[发明专利]一种一炉一注已知井口注汽参数推算注汽锅炉参数的方法

权利要求书

1.一种一炉一注已知井口注汽参数推算注汽锅炉参数的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

以实际注汽管网中的管道连接处为作为节点对注汽管网进行分段；

获取井口注汽参数和各段注汽管线的基础参数；

以井口处为起点，采用迭代计算法逐段计算各段注汽管线出口处的温度、压力、蒸汽干度以及热损失，直到最后一根管段，最终计算得出一炉一注注汽管网注汽锅炉参数的参考值；

所述以井口处为起点，采用迭代计算法逐段计算各段注汽管线出口处的温度、压力、蒸汽干度以及热损失，直到最后一根管段，最终计算得出一炉一注注汽管网注汽锅炉参数的参考值的步骤包括：

步骤一：以井口为计算起点，计算第i段管线的相关参数；其中，与井口相连的管线编号为1，依次类推，管线编号i＝1～n，井口的注汽参数即为第1段管线的入口参数，按照管线的连接顺序依次计算，i＝1时开始计算；

步骤二：迭代计算第i段管线压力损失，同时计算第i段管线局部阻力损失；迭代计算第i段管线外表面温度和热损失；迭代计算第i段管线末端的蒸汽干度；输出第i段末端的相关参数，所述相关参数包括温度、压力、蒸汽干度和热损失；

步骤三：按照计算第i段管线的相关参数的方法计算后续管线的相关参数，直到最后一根管段，将计算出的最后一根管段出口的相关参数作为一炉一注注汽管网注汽锅炉参数的参考值；

所述相关参数还包括累计长度以及热流密度；

所述步骤二的具体计算过程包括：

(1)假定干度升△x_i，压力升△p_i；

(2)计算第i段管线的出口处压力p_i、出口处温度T_i和出口处蒸汽干度x_i：

p_i＝p_i-1-△p_i，

T_i＝195.94p_i^0.225-17.8，

x_i＝x_i-1-△x_i，

上述公式中，p_i为第i段管线的出口处压力；T_i为第i段管线的出口处温度；x_i为第i段管线的出口处蒸汽干度；p_i-1为第i-1段管线的出口处压力；T_i-1为第i-1段管线的出口处温度；x_i-1为第i-1段管线的出口处蒸汽干度；

(3)计算第i段管线的平均压力p_avi、平均温度T_avi和平均蒸汽干度x_avi：

p_avi＝(p_i-1+p_i)/2，

T_avi＝(T_i-1+T_i)/2，

x_avi＝(x_i-1+x_i)/2；

(4)计算第i段管线的蒸汽液相密度ρ_l、蒸汽汽相密度ρ_g以及蒸汽液相粘度μ_l和蒸汽汽相粘度μ_g：

ρ_l＝(0.9967-4.615×10^-5T_avi-3.063×10^-6T_avi²)×10³，

Z_g＝1.012-4.461×10^-4T_avi+2.98×10^-6T_avi²-1.663×10^-8T_avi³，

μ_g＝(0.36T_avi+88.37)×10^-4，

上述公式中，ρ_l为第i段管线的蒸汽液相密度，kg/m³；ρ_g为第i段管线的蒸汽汽相密度，kg/m³；μ_l为第i段管线的蒸汽液相粘度，mPa.s；μ_g为第i段管线的蒸汽汽相粘度，mPa.s；

(5)计算第i段管线的体积含气率H_g：

(6)计算第i段管线的平均密度ρ_m和平均粘度μ_m：

ρ_m＝H_gρ_g+(1-H_g)ρ_l，

μ_m＝H_gμ_g+(1-H_g)μ_l；

(7)计算第i段管线的平均流速ν_m：

上述公式中，ν_m为第i段管线的平均流速，m/s；

其中，第i段管线的内截面积A的计算公式为：

A＝πr_i²，

上述公式中，A为管线的内截面积，m²；

(8)计算第i段管线的雷诺数R_e：

上述公式中，R_e为第i段管线的雷诺数；

(9)计算第i段管线的摩擦系数f_m：

f_m的具体取值根据表1的标准选取；

表1 第i段管线的摩擦系数选取标准

表1中，Ra为管壁粗糙度；

(10)计算第i段管线p_i和T_i下的蒸汽汽相密度ρ_gi、蒸汽液相密度ρ_li、体积含气率H_gi、平均密度ρ_mi以及流速ν_i：

①ρ_gi和ρ_li的计算公式为：

ρ_li＝(0.9967-4.615×10^-5T_i-3.063×10^-6T_i²)×10³，

Z_gi＝1.012-4.461×10^-4T_i+2.98×10^-6T_i²-1.663×10^-8T_i³，

上述公式中，ρ_li为第i段管线的蒸汽液相密度，kg/m³；ρ_gi为第i段管线的蒸汽汽相密度，kg/m³；

②H_gi、ρ_mi以及ν_i的计算公式为：

ρ_mi＝H_giρ_gi+(1-H_gi)ρ_li，

上述公式中，H_gi为第i段管线的体积含气率；ρ_mi为第i段管线的平均密度；ν_i为第i段管线的流速；

(11)计算第i段管线的局部阻力△p_j：

上述公式中，△p_j为第i段管线局部压升，MPa；△p_w为液体单向流的局部压强损失，Pa；X为马蒂内利参数；ζ为局部阻力系数；

当管径扩大时，B₁和ζ的计算公式为：

B₁＝1.0，

当管径缩小时，B₁和ζ的计算公式为：

B₁＝1.0，

当存在90°弯头时，B₁和ζ的计算公式为：

ζ＝0.12；

当存在阀门时，B₁和ζ的计算公式为：

闸阀：B₁＝1.5，ζ＝0.2，

球阀：B₁＝2.3，ζ＝10.0，

控制阀：B₁＝1.0，ζ＝5.0s，

在上述涉及B₁和ζ的计算公式中，l为管子弯头部分的长度；A₂为下游小管道的截面积；A₁为上游大管道的截面积；

(12)计算第i段管线的压升△p_i'：

△p_i'＝p_i-1-p_i；

其中，ν_i-1通过以下计算过程获得：

①计算第i-1段管线p_i-1和T_i-1下的蒸汽汽相密度ρ_gi-1和蒸汽液相密度ρ_li-1：

ρ_li-1＝(0.9967-4.615×10^-5T_i-1-3.063×10^-6T_i-1²)×10³，

Z_gi-1＝1.012-4.461×10^-4T_i-1+2.98×10^-6T_i-1²-1.663×10^-8T_i-1³，

上述公式中，ρ_li-1为第i-1段管线的蒸汽液相密度，kg/m³；ρ_gi-1为第i-1段管线的蒸汽汽相密度，kg/m³；

②计算第i-1段管线p_i-1和T_i-1下的体积含气率H_gi-1、平均密度ρ_mi-1以及流速ν_i-1：

ρ_mi-1＝H_gi-1ρ_gi-1+(1-H_gi-1)ρ_li-1，

上述公式中，H_gi-1为第i-1段管线的体积含气率；ρ_mi-1为第i-1段管线的平均密度；ν_i-1为第i-1段管线的流速；

(13)判断计算得到的△p_i'与假定值△p_i，如果在误差范围内则进行下步计算，否则取△p_i＝△p_i'返回步骤(2)重新计算；

(14)设定第i段管线的外表面温度为假定值T_w；

(15)计算第i段管线△z上的单位长度、单位时间的热损失q：

①管线有保温层时，采用以下公式计算第i段管线△z上的单位长度、单位时间的热损失：

在上述公式中，q为第i段管线管线△z上的单位长度、单位时间的热损失，kcal/(h·m)；T_s为管线内蒸汽的温度；

其中，R₃+R₄+R₅＝R，R为第i段管线上的热阻；

第i段管线管壁热阻R₃的计算公式为：

上述公式中，R₃为管线的管壁热阻；λ_p为管线的导热系数，kcal/(h·m·℃)；r_o为管线外半径，m；ri为管线内半径，m；

第i段管线绝热层热阻R₄的计算公式为：

在上述公式中，R₄为第i段管线绝热层热阻；λ_ins为绝热层的导热系数，kcal/(h·m·℃)；r_ins为绝热层外半径，m；

有保温层时，第i段管线保温层外半径的计算公式为：

r_ins＝r_o+Pipe(i,20)

D_s＝2r_ins，

上述公式中，r_ins为管线的外半径，m；r_o为管线外半径；D_s为保温层外径，m；

无保温层时，第i段管线外半径的计算公式为：

r_ins＝r_o；

第i段管线对空气的强迫对流换热的热阻R₅的计算公式为：

h_fc＝h_fc'+h_fc，

在上述公式中，h_fc为第i段管线的绝热层外表面上强迫对流热系数，kcal/(m²·h·℃)；h_fc'为第i段管线对空气的对流换热系数，kcal/(m²·h·℃)；h_fc为第i段管线管外壁至大气的辐射换热系数，kcal/(m²·h·℃)；

第i段管线对空气的对流换热系数h_fc'的计算公式为：

Re＝ν_aD_s/υ_a；

上述公式中，λ_a为空气的导热系数，kcal/(h·m·℃)；Re为雷诺数；ν_a为风速，m/s；υ_a为空气的运动粘度，m²/s；D_s为保温层外径，m；C和n₁根据Re按照表2的标准进行选值；

表2 C和n₁的选取标准

Re	5-80	3]]>	3-5×104]]>	4]]>
C	0.81	0.625	0.197	0.023
1]]>	0.40	0.46	0.6	0.8

管线的空气导热系数λ_a的计算公式为：

λ_a＝(9×10^-18×T_a⁶-3×10^-14×T_a⁵+4×10^-11×T_a⁴-2×10^-8×T_a³+2×10^-6×T_a²+0.0077×T_a+2.4313)×10^-2×0.859845，

第i段管线的空气运动粘度的计算公式为：

υ_a＝(3×10^-16×T_a⁶-9×10^-13×T_a⁵+9×10^-10×T_a⁴-4×10^-7×T_a³+0.0002×T_a²+0.0862×T_a+13.232)×10^-6，

第i段管线管外壁至大气的辐射换热系数h_fc的计算公式为：

在上述公式中，ε为管壁外黑度；T_a为空气平均温度，℃；T_w为绝热层外壁温度，℃；

②管线无保温层时，采用以下公式计算第i段管线管线△z上的单位长度、单位时间的热损失：

(16)计算第i段管线绝热层外表面温度T_w'

管线有保温层时，第i段管线绝热层外表面温度T_w'的计算公式为：

管线无保温层时，第i段管线绝热层外表面温度T_w'的计算公式为：

(17)判断计算得到的T_w'和假定值T_w，如果误差较大则T_w＝T_w'返回步骤(10)，如果满足则进行下一步计算；

(18)采用以下公式计算第i段管线累计热损失q_i以及热流密度Q和累计长度Z：

①第i段管线累计热损失q_i的计算公式为：

q_i＝q×z×4.186/3600/G，

在上述公式中，q为第i段管线△z上的单位长度单位时间的热损失，kJ/kg；

②管线有保温层时，第i段管线热流密度Q的公式计算为：

管线无保温层时，第i段管线热流密度Q的公式计算为：

③累计长度Z为从锅炉出口出至第i段管线的管线长度；

(19)采用以下公式计算第i段管线的蒸汽干度x_i：

C₁＝G(h_g-h_l)，

其中，第i段管线饱和蒸汽的焓h_g以及饱和水的焓h_l的计算公式为：

h_g＝(12500+1.88T_avi-3.7×10^-6T_avi^3.2)/4.186，

在上述公式中，h_l为饱和水的热焓，kcal/kg；h_g为饱和蒸汽的热焓，kcal/kg；

(20)判断步骤(19)计算出的蒸汽干度x_i值与步骤(2)计算出的蒸汽干度值x_i，如果误差较大，则将步骤(19)计算得到的x_i代入步骤(2)重新计算，如果在误差范围内则进行下一步计算；

(21)输出第i段管线的计算得出的最终相关参数，所述相关参数包括第i段管线出口处的温度T_i、压力p_i、蒸汽干度x_i、热损失q_i和第i段管线出口处的累计长度Z以及热流密度Q。