CN114254894A - 一种蒸汽系统的设备调度方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种蒸汽系统的设备调度方法及装置，其中，该方法包括：确定蒸汽系统的待调度状态和待调度蒸汽总量；获取待调度状态和待调度蒸汽总量对应的预置调度顺序、预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个待调度设备对应的蒸汽调度量；根据预置调度顺序，按照预置蒸汽单位调度量逐次调度待调度设备至对应的蒸汽调度量；判断调度后的蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量是否相等；若调度后的蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量相等，则将分配后的蒸汽系统的各设备蒸汽量输入至蒸汽管网模拟系统得到管网参数，判断所述管网参数是否满足管网参数范围；根据判断结果对蒸汽系统的各设备进行调度。
Description
技术领域
本申请涉及工业自动化软件领域，尤其涉及一种蒸汽系统的设备调度方法及装置。
背景技术
目前，国内大多数炼油化工企业蒸汽系统的调度依靠人工经验进行调度，以人工的固定经验或模式去处理由于各种原因导致的蒸汽系统的异常工况，现有技术中，对蒸汽系统的各设备进行调度后，无法确定调度后的蒸汽系统的管网参数可以满足蒸汽系统的实际管网约束，当蒸汽流速过高或过低时，都会加强管网的损耗并且造成能量浪费，并且可能导致蒸汽系统出现安全问题。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于至少提供一种蒸汽系统的设备调度方法及装置，通过先调度蒸汽系统中的各设备蒸汽量，再对调度后的蒸汽系统进行模拟，判断调度后的蒸汽系统中的管网参数是否满足管网约束，解决了现有技术中无法确定调度后的蒸汽系统是否满足管网约束的技术问题，达到提高调度安全性的技术效果。
本申请主要包括以下几个方面：
第一方面，本申请实施例提供一种蒸汽系统的设备调度方法，该方法包括：确定蒸汽系统的待调度状态和待调度蒸汽总量，待调度状态用于描述蒸汽系统处于蒸汽过量状态或蒸汽欠量状态；获取待调度状态和待调度蒸汽总量对应的预置调度顺序、预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个待调度设备对应的蒸汽调度量；根据预置调度顺序，按照预置蒸汽单位调度量逐次调度待调度设备至对应的蒸汽调度量；判断调度后的蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量是否相等；若调度后的蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量相等，则将分配后的蒸汽系统的各设备蒸汽量输入至蒸汽管网模拟系统得到管网参数，判断管网参数是否满足管网参数范围；根据判断结果对蒸汽系统的各设备进行调度。
可选地，根据判断结果对蒸汽系统的各设备进行调度，包括：若蒸汽系统的管网参数满足管网参数范围，则根据待调度状态对应的预置调度顺序、预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个待调度设备对应的蒸汽调度量，对待调度设备进行实际调度；若蒸汽系统的管网参数不满足管网参数范围，则获取待调度状态对应的预置调度顺序和预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个待调度设备对应的蒸汽调度量。
可选地，判断调度后的待调度蒸汽总量是否为零之后，还包括：若调度后的待调度蒸汽总量不为零，则根据预置调度顺序，按照预置蒸汽单位调度量逐次调度待调度设备至对应的蒸汽调度量。
可选地，预置调度顺序根据蒸汽系统中的各设备的优先级进行排列。
可选地，若蒸汽系统的管网参数不满足管网参数范围之后，还包括：对于不满足管网参数范围的蒸汽系统中的管段进行提示。
可选地，对待调度设备进行实际调度之后，还包括：获取蒸汽系统的实际蒸汽生产量与实际蒸汽消耗量；判断实际蒸汽生产量与实际蒸汽消耗量是否相等；若实际蒸汽生产量与实际蒸汽消耗量不平衡，则重新确定蒸汽系统的待调度状态和待调度蒸汽总量。
可选地，蒸汽系统的管网参数包括：管网持液率、管网流速、管网压降、管网温降和管网散热损失。
第二方面，本申请实施例还提供一种蒸汽系统的设备调度装置，蒸汽系统的设备调度装置包括：确定模块，用于确定蒸汽系统的待调度状态和待调度蒸汽总量，待调度状态用于描述蒸汽系统处于蒸汽过量状态或蒸汽欠量状态；获取模块，用于获取待调度状态和待调度蒸汽总量对应的预置调度顺序、预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个待调度设备对应的蒸汽调度量；第一调度模块，用于根据预置调度顺序，按照预置蒸汽单位调度量逐次调度待调度设备至对应的蒸汽调度量；判断模块，用于判断调度后的蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量是否相等；分配模块，用于若调度后的蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量相等，则将分配后的蒸汽系统的各设备蒸汽量输入至蒸汽管网模拟系统得到管网参数，判断管网参数是否满足管网参数范围；第二调度模块，用于根据判断结果对蒸汽系统的各设备进行调度。
第三方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，存储器存储有处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，处理器与存储器之间通过总线进行通信，机器可读指令被处理器运行时执行如上述第一方面的蒸汽系统的设备调度方法的步骤。
第四方面，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行如上述第一方面的蒸汽系统的设备调度方法的步骤。
本申请实施例提供的一种蒸汽系统的设备调度方法及装置，该方法包括：确定蒸汽系统的待调度状态和待调度蒸汽总量，待调度状态用于描述蒸汽系统处于蒸汽过量状态或蒸汽欠量状态；获取待调度状态和待调度蒸汽总量对应的预置调度顺序、预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个待调度设备对应的蒸汽调度量；根据预置调度顺序，按照预置蒸汽单位调度量逐次调度待调度设备至对应的蒸汽调度量；判断调度后的待调度蒸汽总量是否为零；若调度后的待调度蒸汽总量为零，则将分配后的蒸汽系统的各设备蒸汽量输入至蒸汽管网模拟系统得到管网参数，判断管网参数是否满足管网参数范围；根据判断结果对蒸汽系统的各设备进行调度。本申请通过先调度蒸汽系统中的各设备蒸汽量，再对调度后的蒸汽系统进行模拟，判断调度后的蒸汽系统中的管网参数是否满足管网约束，解决了现有技术中无法确定调度后的蒸汽系统是否满足管网约束的技术问题，达到提高调度安全性的技术效果。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本申请实施例所提供的一种蒸汽系统的设备调度方法的流程图。
图2示出了本申请实施例所提供的另一种蒸汽系统的设备调度方法的流程图。
图3示出了本申请实施例所提供的一种蒸汽系统的设备调度装置的功能模块图。
图4示出了本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。
图5示出了本申请实施例所提供的蒸汽管网模拟系统的管网模拟技术路线示意图。
图6示出了本申请实施例所提供的一种环装管网结构示意图。
图7示出了本申请实施例所提供的一种由若干节点和边组成的管网网路示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中的附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。
现有技术采用的是人工操作进行蒸汽系统的设备调度，在调度之前无法得知调度后的蒸汽系统是否消除了蒸汽过量状态或蒸汽欠量状态，也无法得知调度后的蒸汽系统的管网参数是否符合管网约束，是否可以正常运行。
基于此，本申请实施例提供了一种蒸汽系统的设备调度方法及装置，本申请通过先调度蒸汽系统中的各设备蒸汽量，再对调度后的蒸汽系统进行模拟，判断调度后的蒸汽系统中的管网参数是否满足管网约束，解决了现有技术中无法确定调度后的蒸汽系统是否满足管网约束的技术问题，达到提高调度安全性的技术效果，具体如下：
请参阅图1，图1为本申请实施例所提供的一种蒸汽系统的设备调度方法的流程图。如图1所示，本申请实施例提供的蒸汽系统的设备调度方法，包括以下步骤：
S101、确定蒸汽系统的待调度状态和待调度蒸汽总量。
其中，待调度状态用于描述蒸汽系统处于蒸汽过量状态或蒸汽欠量状态。待调度蒸汽总量指的是蒸汽系统处于待调度状态时，蒸汽系统的蒸汽过量值和蒸汽欠量值。
蒸汽系统包括生产设备和消耗设备，当生产设备生产的蒸汽量比消耗设备消耗的蒸汽量多时，蒸汽系统处于蒸汽过量状态，待调度蒸汽总量为生产设备生产的蒸汽量减去消耗设备消耗的蒸汽量的差值；当生产设备生产的蒸汽量比消耗设备消耗的蒸汽量少时，蒸汽系统处于蒸汽欠量状态，待调度蒸汽总量为消耗设备消耗的蒸汽量减去生产设备生产的蒸汽量的差值；当生产设备生产的蒸汽量与消耗设备消耗的蒸汽量相同时，蒸汽系统处于蒸汽平衡状态，待调度蒸汽总量为零。
具体的，当蒸汽系统处于待调整状态时，根据用户设定的报警逻辑组态信息进行蒸汽系统的待调整状态识别报警推送，通过窗口右下角弹框、移动终端推送、邮件推送等形式提醒用户出现的待调整状态。
S102、获取待调度状态和待调度蒸汽总量对应的预置调度顺序、预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个待调度设备对应的蒸汽调度量。
具体的，当蒸汽系统处于蒸汽过量状态时，根据待调度蒸汽总量设置相应的预置调度顺序；当蒸汽系统处于蒸汽欠量状态时，根据待调度蒸汽总量设置相应的预置调度顺序；预置调度顺序的设置方式为根据人为经验进行设定，还根据蒸汽系统中的各设备的优先级进行排列。
其中，每个待调度设备对应的蒸汽调度量可以根据待调度设备的蒸汽上/下限进行设置。
其中，待调度蒸汽总量为预置调度顺序中每个待调度设备对应的蒸汽调度量之和。
S103、根据预置调度顺序，按照预置蒸汽单位调度量逐次调度待调度设备至对应的蒸汽调度量。
具体的，根据预置调度顺序，调度对应的待调度设备，每次调度预置蒸汽单位调度量，直至待调度设备调度至对应的蒸汽调度量。
示例性的，若待调度总量为50t/h(t/h指的是每小时能产生或消耗多少吨的蒸汽)，预置调度顺序为设备A调度30t/h，设备B调度20t/h，则首先调度设备A，每次调度0.1t/h，直至30t/h全部调度完成，再调度设备B，每次调度0.1t/h，直至20t/h全部调度完成。
S104、判断调度后的蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量是否相等。
具体的，判断调度后的蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量是否相等，即，判断待调度后的蒸汽系统是否处于平衡状态。
若调度后的蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量不相等，则返回步骤S103、根据预置调度顺序，按照预置蒸汽单位调度量逐次调度待调度设备至对应的蒸汽调度量。
S105、将分配后的蒸汽系统的各设备蒸汽量输入至蒸汽管网模拟系统得到管网参数，判断管网参数是否满足管网参数范围。
若调度后的蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量相等，则将分配后的蒸汽系统的各设备蒸汽量输入至蒸汽管网模拟系统，判断管网参数是否满足管网参数范围。即，将分配后的蒸汽系统的各设备的生产或消耗的蒸汽量输入至蒸汽管网模拟系统，模拟各设备处于对应的生产或消耗的蒸汽量的情况下，蒸汽系统的管网参数是否满足管网参数范围(管网参数范围，即，管网约束)。
其中，蒸汽系统的管网参数是否满足管网参数范围可以理解为，管网模拟系统的计算结果是否满足管网与装置的工艺要求。
其中，管网模拟系统的原理是，输入当前管网入口流股的温度、压力、流量(流量即为分配后的蒸汽系统的各设备蒸汽量)，并输入管网结构参数(管径、管长、壁厚、保温)通过一系列热力学、传热学、流体力学公式原理来计算管网出口流股的压力、温度、流量，以及管网中输送介质的流速、温降、压降、散热损失。其中，输入当前管网入口流股的温度、压力是由传感器实时监测到的。本申请实施例中的管网模拟系统使用的软件是Pipesim。
其中，蒸汽系统的管网参数包括：管网持液率、管网流速、管网压降、管网温降和管网散热损失。
S106、根据判断结果对蒸汽系统的各设备进行调度。
请参阅图2，图2为本申请实施例所提供的另一种蒸汽系统的设备调度方法的流程图。如图2所示，本申请实施例提供的蒸汽系统的设备调度方法，包括以下步骤：
步骤S201至步骤S204的具体实施方式与上文的步骤S101至步骤S104相同，在此不做赘述。
S201、确定蒸汽系统的待调度状态和待调度蒸汽总量。
S202、获取待调度状态和待调度蒸汽总量对应的预置调度顺序、预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个待调度设备对应的蒸汽调度量。
S203、根据预置调度顺序，按照预置蒸汽单位调度量逐次调度待调度设备至对应的蒸汽调度量。
S204、判断调度后的蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量是否相等。
也就是说，当根据预置调度顺序，按照预置蒸汽单位调度量逐次调度待调度设备至对应的蒸汽调度量进行调度后，预测调度后的蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量是否相等。
S205、将分配后的蒸汽系统的各设备蒸汽量输入至蒸汽管网模拟系统得到管网参数，判断管网参数是否满足管网参数范围。
若调度后的蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量相等，则将分配后的蒸汽系统的各设备蒸汽量输入至蒸汽管网模拟系统得到管网参数，判断管网参数是否满足管网参数范围。
若调度后的蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量不相等，则根据预置调度顺序，按照预置蒸汽单位调度量逐次调度待调度设备至对应的蒸汽调度量。
也就是说，判断预置调度顺序中的至少一个待调度设备是否全部调度完成以及全部调度完成后的蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量是否相等。若预置调度顺序中的至少一个待调度设备全部调度完成，且全部调度完成后的蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量相等，则将分配后的蒸汽系统的各设备蒸汽量输入至蒸汽管网模拟系统得到管网参数，判断管网参数是否满足管网参数范围，根据判断结果对蒸汽系统的各设备进行调度；若预置调度顺序中的至少一个待调度设备没有全部调度完成或者全部调度完成后的蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量不相等，则根据预置调度顺序，按照预置蒸汽单位调度量逐次调度待调度设备至对应的蒸汽调度量。
S206、根据待调度状态对应的预置调度顺序、预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个待调度设备对应的蒸汽调度量，对待调度设备进行实际调度。
若蒸汽系统的管网参数满足管网参数范围，则根据待调度状态对应的预置调度顺序、预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个待调度设备对应的蒸汽调度量，对待调度设备进行实际调度。
也就是说，当蒸汽系统的管网参数满足管网参数范围时，根据待调度状态对应的预置调度顺序、预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个待调度设备对应的蒸汽调度量，对待调度设备进行实际调度。
若蒸汽系统的管网参数不满足管网参数范围，则返回步骤S202、获取待调度状态对应的预置调度顺序和预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个待调度设备对应的蒸汽调度量，并且对于不满足管网参数范围的蒸汽系统中的管段进行提示，可以通过显示屏显示出具体是哪些管段不符合管网参数范围。
S207、获取蒸汽系统的实际蒸汽生产量与实际蒸汽消耗量。
具体的，当对待调度设备进行实际调度之后，获取蒸汽系统的实际蒸汽生产量与实际蒸汽消耗量。
S208、判断实际蒸汽生产量与实际蒸汽消耗量是否相等。
具体的，判断调度后的蒸汽系统的实际蒸汽生产量与实际蒸汽消耗量是否相等，若实际蒸汽生产量与实际蒸汽消耗量不相等，则返回步骤S201、确定蒸汽系统的待调度状态和待调度蒸汽总量，对蒸汽系统的设备进行重新调度。
S209、完成蒸汽系统的设备调度。
若实际蒸汽生产量与实际蒸汽消耗量相等，则完成蒸汽系统的设备调度。
具体的，蒸汽系统的设备调度的可视化界面包括：各等级蒸汽系统的待调整状态以及相关节点生成或消耗蒸汽的流量、温度、压力等实时工况信息，调度人员可根据特定工况场景，设置各装置或设备调度顺序，按照通用的平衡计算或线性规划优化算法，进行平衡计算。将调度后的蒸汽系统的各设备蒸汽量输入至蒸汽管网模拟系统，蒸汽管网模拟系统判断蒸汽系统是否满足管网参数范围，进而使得蒸汽系统的各设备正常运行。
请参阅图5，图5为本申请实施例所提供的蒸汽管网模拟系统的管网模拟技术路线示意图。如图5所示，本申请实施例提供的蒸汽管网模拟系统的管网模拟技术，包括：蒸汽管网模拟系统集成了基尔霍夫定律、拓扑学、水力学、传热学、计算数学等知识，并结合了工程化方法。以蒸汽管网模的分布情况及结构参数为基础，采集供耗端流量、温度、压力及化验分析数据，基于蒸汽物性、流体水力学与热力学耦合计算，对管网进行精确模型，实现管网中任意管段流量、压降、流速、散热率、冷凝量等重要状态的计算，实现管网的精细化与智能化管理。
(1)管网拓扑结构解析。
请参阅图6和图7，图6为本申请实施例所提供的一种环装管网结构示意图，图7为本申请实施例所提供的一种由若干节点和边组成的管网网路示意图。G(v，E)表示一组点的集合v和一组边界的集合E，用vi表示节点，ei表示边(或弧线)，ei＝(vj，vk)指的是由始点vj向终点vk的一条有向边，每条边在图中都是唯一的，不能重复。集合v＝{v1，v2，v3，v4，v5，v6}、集合E＝{e1，e2，e3，e4，e5，e6}。其中，边e1＝{v1，v2}，边e2＝{v2，v3}，边e3＝{v1，v4}，边e4＝{v2，v5}，边e5＝{v3，v6}，边e6＝{v4，v5}，边e7＝{v5，v6}。图7中，边的方向表示管段中流体流动的方向。在枝状管网系统中，蒸汽的流向是确定，而在环状管网系统中，在进行水力、热力计算之前，由于不知道蒸汽的流向，则在图中变的方向也无法确定，此时，我们需要明确节点之间的联系，即通过无向图来描述网络，无向图中边是由无序的节点对连接而成。如果无向图中任意两点之间至少存在一条道路，则称它为连通图，否则为非连通的。对于有向图，若将边的方向去掉之后的无向图示连通的，它就是连通的。在水力、热力计算过程中，需要所计算管段长度、流量、管径等参数，则给图的每条边赋一个权值，这时的图称为加权图。通常取管段长度为全值。
(2)传递性质计算
蒸汽管网模拟系统的传递性质计算目前主要包括粘度系数和导热系数计算。可以由一个经验方程或半经验方程计算每一个纯组分的性质，经验方程的系数由实验数据得出，可查阅相关物性估算方面的文献。混合物性质用适当的混合规则计算。粘度系数和导热系数的计算较为接近，具体方法可参考《气液物性估算手册》。
(3)热力学性质计算
热力学性质的推算需要输入流体最基本的性质以表达系统的特征。流体最基本的性质参数有两大类，一是系统压力p、气相的摩尔体积V、系统温度T组成和热容等状态参数，另一类是热状态数据。热参数通常有实验测得，而推算热力学性质时所要的最基本的性质参数主要是系统压力p、气相的摩尔体积V、系统温度T等状态数据，结合相应的模型就能推算其他的热力学性质(如焓、熵)。主要的模型有状态方程和活度系数模型。
在蒸汽管网模拟系统中，主要采用PR气体状态方程等计算其它的热力学性质。PR气体状态方程的一般形式为：
公式(1)中，p指的是系统压力、V指的是气相的摩尔体积、T指的是系统温度，R为气体常数，a为PR气体状态方程的第一系数，b为PR气体状态方程的第二系数。
其中，由于蒸汽系统中的蒸汽是混合气体，所以采用混合规则计算第一系数a和第二系数b，公式如下：
ai＝acα(Tr,ω) (5)
α＝[1+(0.37646+1.54226ω-0.26992ω2)(1-Tr 0.5)]2 (7)
在公式(2)至公式(8)中，目前文献中不同形式的PR气体状态方程的第一系数a和第二系数b和第三系数α的数值不同。公式中的yi指的是组分i气相组成，yj指的是组分j气相组成，aij指的是二元交互作用参数，ai指的是i组分范德华常数，aj指的是j组分范德华常数，kij指的是二元交互作用参数，ac指的是临界状态下范德华常数，Tr指的是对比温度，ω指的是压缩因子，Tc指的是临界温度，Pc指的是临界压力，bi指的是i组分范德华常数。
热力学性质主要包括焓，熵及吉布斯能的计算，通过基本的热力学方程，并结合状态方程可推算上述各种热力学性质。
其中，焓的偏离函数通过如下公式进行计算：
熵的偏离函数通过如下公式进行计算：
吉布斯能偏离函数通过如下公式进行计算：
公式(9)至公式(11)中，Hm指的是摩尔焓，
指的是理想气体摩尔焓，Vig指的是理想气体体积，Sm指的是摩尔熵，
指的是理想气体摩尔熵，Zm指的是压缩因子，Gm指的是摩尔吉布斯自由能，
指的是理想气体摩尔吉布斯自由能。
对于给定的状态方程，混合物其它热力学性质能有相应的偏离函数计算，具体公式如下：
汽相焓的计算公式为：
液相焓的计算公式为：
理想气体摩尔焓的计算公式为：
公式(12)至公式(14)中，
指的是汽相焓，
指的是液相焓，
指的是理想气体摩尔焓，yi指组分i气相组成，
指的是理想气体生成焓，T指的是系统温度，Tref指的是混合后温度，
(T)指的是温度T下，压力P下理想气体i的热熔。
采用PR状态方程的偏离焓、偏离熵的计算公式：
公式(15)和公式(16)中，p指的是系统压力，p0指的是标准压力。
热力学性质的计算主要是相平衡的计算(闪蒸)，所需要的性质就是各相态的逸度，焓的计算也时常需要。对于计算一个质量和热量平衡的体系而言，逸度和焓通常就包含足够的信息。管网模拟计算中主要涉及的是气液两相平衡的计算。在一个平衡的系统的气液相中，对于每个组分i最基本的关系是：
fi v＝fi l (17)
公式(17)中，fi v指的是组分i在气相中的逸度；fi l指的是组分i在液相中的逸度。
通常逸度的计算有状态方程方法和活度系数方法，在我们自行研发的管网模拟软件的计算中，通常采用状态方程方法进行相平衡的计算。状态方程的逸度系数计算的公式为：
公式(18)和公式(19)中，
指的是气相逸度因子，
指的是液相逸度因子，yi指的是气相i组分的组成，xi指的是液相i组分的组成，p指的是系统压力。
采用Peng-Robinson状态方程的逸度系数计算公式为：
公式(20)和公式(21)中，
指的是状态方程的逸度系数，Vα指的是体积，ni指的是i组分的物质的量，nj指的是j组分的物质的量，
指的是压缩因子。
(4)水力学模型。
对于不可压缩的理想流体，或未经压缩的流体，按机械能守恒定律，可以得到如下的Bernoulli方程(伯努理方程)：
公式(22)中，gZ指的是位能，p指的是系统压力，ρ指的是密度，u指的是流体的线速度，const指的是常量。
直管压力降的计算公式为：
Δp＝CG2 (23)
公式(23)和公式(24)中，Δp指的是直管压力降，C指的是单位质量压力损失，G指的是流量，λ指的是摩擦系数，d指的是管道直径，l指的是管道长度。
局部阻力损失的计算公式为：
公式(25)中，hf指的是局部阻力损失，le指的是当量长度。
对于可压缩流体的流动的直管压力降的计算公式为：
Δp＝CmG2 (27)
公式(27)和公式(28)中，Cm指的是单位质量压降，ρm指的是密度。
那么对于一个管网系统来说，所要求解的未知数是每根管段的流量G和压降ΔP。为了求解上述参数，首先把管网中的每一根管段看作是有一定的物理特性的线段，各线段之间有一定的物理和逻辑关系，那么可以将实际的蒸汽管网模型化为管网拓扑图。为了对不同的管段加以区别，分类如下：
外支管：管段一端与气源或用户连接，另一端与其它管段连接。
内管：管段两端均与其它管段连接。
节点：三根管段之间的连接处(类似与三通)。
回路：由若干根管段组成的封闭环路。
通路：从一根外支管沿相连的管段到另一根外支管之间的管线。
(5)模型约束方程
物料平衡：对于任意节点，都满足如下公式：
公式(29)中，E表示与节点直接相连的管段数，r表示管内流体流向，Gi指的是管段流量，若流向指向该节点，则r＝1；若流向指出该节点，则r＝2。
能量平衡：对于任意一个回路，都满足如下公式：
公式(30)中，F表示组成该回路的管段数；r表示管段内流体方向，ΔPi指的是管段压力损失，若流向与回路方向相反，则r＝1；流向若与回路方向相同，则r＝2。
对于任意一个通路，都满足如下公式：
公式(31)中，D表示组成该通路的管段数；r表示管段内流体流向，Pa指的是入口压力，Pb指的是出口压力，若流向与通路方向相反，则r＝1；流向若与通路方向相同，则r＝2。
(6)管网热损失计算
管网系统通常都有保温处理，但不能完全避免热能向周围环境散失。对于圆管的传热过程，包括管内介质到管内侧壁面、管内侧壁面到管外侧壁面、管外侧壁面到保温层内侧壁面、保温层内侧壁面到保温层外侧壁面、保温层外侧壁面到环境大气等五个环节。由于金属管的导热系数很大，热阻可忽略不计；管外侧与保温内侧紧贴，热阻较小，也可忽略不计。因此实际计算热损失时只考虑另外三个环节。管网在连续稳定运行状况下，实际计算热损失的公式为：
公式(32)至公式(34)中，ti指的是介质温度，twi指的是管内层壁面温度，two指的是保温层外侧温度，to指的是环境温度，Q指的是传热，di指的是管网的内径，do指的是管网的保护层外径，l指的是管长，λ指的是，αi指的是管内介质的对流传热系数，αo指的是保温层与环境大气间的对流传热系数。
将上述公式(32)、公式(33)和公式(34)相加得：
以保温层外侧表面积计算的传热系数K为：
Q＝Kπlol(ti-to) (36)
则传热系数K可通过下式计算：
若考虑管内壁、外壁污垢热阻，那么传热系数可通过下式计算：
公式(35)至公式(38)中，di，d，do为管网的内径，外径及保温层外径；αi为管内介质的对流传热系数，αo为保温层与环境大气间的对流传热系数；λ1为管网的热导率，λ2为保温层的热导率；Ri为管网内侧的污垢热阻，Ro为保温层外壁的污垢热阻。
对于有多层保温层的情况，导热系数为：
(7)末端温度和冷凝水计算
因管内流体与外界存在热交换，所以流体的焓值会沿着流动的方向不断减小、温度和压力均不断降低。现设一根管段两端的压力分别为P1和P2，温度分别为T1和T2，则介质流经管段的焓差为：
ΔH＝H1-H2＝f(P1,T1)-f(P2,T2) (40)
理论上说，流体流经管段的焓差应等于流体与外界热交换所引起的热损失。
对于蒸汽来说，在管段内可能形成冷凝水。现假设蒸汽在P2压力下的饱和温度为Ts，设末端温度的初值为T20，根据公式(40)可计算出焓差。而管段的热损失为：
公式(41)中，A指的是换热面积，k指的是导热系数，te指的是平衡温度。
若ΔH＝Q，且T20＞Ts，则管段末端温度T2＝T20；
若ΔH＞Q，且T20＞Ts，说明T20偏小，增加T20迭代计算，直到ΔH＝Q；
若ΔH＜Q，且T20＞Ts，说明T20偏大，减小T20继续计算，直到ΔH＝Q；如若将T20减小到T20＝Ts时，仍然是ΔH＜Q，则说明有冷凝水析出，管段末端温度T2＝Ts。设T2温度下蒸汽的汽化潜热为r，则冷凝水量为：
m＝(Q-ΔH)/r (42)
公式(42)中，m指的是温度下蒸汽的汽化潜热。
(8)求解方法
对于水力热力计算，初始流量的确定很重要。枝状管网各管段的流量根据管段末端逆向求和，都可以确定。流量分布方案应该满足节点流量平衡式，即应符合基尔霍夫第一定律，设管网中有J个节点，P个管段，则可以炼厂J个节点流量平衡方程，其中J-1个为线性独立的方程，而未知变量的个数为P。在枝状管网中，管段个数P＝J-1，所以可以直接解出流量。而在环状管网中，由于P>J-1，所以不能直接解出各个环路管段中的流量，这时线性方程组存在一个解集。因此，在环状管网中，符合基尔霍夫第一定律的流量分配方案有无数个。为了增加程序的通用性，我们采用最小平方和法对管段流量进行分配。最小平方和流量分配法的思路是，将分配后的各管段流量取平方和，然后求其最小值，即在满足节点流量平衡式的基础上，使各管段流量的平方和最小。由于事先不需要确定管段的流动方向，因此使用范围较广，可用于复杂管网初始流量的分配。该方法分配的特点是管网起点附近流量较大的管段中，流量分配比较均匀。
基于同一申请构思，本申请实施例中还提供了与上述实施例提供的蒸汽系统的设备调度方法对应的蒸汽系统的设备调度装置，由于本申请实施例中的装置解决问题的原理与本申请上述实施例的蒸汽系统的设备调度方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
请参阅图3，图3为本申请实施例所提供的一种蒸汽系统的设备调度装置的结构示意图。如图3所示，本申请实施例提供的蒸汽系统的设备调度装置10，包括：确定模块101、获取模块102、第一调度模块103、判断模块104、分配模块105和第二调度模块106。其中，确定模块101，用于确定蒸汽系统的待调度状态和待调度蒸汽总量，待调度状态用于描述蒸汽系统处于蒸汽过量状态或蒸汽欠量状态；获取模块102，用于获取待调度状态和待调度蒸汽总量对应的预置调度顺序、预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个待调度设备对应的蒸汽调度量；第一调度模块103，用于根据预置调度顺序，按照预置蒸汽单位调度量逐次调度待调度设备至对应的蒸汽调度量；判断模块104，用于判断调度后的待调度蒸汽总量是否为零；分配模块105，用于若调度后的待调度蒸汽总量为零，则将分配后的蒸汽系统的各设备蒸汽量输入至蒸汽管网模拟系统得到管网参数，判断管网参数是否满足管网参数范围；第二调度模块106，用于根据判断结果对蒸汽系统的各设备进行调度。
蒸汽系统的调度装置10，还包括：实际调度模块，用于根据待调度状态对应的预置调度顺序、预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个待调度设备对应的蒸汽调度量，对待调度设备进行实际调度；实际获取模块，用于获取蒸汽系统的实际蒸汽生产量与实际蒸汽消耗量；实际判断模块，用于判断实际蒸汽生产量与实际蒸汽消耗量是否相等。
基于同一申请构思，参见图4所示，为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，电子设备20包括：处理器201、存储器202和总线203，存储器202存储有处理器201可执行的机器可读指令，当电子设备20运行时，处理器201与存储器202之间通过总线203进行通信，机器可读指令被处理器201运行时执行如上述实施例中的蒸汽系统的设备调度方法的步骤。
基于同一申请构思，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例提供的蒸汽系统的设备调度方法的步骤。具体地，存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述蒸汽系统的设备调度方法，通过先调度蒸汽系统中的各设备蒸汽量，再对调度后的蒸汽系统进行模拟，判断调度后的蒸汽系统中的管网参数是否满足管网约束，解决了现有技术中无法确定调度后的蒸汽系统是否满足管网约束的技术问题，达到提高调度安全性的技术效果。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本申请所提供的几个实施例中，应理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种蒸汽系统的设备调度方法，其特征在于，所述方法包括：
确定蒸汽系统的待调度状态和待调度蒸汽总量，所述待调度状态用于描述蒸汽系统处于蒸汽过量状态或蒸汽欠量状态；
获取所述待调度状态和所述待调度蒸汽总量对应的预置调度顺序、所述预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个所述待调度设备对应的蒸汽调度量；
根据所述预置调度顺序，按照预置蒸汽单位调度量逐次调度所述待调度设备至对应的蒸汽调度量；
判断调度后的所述蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量是否相等；
若调度后的所述蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量相等，则将分配后的所述蒸汽系统的各设备蒸汽量输入至蒸汽管网模拟系统得到管网参数，判断所述管网参数是否满足管网参数范围；
根据判断结果对所述蒸汽系统的各设备进行调度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据判断结果对所述蒸汽系统的各设备进行调度，包括：
若所述蒸汽系统的管网参数满足管网参数范围，则根据所述待调度状态对应的预置调度顺序、所述预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个所述待调度设备对应的蒸汽调度量，对所述待调度设备进行实际调度；
若所述蒸汽系统的管网参数不满足管网参数范围，则获取所述待调度状态对应的预置调度顺序和所述预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个所述待调度设备对应的蒸汽调度量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断调度后的所述待调度蒸汽总量是否为零之后，还包括：
若调度后的所述蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量不相等，则根据所述预置调度顺序，按照预置蒸汽单位调度量逐次调度所述待调度设备至对应的蒸汽调度量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预置调度顺序根据所述蒸汽系统中的各设备的优先级进行排列。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述若所述蒸汽系统的管网参数不满足管网参数范围之后，还包括：
对于不满足所述管网参数范围的所述蒸汽系统中的管段进行提示。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述待调度设备进行实际调度之后，还包括：
获取所述蒸汽系统的实际蒸汽生产量与实际蒸汽消耗量；
判断所述实际蒸汽生产量与所述实际蒸汽消耗量是否相等；
若所述实际蒸汽生产量与所述实际蒸汽消耗量不相等，则重新确定蒸汽系统的待调度状态和待调度蒸汽总量。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述蒸汽系统的管网参数包括：管网持液率、管网流速、管网压降、管网温降和管网散热损失。
8.一种蒸汽系统的设备调度装置，其特征在于，所述蒸汽系统的设备调度装置包括：
确定模块，用于确定蒸汽系统的待调度状态和待调度蒸汽总量，所述待调度状态用于描述蒸汽系统处于蒸汽过量状态或蒸汽欠量状态；
获取模块，用于获取所述待调度状态和所述待调度蒸汽总量对应的预置调度顺序、所述预置调度顺序对应的至少一个待调度设备及每个所述待调度设备对应的蒸汽调度量；
第一调度模块，用于根据所述预置调度顺序，按照预置蒸汽单位调度量逐次调度所述待调度设备至对应的蒸汽调度量；
判断模块，用于判断调度后的所述蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量是否相等；
分配模块，用于若调度后的所述蒸汽系统的蒸汽生产量与蒸汽消耗量相等，则将分配后的所述蒸汽系统的各设备蒸汽量输入至蒸汽管网模拟系统得到管网参数，判断所述管网参数是否满足管网参数范围；
第二调度模块，用于根据判断结果对所述蒸汽系统的各设备进行调度。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过所述总线进行通信，所述机器可读指令被所述处理器运行时执行如权利要求1至7任一项所述的蒸汽系统的设备调度方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至7任一项所述的蒸汽系统的设备调度方法的步骤。
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| CN202111511480.4A CN114254894A (zh) | 2021-12-06 | 2021-12-06 | 一种蒸汽系统的设备调度方法及装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115994661A (zh) * | 2022-12-19 | 2023-04-21 | 天津大学 | 蒸汽管网调整策略信息生成方法 |
| CN116108640A (zh) * | 2022-12-28 | 2023-05-12 | 南京苏夏设计集团股份有限公司 | 一种蒸汽管网温降计算方法、存储介质及设备 |
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2021
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Cited By (4)
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| CN115994661B (zh) * | 2022-12-19 | 2024-01-30 | 天津大学 | 蒸汽管网调整策略信息生成方法 |
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