SPS建模操作及练习.pptx

SPS的建模及练习 1 SPS的程序和文件构成 INPREP PREPR OUTPRPINTRAN TRANS OUTTRNINGRAF GRAFR OUTGRFTPORT 可以从review文件中读取冷态结果为方便阅读 在INPREP INTRAN INGRAF中均可包含INCLUDE文件 2 SPS输入文件 命名 aaa inprepaaa intranaaa ingrafbbb inc编辑 推荐用window系统自带的写字板编写也可以使用modelbuilder 3 单位 4 编写inprep文件 5 inprep文件必须编写的内容TITLE 必须首行 LIQUIDorGASENGLISHorMETRICCUSTODYPIPEPARMSISOTHERMAL THERMALorTRANSTHERMALSTATEAGA STATEBWRS STATECNGA STATESCL VISCOSITY non Newtonian WAX STATETABLE EQUIPMENT设备 节点 变量 曲线等 字母可以大写也可小写 6 编写inprep文件 标题 TITLE 第1行 可以是任意文字和字符SELECT 选择SPS的其他产品模块 包括仿真模块 泄漏检测模块 培训模块等 可以不输入 默认仿真模块 SIMULATOR 在线模拟需要输入RTU传输的数据 气体或液态 GAS或者LIQUID 7 编写inprep文件 标准状态 格式 CUSTODY PRESSURE PREF TEMPERATURE TREF 举例 CUSTODY PRESSURE 1 01325 TEMPERATURE 20注1 此语句的压力为绝对压力 其余没有标注的压力均为表压 标准压力101 325kPa 绝压 注2 API中以15 为标准温度 中国国标以20 为标准温度 注3 标准状态影响标态流量 问题 表压5bar 绝压 8 编写inprep文件 自定义单位 格式 DEFUNITSNAME EXPRESSIONUSEUNITSKEYWORDNAME举例 DEFUNITSNN M3 HR 0 0001 标准流量单位采用万方 小时USEUNITSFLOWNNUSEUNITSFUELNNDEFUNITSNN1 AM3 HR 0 0001 管态流量单位采用万方 小时USEUNITSAFLOWNN1注意1 KEYWORD见Defaultunits表格 注意2 NAME可以是任何字符 但不能与SPS内置语句重复 注意3 EXPRESSION使用SPS的内置单位 见Defaultunits表格 问题 如何用MPa代替SPS模型的内置压力单位 9 编写inprep文件 输入管道参数 格式 PIPEPARMS FRICTION COLE NIKUR MOODY RUF FF INITIALPINIT KNOTSPAC THRM COEFFn 举例 PIPEPARMS FRICTIONCOLE0 01 管道粗糙度按10 m KNOT1 距离计算步长1km INITIAL40 线路最高点起始压力40bara 0流量 THRM COEFF1 33E 6 10 编写inprep文件 输入管道参数 举例 PIPEPARMS FRICTIONCOLE0 03 管道粗糙度按0 03mm KNOT1 距离计算步长1km INITIAL40 线路最高点起始压力40bara 0流量 THRM COEFF1 33E 6注意1 距离步长越长 计算速度越快 但瞬态计算精度下降 通常KNOT步长不超过管道长度的2 注意2 起始压力只影响平衡时间 不影响计算结果 注意3 原油和成品油粗糙度的选取 直缝管和无缝管取0 05mm 螺旋缝管取0 125mm OD DN350 天然气管道粗糙度选取 无内涂层取0 03mm 有内涂层取0 01mm 11 输气管道摩阻计算公式和输气效率说明 docCOLEBROOK公式实际上是Prandtle 普朗特 水力光滑管公式和Nikuradse 尼古拉兹 完全粗糙管公式的数学组合 该公式为隐函数形式 计算量较大 但计算精度高 它适用于整个紊流区 并且做为管道水力计算的基本公式被世界许多国家采用 GB50251中附录A中的气体流量计算公式由Pandandle公式推导出 仅适用于手工计算 精度较差 引入了输气效率E作为修正 若采用COLEBROOK公式则需要采用电脑计算 则不需要再考虑输气效率E 可以在交互状态的spans中修改输气效率E 默认值为1 但不建议修改 12 编写inprep文件 限制参数范围语句 格式 SET LIMIT KEYSUBATTLLLOWHIGHHHDEFUNIT KEYSUBATTLLLOWHIGHHHDEFUNIT 举例 SET LIMIT T OD 14221800 MM 低于LL或高于HH的值产生error 在LL和LOW之间的值产生warning 在HIGH和HH之间的值产生warning 默认值用 代替 也可以用具体参数修改默认值 可以在html文件夹中打开limits html查看所有参数的限制值和默 认值以及单位 13 编写inprep文件 关闭流体批量跟踪和混合 格式 NOTRACK注意1 此语句只能在STATE和EQUIPMENT语句之间输入注意2 如果有此语句 就不允许在EXTERNAL处输入流体性质 14 编写inprep文件 传热模型选取 ISOTHERMAL TEMP 绝热模型 温度为恒定值 通常成品油管道采用该模型 THERMAL TEMP 部分传热模型 管道不换热 设备换热 可以计算泵 压缩机 调节阀的前后的温度变化 TRANSTHERMAL TEMP 设备和管道均换热 SP HEATSPH 流体比热 BWRS和SCL模型不需要输入 HEATCONDHCOND 流体导热系数KJ HR M DC天然气取0 108原油和成品油取0 36 0 58W M DC KJ HR M DC 0 278HCOND KJ HR M DC 0 493 1 0 00054T DENSITY 相对密度 15 16 编写inprep文件 MIN FILM COEFMFC 最小膜系数 KJ HR M2 DC 模拟流体和管道内壁之间的液体薄膜传热系数 默认取0 HEAT FRIC EXPHFELHHFELCHFETHHFETC 热阻修正系数 默认取0 FORCED CONVECTIONFORCED 强制对流换热基准条件 取WALL TEMPorMEAN TEMP FREE CONVECTIONFREE 自然对流换热基准条件 取WALL TEMPorMEAN TEMP本页中的参数通常不需要输入 取默认值即可 对于特殊情况 特殊介质 流态 温度等 需要检索传热学资料或相关专家确定 17 编写inprep文件 传热模型选取 ISOTHERMAL TEMP 绝热模型 温度为恒定值 通常成品油管道采用该模型 THERMAL TEMP 部分传热模型 管道不换热 设备换热 可以计算泵 压缩机 调节阀的前后的温度变化 TRANSTHERMAL TEMP 设备和管道均换热 SP HEATSPH 流体比热 BWRS和SCL模型不需要输入 HEATCONDHCOND 流体导热系数KJ HR M DC天然气取0 108原油和成品油取0 36 0 58W M DC KJ HR M DC 0 278HCOND KJ HR M DC 0 493 1 0 00054T DENSITY 相对密度 18 编写inprep文件 流体状态方程选取 STATEAGA TRIVB TRIVC 美国煤气协会计算方法 GASSGCO2HHV 相对密度 CO2摩尔组份含量 高位发热值注1 适用温度范围为0 Cto55 C 最高到8 3MPa 注2 在适用范围内 此方程的计算结果与BWRS结果接近 注3 详细方程见输气管道相关教材 注4 天然气的相对密度是指在相同压力和温度条件下 天然气和干空气的密度之比 SG M 28 964 M为天然气的平均分子量 甲烷的分子量为16 标准状态下空气的密度为1 293kg m3 标准状态下甲烷的密度为0 717kg m3 注5 适用于已知密度的气体 19 编写inprep文件 流体状态方程选取 STATECNGASG HHV 美国加利福尼亚天然气协会计算方法注1 适用相对密度范围为0 55 0 7 最高到6 9MPa 温度0 60 注2 采用SPS 该方程的计算结果与BWRS和AGA差别较大 注3 详细方程见输气管道相关教材 20 编写inprep文件 流体状态方程选取 STATEBWRS MOLE TRIVC TRIVB MOLE代表摩尔组份 否则为质量组份含量 NAMESNAME1NAME2NAME3 INITIALFR1FR2FR3 VISCV01V02V03 不同组份的粘度 默认值为0 01cp 动力粘度 VPMIVPMI1VPMI2VPMI3 不同组份的粘度压力系数 VTMIVTMI1VTMI2VTMI3 不同组份的粘度温度系数举例 STATEBWRS MOLE NAMESC1C2C3IC4NC4IC5 CO2N2H2S INITIAL0 9254690 0395820 0033530 0011580 0008630 00221 0 0189090 0084550 000001注1 BWRS方程的适用范围最宽 计算精度最优注2 除天然气外 还可以计算CO2和乙烯管道 注3 对于以甲烷为主的天然气 不需要输入VPMI和VTMI 但对于CO2等特殊介质管道需要检索有关资料确定上述2个参数 21 编写inprep文件 流体状态方程选取 STATESCL PROP TRIVC TRIVB ASTM PROP代表模拟混油 不输入则不进行混油计算 ASTM表示使用ASTM粘度公式 22 编写inprep文件 流体状态方程选取 FLUIDFNAME DENSITYP0T0p0 PM0 TM0 PTMULT PPMULT TTMULT 标准压力 绝压 标准温度标准密度 液体的密度受温度影响较大 对压力不敏感 柴油密度820 870kg m3 汽油700 770kg m3 煤油750 830kg m3 不同原油密度差别很大 650 1060kg m3 VISC u0 VPMI VTMI AB 牛顿流体的原油管道推荐输入AB值 特别注意 应反复试算AB值 确保在输送温度范围内计算粘温曲线与实 际粘温曲线尽量靠近 成品油管道和非牛顿流体输入u0 标准状态下的粘度 对于非牛顿流体 还要额外输入VISCOSITY曲线数据 23 编写inprep文件 流体状态方程选取 HCAPCv0 CvT 流体热容 原油为2 0 2 1kJ kg DC HCONDK0 KT 流体导热系数 通常取0 14W m DC COLORcolor 油品颜色blue red green等 24 编写inprep文件 非牛顿流体的粘度输入 对于非牛顿流体 需按下面方法输入粘度曲线值 VISCOSITY FLUIDname1 V T S s1s2 sm t1v11v12v1m t2v21v22v2m tnvn1vn2vnm sm代表剪切速率 tn代表温度 vnm代表对应粘度 25 举例 VISCOSITY FLUIDCRUDE V T S 1020304050 01616171819 51313141516 101011121314 15889910 2055667 2545566 3044455 26 编写inprep文件 选择量纲类型 METRIC米制或公制或者ENGLISH英制或美制 27 编写inprep文件 开始输入物理模型 EQUIPMENT 阀门 管道 泵 压缩机等物理设备在该语句以下输入 详见help文件 28 编写intran文件 29 Intran文件必须编写的内容BEGIN 必须首行 INTERACTIVE ifyouwanttorunthesimulationinteractively TRENDLIST ifyouwanttoproduceinteractiveand orGRAFRtimeplotsorrunTPORT PROFILE INTRAN ifyouwanttoproduceGRAFRpro SHARE ifyouwanttorunTPORT Note TheINTRANbeenteredincapitalletters Formoresyntaxrules seeInputsyntax 30 编写intran文件 开始命令BEGINRECNO BEGIN TIME BEGIN TIME 开始时间 分钟 END TIME END TIME 结束时间 分钟 PRESSURE TOLERANCE PRES TOLER 允许压力误差 默认2psi 13 8kPa TEMP TOLERANCE TEMP TOLER 允许温度误差 默认0 1华氏度 0 37 举例 BEGIN0 BEGIN TIME 360 END TIME 1440BEGIN0 BEGIN TIME 0 END TIME 1E20 31 编写intran文件 执行交互命令INTERACTIVE CRT ROWS ROWS COLS COLS 屏幕行列数 FONT font 字体大小 fg fgcolor 字体颜色 bg bgcolor 字体背景色 ffg ffgcolor 数字颜色 fbg fbgcolor 数字背景色 32 编写intran文件 存储timeplot图形和参数TRENDLISTdev names KEY LETTER dev kl include DEVICE EXCLUDE dev kl exclude PEEK MATCH peek names incl PEEK EXCLUDE peek names excl UNITS MATCH units include SUB TYPE subtypes include ECHO echo 该指令规定SPS存储哪些参数的timeplot TRENDLIST 表示存储所有参数的timeplot 存储过多的参数将导致review文件体积庞大 33 编写intran文件 存储distplot图形和参数PROFILEINT 按一定时间间隔不断存储distplot图形和参数 交互命令状态下 不需要该语句也可以产生distplot 如果没有GRAF文件 则可以不输入该语句 34 编写intran文件 SHARESHARE dev names KEY LETTER dev kl include DEVICE EXCLUDE dev kl exclude PEEK MATCH peek names incl PEEK EXCLUDE peek names excl UNITS MATCH units include SUB TYPE subtypes include 用于TPORT从trans中提取参数 必须输入TRENDLIST语句 才能使用SHARE 35 编写intran文件 规定开始图形界面MACRO INIT OVERVIEW 采用OVERVIEW DSP为开始画面 OVERVIEW DSP是用户自定义的文件 OVERVIEW DSP需要在trans内建立 其余语句详见help文件 36 软件操作与练习 37 习题一 建立简单天然气管道模型基本参数 38 管道起点压力 4 0MPa管道末端压力 2 0MPa管道起点高程 200m管道终点高程 400m管径 D323 9 11mm管道沿线地温 10 管道起点温度 30 管道长度 100km管道埋深 1200mm土壤导热系数4 6KJ hr m DC 问题1 管道输气能力 万方 天 问题2 管道总传热系数 问题3 说明管道温度降低的原因问题4 管道起终点的天然气实际密度 问题5 管道起终点的天然气流速 问题6 管道摩阻和高程差产生的压降 问题7 输出全线压力和流量曲线问题8 输气全线温度温度和地温曲线问题9 起点压力提高1MPa后输量 问题10 终点压力降低1MPa后的输量 习题二 建立简单原油管道模型基本参数 39 管道起点压力 4 0MPa管道末端压力 2 0MPa管道起点高程 200m管道终点高程 400m管径 D323 9 11mm管道沿线地温 10 管道起点温度 30 管道长度 100km管道埋深 1200mm土壤导热系数4 6KJ KG DC粘度 A 16 49B 6 59标准密度 845kg m3 问题1 管道输油能力 吨 天 问题2 管道总传热系数 问题3 说明管道温度降低的原因问题4 管道起终点的原油粘度和密度 问题5 管道起终点的原油流速 问题6 管道摩阻和高程差产生的压降 问题7 输出全线压力和流量曲线问题8 输气全线温度粘度和地温曲线问题9 起点压力提高1MPa后输量 问题10 终点压力降低1MPa后的输量 习题三 复杂原油管道模拟与调试基本参数 40 水平管道 常温输送首站进站压力 500kPa末站进站压力 500kPa管径 D406 11mm管道沿线地温 10 管道起点温度 30 管道长度 200km管道埋深 1200mm土壤导热系数4 6KJ KG DC粘度 A 16 49B 6 59标准密度 845kg m3管道设计压力 6 3MPa设计输量 350万吨 年 问题1 合理布置泵站 以完成设计输量问题2 设计输量下各泵站进出口压力 功率 问题3 将输量分别调整到350和450m3 hr 此时各泵站水头 功率 问题4 管道最大输送能力 问题5 单座泵站的最大输送能力 问题6 输出全线介质粘度和温度曲线问题7 判断管道所处的流态区域问题8 在中间泵站设置进出站压力选择控制系统 保证进站压力不低于1000kPa 出站压力不高于6300kPa 习题四 输油管道水击模拟