度。
9.根据权利要求1或6所述的蒸汽管网的配置方法，其特征在于，所述目标管段的折算长度的计算方法包括：
Lzh＝L*(1+αj)，
其中，Lzh为所述目标管段的折算长度，L为所述目标管段的直线长度，αj为管段局部阻力与沿程阻力比值。
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