CN112664817B - 基于蒸汽管网模型的主动式疏水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于蒸汽管网模型的主动式疏水系统，包括如下步骤：S1建立蒸汽热网的机理模型；S2设定疏水条件；S3根据热网运行的实时数据，使用步骤S1的模型计算各节点的蒸汽参数；S4根据疏水条件判定该管段是否需要疏水；S5判定需要疏水管段内的蒸汽流向，开启沿蒸汽流向方向上、距离需要疏水管段下游节点、最近的蒸汽直排管上的阀门进行疏水。本发明中根据蒸汽热网的机理模型判断网管内的蒸汽状态，并根据蒸汽的流向更加科学、合理的主动疏水，避免母管中堆积冷凝水，保证系统运行的稳定和安全。
Description
技术领域
本发明涉及供热疏水领域，具体涉及一种基于蒸汽管网模型的主动式疏水系统。
背景技术
蒸汽管道的母管在输送蒸汽的过程中会在管道内产生冷凝水，现有的蒸汽疏水系统都是通过安装在排水支管上的疏水阀被动排水，冷凝水灌满支管就会打开疏水阀进行排水，若母管中的冷凝水离排水支管有一段距离，而供热管道内的蒸汽局部流向是混乱的，会致使冷凝水不能顺利随蒸汽流动至排水支管，堆积在母管中。这就造成了在母管内的积水，母管内的积水较多会形成水塞，水塞被高速蒸汽推动前进，遇到转弯或是短面剧缩时，由于水的惯性大，撞击管壁、弯头、阀门等管附件就形成了水击现象，水击使管道振动，产生噪音，管内压力剧增，严重时可造成管道、阀门与设备的破坏。
发明内容
本发明的目的是提供基于蒸汽管网模型的主动式疏水系统，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：
基于蒸汽管网模型的主动式疏水系统，包括
S1建立蒸汽热网的机理模型；
S2设定疏水条件；
S3根据热网运行的实时数据，使用步骤S1的模型计算各节点的蒸汽参数；
S4根据疏水条件判定相邻节点之间的管段是否需要疏水；
S5判定需要疏水管段内的蒸汽流向，开启沿蒸汽流向方向上、距离需要疏水管段下游节点、最近的蒸汽直排管上的阀门进行疏水。
进一步的：确定所述蒸汽流向的方法为：获取相邻节点处的压力，并比较相邻节点处的蒸汽压力；高压节点为该管段内流动蒸汽的上游，低压节点为该管段内流动蒸汽的下游，管段内蒸汽的流动方向为由高压节点流向低压节点。
进一步的：所述步骤S2中的疏水条件是在时间阈值内的蒸汽流速阈值或是水深阈值。
进一步的：水深阈值通过液位计探测；所述液位计安装在蒸汽管网母管上，所述液位计设置在弯头和或阀门前方。
进一步的：步骤S4中的蒸汽状态判断方式如下：通过步骤S1中的模型获取管路内的蒸汽压力值，并获取在该蒸汽压力值下的蒸汽饱和温度值，通过比较温度值与饱和温度值的大小关系，从而确定该位置蒸汽状态。
进一步的：所述蒸汽参数包括蒸汽的温度、蒸汽的压力、蒸汽的流量。
进一步的：所述热网运行的实时数据包括热源处的实测蒸汽参数和末端用户处的实测蒸汽参数。
进一步的：所述蒸汽直排管上的阀门为电动阀门。
进一步的：蒸汽热网的机理模型建包括水力平衡方程和热力平衡方程。
本发明的技术效果是：
本发明中根据蒸汽热网的机理模型判断网管内的蒸汽状态，并根据蒸汽的流向更加科学、合理的主动疏水，避免母管中堆积冷凝水，保证系统运行的稳定和安全。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1是本发明的总体流程结构示意图。
图2是本发明开启阀门的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，基于蒸汽管网模型的主动式疏水系统，包括
首先，建立蒸汽热网的机理模型；
蒸汽热网的机理模型建包括水力平衡方程和热力平衡方程。具体如下：针对含有l个节点、m条管段、n个闭环回路的蒸汽管网：
由基尔霍夫第一定律建立节点处的流量守恒方程：
LR＝Q (1)
L为节点管道关联矩阵；
R为各个管道内的流量向量，R＝[R1,R2,…,Rm]T；
Q为各节点净质量流量的向量，Q＝[Q1,Q2,…,Ql]，一般取流入该节点为正值，流出该节点为负值。
由基尔霍夫第二定律可知，在闭合回路中的压降和温降等于零：
BΔH＝0 (2)
BΔT＝0 (3)
B为闭合回路关联矩阵；
ΔH为闭合回路的管段压降矩阵，ΔH＝[ΔH1,ΔH2,...,ΔHm]T；
ΔT为闭合回路的温度降矩阵ΔT＝[ΔT1,ΔT2,...,ΔTm]T。
由流体力学相关方程可求得管线段的压力降：
ΔH＝ε|R|R+ΔZ-P (4)
P为闭合回路中管网水泵的压力降矩阵，不存在水泵时，取P＝0；
ε为管线段的阻力修正系数；
ΔZ为管线段地理标高最大值与最小值的差值。
管线段的温降与该管线段的焓降和散热量有关，焓降的计算式为：
hin,hout为管段进、出口焓值；
Vin,Vout为管段进、出口流速；
Ql为管线段的热损失；
q为管线段的质量流量。
单位长度管线段的热损失Q1的计算式为：
Ql＝KπDo(Tm-Ta) (6)
上式中，管线段的外径Do与换热系数K计算式分别为式(7)和(8)：
Do＝Dm2δp+2δisu1+2δisu2 (7)
Tm为蒸汽温度；
Ta为环境温度；
Dm为管道内径；
δp为管壁厚度；
δisu1,δisu2分别为内、外层保温层厚度；
λp,λisu1,λisu2分别为管道管壁导热系数、内层保温层导热系数与外层保温层导热系数；
hm为蒸汽和管壁的对流换热表面传热系数；
ha为管道外保温层和外界环境的对流换热表面传热系数；
hr为管道外保温层与外界环境的辐射传热系数。
通过联立上述水力平衡及热力平衡方程，即可求解多热源联合供热的闭合式蒸汽热网模型。
然后根据使用条件或是专家经验设定疏水条件；
这里疏水条件有两个，只要满足其中一个就进行主动疏水。
其中第一个疏水条件是：在时间阈值内的蒸汽流速阈值(例如：时间阈值是T≥30s；流速阈值是V≤1m/s。)；
第二个疏水条件是：通过在在蒸汽管网母管上安装液位计，所述液位计设置在弯头和或阀门前方(通常来说是20m左右)，通过该处的水深阈值进行判定是否疏水。
接下来根据热网运行的实时数据，使用步骤S1的模型计算各节点的蒸汽参数；所述蒸汽参数包括蒸汽的温度、蒸汽的压力、蒸汽的流量。
在这一步骤中，是将整个模型输入到仿真软件中，在获取实时数据之后(所述热网运行的实时数据包括热源处的实测蒸汽参数和末端用户处的实测蒸汽参数)，输入相应的值；
当通过仿真软件计算，相邻两节点内的结果符合上述任意一项疏水条件时，打开在蒸汽疏水阀的直排旁支上安装的电动阀门(可以实现远程、自动主动疏水)进行主动疏水。
如图2所示，疏水阀门开启位置确定：首先判定需要疏水管段内的蒸汽流向，获取相邻节点处的压力，并比较相邻节点处的蒸汽压力；高压节点为该管段内流动蒸汽的上游，低压节点为该管段内流动蒸汽的下游，管段内蒸汽的流动方向为由高压节点流向低压节点。低压节点为下游节点，开启距离下游节点最近的一个电动阀门(蒸汽疏水阀的直排旁支上的)，图2中框住的阀门，进行主动疏水。
蒸汽的流向对母管内积水的疏出来说至关重要，在管路内局部范围内的蒸汽流向是处于混沌状态的，当不确定蒸汽流向就打开阀门疏水的话，开错方向不但会导致冷凝水无法排出，还会导致大量蒸汽的损耗，增加成本。
本发明改变传统的被动排水方式，利用水力平衡及热力平衡方程对供热管道进行仿真建模，结合实时数据，计算每一节点(任意弯头、三通、阀门、疏水器、开孔等均称为节点)的蒸汽参数，通过设定疏水条件，再根据蒸汽流向，可以实现更加合理、快速的主动疏水；有效的保证了整个管路运行的安全和稳定。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.基于蒸汽管网模型的主动式疏水系统，其特征在于：包括
S1 建立蒸汽热网的机理模型；
S2 设定疏水条件；
这里疏水条件有两个，只要满足其中一个就进行主动疏水；
其中第一个疏水条件是：在时间阈值内的蒸汽流速阈值；
第二个疏水条件是：通过蒸汽管网母管上安装液位计，所述液位计设置在
弯头和/或阀门前方，通过弯头和/或阀门的水深阈值进行判定是否疏水；
S3 根据热网运行的实时数据，使用步骤S1 的模型计算各节点的蒸汽参数；
S4 根据疏水条件判定相邻节点之间的管段是否需要疏水；
S5 判定需要疏水管段内的蒸汽流向，开启沿蒸汽流向方向上、距离需要疏水管段下
游节点、最近的蒸汽直排管上的阀门进行疏水。
2. 根据权利要求1 所述的基于蒸汽管网模型的主动式疏水系统，其特征在于：步骤S5
中的确定所述蒸汽流向的方法为：获取相邻节点处的压力，并比较相邻节点处的蒸汽
压力；高压节点为该管段内流动蒸汽的上游，低压节点为该管段内流动蒸汽的下游，
管段内蒸汽的流动方向为由高压节点流向低压节点。
3. 根据权利要求1 所述的基于蒸汽管网模型的主动式疏水系统，其特征在于：所述步骤
S2 中的疏水条件是在时间阈值内的蒸汽流速阈值或是水深阈值。
4. 根据权利要求1 所述的基于蒸汽管网模型的主动式疏水系统，其特征在于：所述蒸汽
参数包括蒸汽的温度、蒸汽的压力、蒸汽的流量。
5. 根据权利要求1 所述的基于蒸汽管网模型的主动式疏水系统，其特征在于：所述热网
运行的实时数据包括热源处的实测蒸汽参数和末端用户处的实测蒸汽参数。
6. 根据权利要求1 所述的基于蒸汽管网模型的主动式疏水系统，其特征在于：所述蒸汽
直排管上的阀门为电动阀门。
7. 根据权利要求1 所述的基于蒸汽管网模型的主动式疏水系统，其特征在于：蒸汽热网
的机理模型建包括水力平衡方程和热力平衡方程。
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