CN113139353A

CN113139353A - 蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法

Info

Publication number: CN113139353A
Application number: CN202110511843.8A
Authority: CN
Inventors: 张琦; 赵磊; 武双
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2021-05-11
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2021-07-20
Anticipated expiration: 2041-05-11
Also published as: CN113139353B

Abstract

本发明提供一种蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法。本发明通过考虑蒸汽压力、温度等参数沿管网运输时的波动以及周围环境的变化，建立了多汽源复杂管网水力热力耦合计算模型，计算结果可以有效指导运行管理人员对管网运行状态进行判断。在此基础上，通过建立管网损失量计算模型，了解管网漏损量和保温情况，实现严格的管网热损评估。鉴于人工监测难以实现对全部管网的覆盖，因此提出了管网动态监测预警模型，实现了管网状态可视化及在线监测，运行人员可以随时获得管网运行状态参数，用户也可以随时了解相关管网的运行状态及保温情况，当管网出现故障或保温破损时可以及时采取相关安全措施，保障管网安全稳定运行。

Description

蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法

技术领域

本发明涉及蒸汽系统仿真计算及能源高效利用领域，尤其涉及一种蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法。

背景技术

作为蒸汽的主要载体，蒸汽管网是钢铁和化工企业输送蒸汽的重要部分，具有多汽源、多用户、覆盖面积广、包含多级压力并具有许多环路，管网的运行状态直接影响蒸汽品质和系统能量利用率。蒸汽管网安全运行需要精确掌握蒸汽压力、温度、流量等实时状态参数，才能为运行人员优化调度提供可靠的数据支撑。但由于在实际生产运行过程中，蒸汽管网结构复杂，普遍存在蒸汽泄漏、管道保温老化、产生凝结水等问题，蒸汽状态动态变化，加之相关测量装置老化且分布不合理，难以精准测量蒸汽流量、压力和温度等参数，所测量的数据精度低，数据误差大，导致运行人员难以及时准确掌握管网蒸汽实时状态。而且以往的蒸汽管网计算往往采用理想化的计算方法，忽视了实际运行过程中管网结构变化，难以实现管网损失量的计算和漏损定位，不能对管网运行状态进行全面监测，导致蒸汽供需不平衡的现象时有发生，既影响各工序的生产，又造成了能源浪费。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法。本发明实现了蒸汽参数动态计算及管网状态在线监测，能够对管网保温精确评价，有效提高蒸汽管网状态参数计算的精确性，实现了管网的数字化和精准控制优化。本发明采用的技术手段如下：

一种蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法，包括如下步骤：

步骤1、基于管网基本信息和历史运行数据建立管网水力热力耦合计算模型，综合考虑蒸汽状态参数沿管网输送时的变化以及管网拓扑结构和周围环境的变化对计算参数进行修正，保证模型的计算精度。

步骤2、基于耦合计算结果：节点压力、温度等，建立管网损失量计算模型，通过对冷凝水量和质量流量进行检验计算，进而求解各管段的热损失量，对管网进行热损失评价。通过对管线实际热流密度和设计热流密度进行比较，依据保温评价标准对管段保温效果进行判断，分析保温改造节能潜力，并基于此提出有效合理的保温改造措施。

步骤3、基于管网耦合计算和损失量计算结果，建立管网参数动态监测预警模型，通过设置各管段主要参数预警值的方式对管网预设的主要运行参数进行监测预警，实现对管网异常点的精确定位，记录相关异常信息，并将异常数据及信息存储在数据库中，方便查询。

步骤4、基于管网耦合计算和损失量计算结果，对蒸汽系统固定生产周期内的生产状况、产汽量、蒸汽温度、压力、品质、用户需求量、使用量等具体生产情况汇总分析，建立管网主要运行指标趋势分析和蒸汽系统供需分析模型，指导运行人员制定合理的生产计划，实现蒸汽资源的合理分配调度。

进一步地，所述步骤1中获取的管网基本信息和历史运行数据，管网基本信息包括：管网静态属性信息和实时动态参数。管网静态属性信息主要包括各管段管材、管径、管长、保温材料、保温厚度等。实时动态参数包括：各节点运行压力、温度、流量等动态信息；历史运行数据包括历史管网基本属性及异常信息。

进一步地，所述步骤1中所述管网拓扑结构和周围环境的变化包括：各管段、节点的增加、删除、改变，管材、管径、管段保温的变化以及周围环境温度的变化。

进一步地，所述步骤1中管网水力热力耦合计算模型的建立包括如下步骤：

步骤一、获取企业蒸汽系统基本属性信息，包括蒸汽管网拓扑结构及相关历史数据、蒸汽生产设备和用户基本属性信息，并按照蒸汽系统运行结构将整个系统划分为转换系统、输送系统和用户系统。将汽源节点、内部节点和用户节点分为参考节点、计算节点和检验节点，采用节点-管段关联矩阵描述管网的拓扑关系，即使管网连接关系发生变更时也可以准确描述、精确计算。

其中，参考节点状态参数已知，主要用于提供计算所需的数据，计算节点的状态参数未知，需要耦合计算，检验节点一方面用于检验模型的准确性，另一方面用于对其数据进行监测以及发现管网运行过程中的异常。

步骤二、建立管网基本信息数据库，方便之后计算结果的查询和存储。基本信息具体包括：管长、管径、管材、各节点压力、温度、管段流量、蒸汽密度、动力粘度、修正系数、管段当量绝对粗糙度、蒸汽流速、雷诺数、摩擦阻力系数、冷凝水量、保温材料、导热系数等。

步骤三、在保留管网基本特征信息的基础上对实际管网进行简化，方便后续计算建模及数据处理。其中，管网简化主要依据：“管段编号时管网主路在前，支路在后”且“一个管段有且必有两个节点，一个节点至少连接一根管段，同一节点可同时连接不同管段并作为不同管段的起点和终点”原则。实际管网必须按照这些原则进行简化，否则将无法进行管网辨识及后续计算处理。

步骤四、基于基尔霍夫定律，利用节点流量守恒方程、管段压降计算式、管段温降计算式和IAPWS-IF97公式以及流体力学中蒸汽物性参数计算式，建立蒸汽管网耦合计算模型，对节点参数进行求解；

步骤五、将管网耦合计算结果存储在相关数据库中，方便后续计算和查询。

进一步地，所述步骤四中，采用如下公式建立蒸汽管网耦合计算模型：

节点流量守恒方程：

AG+L＝0

管段压降计算公式：

A^TP＝ΔP

管段温降计算公式：

A^TT＝ΔT

IAPWS-IF97公式：

其中，A为节点-管段关联矩阵；G为管段流量向量，m³/s；L为节点负载流量向量；P为节点压力向量；T为节点温度向量；ΔP为管段压力向量；ΔT为管段温降向量；R为气体常数；

为无量纲形式的比吉布斯能理想气体部分对对比压力的偏导数；

为无量纲形式的比吉布斯能过余部分对对比压力的偏导数。

进一步地，所述步骤2中建立管网损失量计算模型主要包括以下步骤：

步骤一、基于热量守恒构建管网损失量计算模型，具体地：

热量守恒方程：

h_in＝h_out+Q_sr+Q_ln

管段流量计算式：

热损失计算式：

其中，Q_sr为散热损失，kJ；Q_ln为冷凝水热损失，kJ；h₁为内侧对流换热系数；h₂为外侧对流换热系数；d₂为保温层外径，m；d₁为蒸汽管内径，m；l为管长，m。

步骤二、依据计算所得的节点压力、温度等对冷凝水量和质量流量进行计算，对比管线实际热流密度与设计热流密度，依据保温评价标准对管段保温效果进行评价并提出相应的改造措施。

步骤三、将管网损失量计算结果存储在相关数据库中，方便之后进行查询。

进一步地，利用损失量计算模型对管线实际热流密度和设计热流密度进行比较时，依据保温评价标准GB/T81742008对保温效果进行评价。

进一步地，所述步骤3中建立管网主要参数动态监测预警模型主要包括以下步骤：

步骤一、根据不同季节、不同环境、不同生产计划对管网参数设定预警上下限值，并且预警值可以根据管网实际运行状态进行灵活调整，能极大地提升模型的适用性和准确性。

步骤二、当管网出现异常时，首先对异常信息进行判断。触发下限预警值时，首先对主蒸汽生产设备生产状况进行判断，当设备处于正常生产状况而管网参数达到下限预警时，通过发出下限预警信号，将异常管段信息进行反馈；触发上限预警值时，直接发出上限预警信号并反馈异常管段编号，实现对管段异常的精准定位。

步骤三、将管网异常信息存储在相关数据库中，方便之后查询。

进一步地，所述步骤4中建立管网主要指标趋势分析和蒸汽系统供需分析模型主要包括以下步骤：

步骤一、从管网基本信息数据库中获取蒸汽系统固定周期内的生产状况、蒸汽产耗量、压力、温度、流量等具体信息。

步骤二、对管网主要信息进行分类汇总统计，用于反映蒸汽系统在生产周期内各主要运行指标的波动变化趋势。

步骤三、对各生产设备蒸汽产生量、各用户蒸汽消耗量进行汇总分析，输出蒸汽管网平衡报表，供生产计划人员制定生产计划以及对蒸汽资源进行合理分配调度。

步骤四、将相关计算分析结果存储在相关数据库中，方便之后进行查询。

本发明通过建立管网水力热力耦合计算模型，综合考虑环境参数的变化和管网温度、压力、拓扑结构的变化，自动对计算模型参数进行修正，实现了管网各节点参数的精确计算，并通过对管网运行过程中关键节点的参数进行监测，依据耦合计算结果，建立了管网损失量计算模型，通过对管线实际热流密度和设计热流密度进行比较，依据保温评价标准GB/T81742008对保温效果进行评价，对管网保温改造节能潜力进行分析，并提出合理可行的保温改造措施；基于耦合计算和损失量计算结果建立了管网关键参数动态监测预警模型，通过给管网各主要参数设置预警值对管网主要运行参数进行监测，快速了解管网运行状态。通过设定参数监测预警值，利用模型来代替人工监测，实现了对管网异常节点的定位、预警和应急处理，可以更加方便地对复杂蒸汽网络进行生产管理；最后，建立了管网主要运行指标趋势分析和蒸汽系统供需分析模型，对蒸汽系统固定运行周期内的生产状况、产汽量、温度、压力、蒸汽品质、用户需求量、使用量等具体生产情况进行汇总统计，输出蒸汽管网平衡报表，供生产计划人员制定生产计划和进行蒸汽资源合理分配调度，帮助运行人员掌握管网实时状态并及时调整生产计划，实现蒸汽合理利用和供需平衡。

本发明以多气源复杂管网的水力热力耦合计算模型为基础，先后建立了管网损失量计算模型、管网主要参数监测预警模型和管网主要指标运行趋势分析及蒸汽系统供需分析模型，利用耦合计算结果和损失量计算结果实现了对蒸汽管网运行状态的精确计算和管网保温状态的准确评价，可以有效指导运行人员对管网结构和生产计划进行调整，实现蒸汽的优化利用。利用蒸汽主要参数监测预警模型代替了人工监测，实现了管网状态可视化及在线监测，运行人员可以随时获得管网的运行状态参数，用户也可以随时了解相关管网的运行状态及保温情况。最后，依据管网主要指标运行趋势分析及蒸汽系统供需分析模型对整个蒸汽系统的生产结构进行优化调整，实现了蒸汽资源的合理分配调度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体框架图。

图2为本发明蒸汽系统示意图。

图3为本发明关联矩阵中节点与管段关系示意图。

图4为本发明管网损失量示意图。

图5为本发明管网某节点温度监测预警(正常)示意图。

图6为本发明管网某节点温度监测预警(异常)示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

步骤2、基于耦合计算结果：节点压力、温度等，建立管网损失量计算模型，通过对冷凝水量和质量流量进行检验计算，进而求解各管段的热损失量，对管网进行热损失评价。主要是通过对管线实际热流密度和设计热流密度进行比较，依据保温评价标准对管段保温效果进行判断，分析保温改造节能潜力，并基于此提出有效合理的保温改造措施。

本专利涉及的蒸汽管网动态计算及在线监测预警方法整体框架如图1所示，其中，所述步骤1中管网水力热力耦合计算模型的建立包括如下步骤：

步骤一、获取企业蒸汽系统基本属性信息，包括蒸汽管网拓扑结构及相关历史数据、蒸汽生产设备和用户基本属性信息，如图2所示，按照蒸汽系统运行结构将整个系统划分为转换系统、输送系统和用户系统。将汽源节点、内部节点和用户节点分为参考节点、计算节点和检验节点，采用节点-管段关联矩阵描述管网的拓扑关系，即使管网连接关系发生变更时也可以准确描述、精确计算，所述节点-管段关联矩阵的建立方法如图3所示。

所述步骤一中，获取的管网基本信息和历史运行数据，具体包括管网各生产设备和用户基本属性、各管段基本属性和拓扑连接关系、蒸汽品质、压力、温度、流量等；其中，将整个蒸汽系统按照职能划分为转换系统、输送系统和用户系统。所述转换系统即汽源节点，既可以是产汽设备也可以是转换设备，具体包括：余热回收设备、蒸汽动力设备、热电机组设备等。汽源节点基本属性包括：产汽量、蒸汽品质及其他状态参数。所述输送系统主要是指蒸汽管网，其中，管网主要参数包括：管长、管径、管段流量、管段输水流量、阀门属性、管段进出口压力、温度、管件个数及基本属性、保温层基本属性；所述用户系统主要指生产和生活用户，主要用于确定用户节点蒸汽需求量。

所述步骤一中，参考节点状态参数已知，主要用于提供计算所需的数据，计算节点的状态参数未知，需要耦合计算，检验节点一方面用于检验模型的准确性，另一方面用于对其数据进行监测以及发现管网运行过程中的异常。

所述的管网简化原则包括：

1.根据管段水力、热力等效原则，将阀门等管件等效为具有一定压降阻抗和温降阻抗的直管段。阀门的压降阻抗由阀门的水力学特性及阀门的开度来确定。

2.合并串联管路。是指对于相邻接的只有管长不同，而管径、保温等其他参数相同的管路，当它们的管长之和较小时，对它们进行串联合并，简化计算。

3.合并并联管段。是指将并联管线等效为具有相同温降阻抗和压降阻抗的单管线；称与并联管线具有相同水力和热力性质的虚拟管段为它们的等效管线。

节点流量守恒方程：

AG+L＝0

管段压降计算公式：

A^TP＝ΔP

管段温降计算公式：

A^TT＝ΔT

IAPWS-IF97公式：

为无量纲形式的比吉布斯能过余部分对对比压力的偏导数。

所述步骤2中建立管网损失量计算模型主要包括如下步骤：

步骤一、基于热量守恒构建管网损失量计算模型，具体地：

热量守恒方程：

h_in＝h_out+Q_sr+Q_ln

管段流量计算式：

热损失计算式：

如附图4所示，在对该管网进行热损计算分析的基础上，采用合理的管网优化方案对管段保温进行改进，优化运行前管损最大值超过45％，而优化运行后则低于35％，保温改造效果显著。

所述步骤3中建立管网主要参数动态监测预警模型主要包括以下步骤：

步骤一、根据不同季节、不同环境、不同生产计划对管网参数设定预警上下限值，并且预警值可以根据管网实际运行状态进行灵活调整。

所述步骤3中，管网主要运行参数动态监测预警模型可以根据不同季节、不同环境、不同生产计划等实际需求对管网参数设定预警上下限值，并且可以根据管网实际运行状态灵活调整，极大地提升了模型的准确性和适用性。

如附图5所示，管网正常运行时，通过对管网某节点的温度值进行模拟计算和监测，可以更加快速方便地了解管网各节点的实际状态。

如附图6所示，并与附图5对比，当管网参数出现异常时，通过设定的参数监测预警值，利用模型来代替人工监测，及时发现管网异常并反馈异常数据，发出警示信息。既节省人力物力成本，也实现了对管网异常节点的定位、预警，对异常情况的处理也更加及时准确。

所述步骤4中建立管网主要指标趋势分析和蒸汽系统供需分析模型主要包括以下步骤：

所述步骤三中，蒸汽系统供需分析模型通过对耦合计算、管网损失量计算的计算结果进行汇总分析，将影响管网安全运行的关键参数进行趋势分析，可以为运行人员进行生产调度提供依据。一般情况下，各用户节点的蒸汽消耗速率可以通过生产计划、历史数据进行统计获得。对于各汽源节点来说，受产汽设备生产的限制，其供汽温度、压力一般为定值或在一定范围内波动，其供汽量主要由各用户的需求量来确定。利用此模型可以根据各蒸汽用户的蒸汽消耗速率及当前管网状态来对各汽源节点生产计划进行调节，增大或降低产汽速率。

进一步地，还可以通过蒸汽系统供需分析模型对蒸汽系统固定周期内的生产状况、产汽量、温度、压力、蒸汽品质、用户需求量、使用量等具体生产情况进行汇总统计，供生产计划人员制定生产计划，进行蒸汽分配调度。

实施例1

本发明所述的管网水力热力耦合计算模型、管网损失量计算模型和的实现方法包括以下步骤：

步骤1、获取企业蒸汽管网拓扑结构及相关历史数据记录，确定汽源生产工况及用户侧需求，并根据蒸汽系统运行结构，将整个系统划分为转换系统、输送系统和用户系统。

步骤2、建立管网基本信息数据库，对管长、管径、管材、各节点压力、温度、管段流量、蒸汽密度、动力粘度、修正系数、管段当量绝对粗糙度、蒸汽流速、雷诺数、摩擦阻力系数、冷凝水量、保温材料、导热系数等具体参数进行存储，方便计算和查询。

步骤3、依据“管网主路在前，支路在后”的原则对管网所有节点、管段进行编号，并依据管网简化的原则对管网进行抽象和简化，使之可以进行计算机系统建模。在建立模型时，主要考虑管网的水力特性、热力特性和管网拓扑关系。在耦合计算中，管段的蒸汽密度、温度、定压比热容等参数均采用平均值，以减少计算误差。同时，当管段过长时将引入较大误差，因此针对较长的管段需要采用添加虚拟节点的方法，把长管段分段，以提高计算精度。

所述的对管网进行抽象是指利用图论将蒸汽管网抽象为由点和线组成的有向图，在管网有向图中，管段与节点之间相互关联，管段的两端为节点，节点之间通过管段连通。

步骤4、构造节点-管段关联矩阵，遵循“一个管段有且必有两个节点，一个节点至少连接一根管段，同一节点可同时连接不同管段并作为不同管段的起点和终点”的原则，关联矩阵主要用于表述管网中节点和管段的连接关系，且一个确定的蒸汽管网系统有唯一确定的关联矩阵，其中，关联矩阵中节点与管段的关系如附图3所示。

步骤5、基于管段水力、热力学性质、IF97公式及基尔霍夫定律，依据质量守恒、能量守恒建立蒸汽管网耦合计算模型，根据管段进出口蒸汽温度计算蒸汽定压比热容，根据管材、管径、管长、管段保温材料及厚度、对流换热系数、导热系数等参数计算管段热阻，根据管段进出口温度可得保温散热损失，与冷凝水热损失相加可得总热损失，利用总热损失、蒸汽定压比热容、温差可计算得出管段流量。利用蒸汽质量流量、管段压降阻抗、摩擦阻力系数等参数通过压降公式可以计算出口压力。

通过迭代求解管段出口蒸汽的压力、温度。首先，利用密度计算式得到管段进出口蒸汽密度，其中，密度计算式为IAPWS-IF97公式，表示为：

式中，

为无量纲形式的比吉布斯能理想气体部分对对比压力的偏导数，

为无量纲形式的比吉布斯能过余部分对对比压力的偏导数。

利用所求得的进出口蒸汽密度、管段流量和管段当量直径求解蒸汽流速，计算式为：

式中，v为蒸汽流速，m/s；d为管段当量直径，m；G为管段流量，m³/s。

利用所求得的蒸汽密度和进出口蒸汽温度可以求解蒸汽动力粘度，计算公式为：

式中，μ为动力粘度，10^-6·m²·s^-1；n_i，I_i，J_i为动力粘度系数；T为温度，K。

通过蒸汽密度、流速、动力粘度、管段当量直径来求解管段雷诺数，判断蒸汽流动状态，计算式为：

式中，ρ为蒸汽密度，kg/m³；v为蒸汽流速，m/s；μ为蒸汽动力粘度，10^-6·m²·s^-1。

利用管段当量直径、雷诺数、管段当量绝对粗糙度计算摩擦阻力系数，具体表示为：

式中，κ为管段当量绝对粗糙度，m；R_e为雷诺数。

之后，根据假设的蒸汽出口压力，计算出口压力，其计算式为：

式中，Δp为压降；β为修正系数；l为管长，m；l_e为管件当量长度，m。

利用热量守恒方程h_in＝h_out+Q_sr+Q_ln对出口蒸汽温度进行求解，具体计算式为：

c_p＝-7×10^-10T³+2×10^-6T²-0.0004T+1.875

式中，c_p为蒸汽定压比热容，kJ/kg·K；t_zq为蒸汽温度，℃；η为修正系数；t_f为环境温度，℃；α₁为管内侧换热系数，W/(m²·K)；α₂为管外侧对流换热系数，W/(m²·K)；d₁为管内径，m；d₂为管外径，m；λ为管材导热系数，W/(m·K)。

将假设的蒸汽压力和温度与求得的计算结果进行比较，当误差小于5％时，停止迭代计算，否则，继续用求得的蒸汽压力和温度值迭代计算。

采用迭代求解而不采用牛顿法求解主要是因为迭代求解的过程中可以直接计算出管网损失量，而且迭代求解的损失量计算结果与实际更加相符，牛顿法求解一般在求解过程中都采用设置初值的方式增加计算速度，这与迭代求解的假设值相似，虽然求解过程比较简单，但当管网状态参数动态变化时，牛顿法不能及时反映变化情况，需要在完成全部计算之后才可以对管网损失量进行计算，灵活性差。而且迭代求解可以更加方便地对管网压降系数、温降系数进行调节，也可以在管网节点中设置状态参数已知的节点来简化计算过程，灵活性更强，计算结果也更加接近实际运行情况。

步骤6、将管网耦合计算模型所得的结果存入管网数据库中，方便其他模型调用。

步骤7、在管网基本信息数据库中查找不同温度下管内外对流换热系数、管段保温系数、冷凝水量、汽化潜热等基本参数，通过确定进出口蒸汽定压比热容、管段热阻等可以计算出管段散热损失和冷凝水损失，具体计算公式为：

Q_ln＝m_ln·r_qh

式中，R为管道热阻，K/W；Q_ln为冷凝水热损失量，kJ；m_ln为冷凝水质量，kg；r_qh为汽化潜热，kJ/kg。

步骤8、利用管网热损失量即可确定管段的实际热流密度，通过与设计热流密度对比，依据管段评价标准GB/T81742008对保温效果是否合格进行评价，并对管网保温改造节能潜力进行分析，提出合理可行的保温改造措施，并将所有数据存入管网信息数据库中，模型可从数据库中查找相关信息直接进行显示。

步骤9、给管网各主要运行参数设置上下限值。管网动态监测与预警模型会对蒸汽生产设备的运行情况进行统计，并对管网主要运行参数进行监测。当设备处于正常生产状况而管网参数达到下限预警时，通过发出下限预警信号，并将异常管段编号进行反馈的方式来预警；当达到管网上限预警值时，直接发出上限预警信号并反馈异常管段编号，运行调度人员可以根据提示信息及时发现并对异常情况进行处理。其中，蒸汽生产设备生产状况、管网主要运行参数等要素均可以从管网信息数据库中查取，而且，模型会将管网运行异常情况进行记录，将异常原因、异常数据、异常管段编号、预警信息等存储在数据库中。

步骤10、在管网数据库中查取固定生产周期内蒸汽的生产和消耗情况，包括在不同生产季度内低压、中压、高压蒸汽的发生量使用量、各生产设备的运行情况、生产蒸汽的品质、压力、温度、流量、各用户消耗蒸汽的类别、流量、所需蒸汽的温度、压力、管网输送系统在运行周期内的基本状态参数、损失量、异常情况和预警信息。将所有生产信息分类整理，并对管网主要运行参数进行数据处理，用趋势图来直观地显示生产周期内各运行参数的变化情况。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、基于管网基本信息和历史运行数据建立管网水力热力耦合计算模型，综合考虑蒸汽状态参数沿管网输送时的变化以及管网拓扑结构和周围环境的变化对计算参数进行修正；

步骤2、基于耦合计算结果，建立管网损失量计算模型，通过对冷凝水量和质量流量进行检验计算，进而求解各管段的热损失量，对管网进行热损失评价，通过对管线实际热流密度和设计热流密度进行比较，依据保温评价标准对管段保温效果进行判断，分析保温改造节能潜力，并基于此提出保温改造措施；

步骤3、基于管网耦合计算和损失量计算结果，建立管网参数动态监测预警模型，通过设置各管段主要参数预警值的方式对管网预设的主要运行参数进行监测预警，定位管网异常点，记录相关异常信息，并将异常数据及信息存储在数据库中；

步骤4、基于管网耦合计算和损失量计算结果，对蒸汽系统固定生产周期内的生产状况、产汽量、蒸汽温度、压力、品质、用户需求量、使用量的具体生产情况汇总分析，建立管网主要运行指标趋势分析和蒸汽系统供需分析模型。

2.根据权利要求1所述的蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法，其特征在于，所述步骤1中获取的管网基本信息和历史运行数据，具体包括管网各生产设备和用户基本属性、各管段基本属性和拓扑连接关系、蒸汽品质、压力、温度、流量；其中，将整个蒸汽系统按照职能划分为转换系统、输送系统和用户系统。所述转换系统即汽源节点，既可以是产汽设备也可以是转换设备，具体包括：余热回收设备、蒸汽动力设备、热电机组设备；汽源节点基本属性包括：产汽量、蒸汽品质及其他状态参数；所述输送系统包括蒸汽管网，其中，管网主要参数包括：管长、管径、管段流量、管段输水流量、阀门属性、管段进出口压力、温度、管件个数及基本属性、保温层基本属性；所述用户系统包括生产和生活用户，用于确定用户节点蒸汽需求量。

3.根据权利要求1所述的蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法，其特征在于，所述步骤1中管网水力热力耦合计算模型的建立包括如下步骤：

步骤11、获取企业蒸汽系统基本属性信息，包括蒸汽管网拓扑结构及相关历史数据、蒸汽生产设备和用户基本属性信息，并按照蒸汽系统运行结构将整个系统划分为转换系统、输送系统和用户系统，将汽源节点、内部节点和用户节点分为参考节点、计算节点和检验节点，采用节点-管段关联矩阵描述管网的拓扑关系；

步骤12、建立管网基本信息数据库；基本信息具体包括：管长、管径、管材、各节点压力、温度、管段流量、蒸汽密度、动力粘度、修正系数、管段当量绝对粗糙度、蒸汽流速、雷诺数、摩擦阻力系数、冷凝水量、保温材料、导热系数。

4.根据权利要求3所述的蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法，其特征在于，所述步骤12后还包括如下步骤：

步骤13、利用节点流量守恒方程、管段压降计算式、温降计算式、IAPWS-IF97公式建立蒸汽管网耦合计算模型。

5.根据权利要求1所述的蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：

步骤21、通过热量守恒方程、管段流量计算式和热损失计算式构建管网损失量计算模型；

步骤22、利用管网水力热力耦合计算模型求解所得的节点压力、温度等参数对冷凝水量和蒸汽质量流量进行检验计算，并通过各管段的热损失量来对管网进行热损失评价；

步骤23、对管线实际热流密度和设计热流密度进行比较，依据保温评价标准GB/T81742008对保温效果是否合格进行评价。

6.根据权利要求1所述的蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法，其特征在于，所述步骤3中管网关键参数动态监测预警模型的建立包括以下步骤：

步骤31、根据不同季节、不同环境、不同生产计划对管网参数设定预警上下限值；

步骤32、当管网出现异常时，首先对异常信息进行判断。触发下限预警值时，首先对主蒸汽生产设备生产状况进行判断，当设备处于正常生产状况而管网参数达到下限预警时，通过发出下限预警信号，将异常管段信息进行反馈；触发上限预警值时，直接发出上限预警信号并反馈异常管段编号，实现对管段异常的精准定位。

7.根据权利要求1所述的蒸汽管网动态计算及在线监测预警分析方法，其特征在于，所述步骤4包括如下步骤：

步骤41、从管网基本信息数据库中获取蒸汽系统固定周期内的生产状况、蒸汽产耗量、压力、温度、流量信息；

步骤42、对管网主要信息进行分类汇总统计，用于反映蒸汽系统在生产周期内各主要运行指标的波动变化趋势；

步骤43、对各生产设备蒸汽产生量、各用户蒸汽消耗量进行汇总分析，输出蒸汽管网平衡报表，供生产计划人员制定生产计划以及对蒸汽资源进行合理分配调度；

步骤44、将相关计算分析结果存储在相关数据库中。