专利汇可以提供井口温度压力未知一炉一注注汽管网井口蒸汽干度计算法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种井口 温度 压 力 未知一炉一注注汽管网井口 蒸汽 干度计 算法 ,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 锅炉 出口参数和各段注汽管线的 基础 参数;以锅炉出口处为起点,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,最终获得出一炉一注注汽管网井口的蒸汽干度。该方法能够综合保温层导热系数的差别、垂直管段的影响、表面外表面温度的差异、局部 环境温度 的差异、局部 风 速的差异,因此获得的井口蒸汽干度数据与实际情况更接近,对获得较准确的井下的蒸汽干度分布数据具有重要意义。,下面是井口温度压力未知一炉一注注汽管网井口蒸汽干度计算法专利的具体信息内容。
1.一种井口温度压力未知一炉一注注汽管网井口蒸汽干度计算法,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作为节点对注汽管网进行分段;
获取锅炉出口参数和各段注汽管线的基础参数;
以锅炉出口处为起点,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,最终获得出一炉一注注汽管网井口的蒸汽干度;
所述以锅炉出口处为起点,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,最终获得出一炉一注注汽管网井口的蒸汽干度的步骤包括:
步骤一:以锅炉出口为计算起点,计算第i段管线的相关参数;其中,与锅炉出口相连的管线编号为1,依次类推,管线编号i=1-N,锅炉出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,所述末端的相关参数包括温度、压力、蒸汽干度、热损失;
步骤三:按照计算第i段管线的蒸汽干度的方法计算后续管线的蒸汽干度,直到最后一根管段,计算出的最后一根管段出口的蒸汽干度参数即为一炉一注注汽管网井口的蒸汽干度。
2.根据权利要求1所述的井口温度压力未知一炉一注注汽管网井口蒸汽干度计算法,其特征在于,所述锅炉出口参数包括:每个锅炉的出口温度Tb、每个锅炉的出口压力Pb、每个锅炉的出口蒸汽干度Fb和单井注汽量G。
3.根据权利要求1所述的井口温度压力未知一炉一注注汽管网井口蒸汽干度计算法,其特征在于,所述各段注汽管线的基础参数包括:每根管段管段类型、每根管段是否有保温层、每段管线处的空气温度Ta(i)、每段管线处的风速νa(i)、每段管线/阀门的导热系数λp(i)、每段管线/阀门内径ri(i)、每段管线/阀门外径ro(i)、每段管线/阀门长度z(i)、每段管壁/阀门外黑度ε(i)、每段管线内壁表面粗糙度Ra(i)、每段管线倾角θ(i)、每段管线修正系数、每段管线热阻修正系数、每段管线/阀门保温层导热系数λil(i)和每段管线保温层厚度Pipe(i,20)。
4.根据权利要求1所述的井口温度压力未知一炉一注注汽管网井口蒸汽干度计算法,其特征在于,所述相关参数还包括累计长度、热流密度和绝热层热阻。
5.根据权利要求1-4任一项所述的井口温度压力未知一炉一注注汽管网井口蒸汽干度计算法,其特征在于,所述步骤二的具体计算过程包括:
(1)假定干度降△xi,压力降△pi;
(2)计算第i段管线的出口处压力pi、出口处温度Ti和出口处蒸汽干度xi:
pi=pi-1-△pi,
Ti=195.94pi0.225-17.8,
xi=xi-1-△xi,
上述公式中,pi为第i段管线的出口处压力;Ti为第i段管线的出口处温度;xi为第i段管线的出口处蒸汽干度;pi-1为第i-1段管线的出口处压力;Ti-1为第i-1段管线的出口处温度;
xi-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pavi、平均温度Tavi和平均蒸汽干度xavi:
pavi=(pi-1+pi)/2,
Tavi=(Ti-1+Ti)/2,
xavi=(xi-1+xi)/2;
(4)计算第i段管线的蒸汽液相密度ρl、蒸汽汽相密度ρg以及蒸汽液相粘度μl和蒸汽汽相粘度μg:
-5 -6 2 3
ρl=(0.9967-4.615×10 Tavi-3.063×10 Tavi)×10,
-4 -6 2 -8 3
Zg=1.012-4.461×10 Tavi+2.98×10 Tavi-1.663×10 Tavi,
μg=(0.36Tavi+88.37)×10-4,
3
上述公式中,ρl为第i段管线的蒸汽液相密度,kg/m ;ρg为第i段管线的蒸汽汽相密度,kg/m3;μl为第i段管线的蒸汽液相密度,mPa.s;μg为第i段管线的蒸汽汽相密度,mPa.s;
(5)计算第i段管线的体积含气率Hg:
(6)计算第i段管线的平均密度ρm和平均粘度μm:
ρm=Hgρg+(1-Hg)ρl,
μm=Hgμg+(1-Hg)μl;
(7)计算第i段管线的平均流速νm:
上述公式中,νm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=πri2,
2
上述公式中,A为管线的内截面积,m;
(8)计算第i段管线的雷诺数Re:
上述公式中,Re为第i段管线的雷诺数;
(9)计算第i段管线的摩擦系数fm:
fm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
(10)计算第i段管线pi和Ti下的蒸汽汽相密度ρgi、蒸汽液相密度ρli、体积含气率Hgi、平均密度ρmi以及流速νi:
①ρgi和ρli的计算公式为:
ρli=(0.9967-4.615×10-5Ti-3.063×10-6Ti2)×103,
-4 -6 2 -8 3
Zgi=1.012-4.461×10 Ti+2.98×10 Ti-1.663×10 Ti,
上述公式中,ρli为第i段管线的蒸汽液相密度,kg/m3;ρgi为第i段管线的蒸汽汽相密度,kg/m3;
②Hgi、ρmi以及νi的计算公式为:
ρmi=Hgiρgi+(1-Hgi)ρli,
上述公式中,Hgi为第i段管线的体积含气率;ρmi为第i段管线的平均密度;νi为第i段管线的流速;
(11)计算第i段管线的局部阻力△pj:
上述公式中,△pj为第i段管线局部压力降,MPa;△pw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段管线的压降△pi':
△pi'=pi-1-pi;
其中,νi-1通过以下计算过程获得:
①计算第i-1段管线pi-1和Ti-1下的蒸汽汽相密度ρgi-1和蒸汽液相密度ρli-1:
ρli-1=(0.9967-4.615×10-5Ti-1-3.063×10-6Ti-12)×103,
Zgi-1=1.012-4.461×10-4Ti-1+2.98×10-6Ti-12-1.663×10-8Ti-13,
上述公式中,ρli-1为第i-1段管线的蒸汽液相密度,kg/m3;ρgi-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pi-1和Ti-1下的体积含气率Hgi-1、平均密度ρmi-1以及流速νi-1:
ρmi-1=Hgi-1ρgi-1+(1-Hgi-1)ρli-1,
上述公式中,Hgi-1为第i-1段管线的体积含气率;ρmi-1为第i-1段管线的平均密度;νi-1为第i-1段管线的流速;
(13)判断计算得到的△pi'与假定值△pi,如果在误差范围内则进行下步计算,否则取△pi=△pi'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Tw;
(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);Ts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;λp为管线的导热系数,kcal/(h·m·℃);ro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;λins为绝热层的导热系数,kcal/(h·m·℃);rins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:
rins=ro+Pipe(i,20)
Ds=2rins,
上述公式中,rins为管线的外半径,m;ro为管线外半径;Ds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:
rins=ro;
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:
hfc=hfc'+hfc",
在上述公式中,hfc为第i段管线的绝热层外表面上强迫对流热系数,kcal/(m2·h·℃);hfc'为第i段管线对空气的对流换热系数,kcal/(m2·h·℃);hfc"为第i段管线管外壁
2
至大气的辐射换热系数,kcal/(m·h·℃);
第i段管线对空气的对流换热系数hfc'的计算公式为:
Re=νaDs/υa;
上述公式中,λa为空气的导热系数,kcal/(h·m·℃);Re为雷诺数;νa为风速,m/s;υa为空气的运动黏度,m2/s;Ds为保温层外径,m;C和n根据Re按照表2的标准进行选值;
表2 C和n的选取标准
Re 5-80 80-5×103 5×103-5×104 >5×104
C 0.81 0.625 0.197 0.023
n 0.40 0.46 0.6 0.8
管线的空气导热系数λa的计算公式为:
-18 6 -14 5 -11 4 -8 3 -6 2
λa=(9×10 ×Ta-3×10 ×Ta+4×10 ×Ta-2×10 ×Ta+2×10 ×Ta+0.0077×
Ta+2.4313)×10-2×0.859845,
第i段管线的空气运动黏度 的计算公式为:
υa=(3×10-16×Ta6-9×10-13×Ta5+9×10-10×Ta4-4×10-7×Ta3+0.0002×Ta2+0.0862×-6
Ta+13.232)×10 ,
第i段管线管外壁至大气的辐射换热系数hfc"的计算公式为:
在上述公式中,ε为管壁外黑度;Ta为空气平均温度,℃;Tw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Tw'
管线有保温层时,第i段管线绝热层外表面温度Tw'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Tw'的计算公式为:
(17)判断计算得到的Tw'和假定值Tw,如果误差较大则Tw=Tw'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qi以及热流密度Q和累计长度Z:
①第i段管线累计热损失qi的计算公式为:
qi=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xi:
C1=G(hg-hl),
其中,第i段管线饱和蒸汽的焓hg以及饱和水的焓hl的计算公式为:
hg=(12500+1.88Tavi-3.7×10-6Tavi3.2)/4.186,
在上述公式中,hl为饱和水的热焓,kcal/kg;hg为饱和蒸汽的热焓,kcal/kg;
(20)判断步骤(19)计算出的蒸汽干度xi值与步骤(2)计算出的蒸汽干度假设值xi,如果误差较大,则将步骤(19)计算得到的xi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Ti、压力pi、蒸汽干度xi以及热损失qi。
6.根据权利要求5所述的井口温度压力未知一炉一注注汽管网井口蒸汽干度计算法,其特征在于,所述相关参数还包括第i段管线出口处的累计长度Z、热流密度Q以及本段的绝热层热阻R4。
7.根据权利要求5所述的井口温度压力未知一炉一注注汽管网井口蒸汽干度计算法,其特征在于,该方法还包括在进行步骤(1)前判断继续计算还是结束计算的步骤。
8.根据权利要求7所述的井口温度压力未知一炉一注注汽管网井口蒸汽干度计算法,其特征在于,该方法还包括对参数进行单位换算的步骤。
9.根据权利要求8所述的井口温度压力未知一炉一注注汽管网井口蒸汽干度计算法,其特征在于,在步骤(1)前对单井注汽量G、管线的导热系数λp和绝热层导热系数λins的单位进行以下换算:
G t/h=注汽量×1000/3600kg/s
λp=0.859845×管线导热系数kcal/(h·m·℃)
λins=0.859845×绝热层导热系数kcal/(h·m·℃)。
10.根据权利要求9所述的井口温度压力未知一炉一注注汽管网井口蒸汽干度计算法,其特征在于,该方法包括以下具体步骤:
步骤1、对单井注汽量G、管线的导热系数λp和绝热层导热系数λins进行单位换算;
步骤2、判断当前计算管段i是否到达总管段数N,如果到达则输出计算结果,如果没到达则进行下步计算;
步骤3、计算第i段管线的管壁热阻R3;
步骤4、计算第i段管线的空气导热系数λa;
步骤5、计算第i段管线的空气运动黏度υa;
步骤6、计算第i段管线的管子内截面积A;
步骤7、根据有无保温层情况计算管线的外半径或者保温层外半径rins,并判断计算得出的ro和输入的ri,如果ro
步骤9、假定第i段管线的蒸汽干度降△xi,压力降△pi;
步骤10、计算第i段管线的出口处压力pi、出口处温度Ti以及出口处蒸汽干度xi';
步骤11、计算第i段管线的平均压力pavi、平均温度Tavi以及平均蒸汽干度xavi;
步骤12、计算第i段管线的蒸汽汽相密度ρg和蒸汽液相密度ρl;
步骤13、计算第i段管线的蒸汽液相密度μl和蒸汽汽相密度μg;
步骤14、计算第i段管线的体积含气率Hg;
步骤15、计算第i段管线的平均密度ρm;
步骤16、计算第i段管线的平均黏度μm;
步骤17、计算第i段管线的平均流速νm;
步骤18、计算第i段管线的雷诺数Re;
步骤19、计算第i段管线的摩擦系数fm;
步骤20、计算第i-1段管线pi-1和Ti-1下的蒸汽汽相密度ρgi-1和蒸汽液相密度ρli-1,以及体积含气率Hgi-1、平均密度ρmi-1和流速νi-1;
步骤21、计算第i段管线pi和Ti下的蒸汽汽相密度ρgi和蒸汽液相密度ρli,以及体积含气率Hgi、平均密度ρmi以及流速νi;
步骤22、计算第i段管线的局部阻力△pj;
步骤23、计算第i段管线的压降△pi';
步骤24、判断计算得到的△pi'与△pi,如果在误差范围内则进行下步计算,否则取△pi=△pi'返回步骤10;
步骤25、假定第i段管线的外表面温度Tw;
步骤26、计算第i段管线对空气的强迫对流换热的热阻R5;
步骤27、根据有无保温层情况计算第i段管线的绝热层热阻R4;并计算第i段管线△z上的单位长度、单位时间的热损失q;
步骤28、计算绝热层外表面温度Tw';
步骤29、判断Tw和Tw',如果误差较大则Tw=Tw'返回步骤21,如果满足则进行下一步计算;
步骤30、计算第i段管线热损失qi;
步骤31、计算第i段管线热流密度Q和累计长度Z;
步骤32、计算第i段管线饱和蒸汽的焓hg以及饱和水的焓hl;
步骤33、计算第i段管线的蒸汽干度xi;
步骤34、判断步骤33计算的蒸汽干度xi与步骤10计算出的出口处蒸汽干度假设值xi',如果误差较大,则将步骤33计算得到的xi代入步骤10重新计算,如果在误差范围内则进行下一步计算;
步骤35、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Ti、压力pi、蒸汽干度xi、热损失qi、累计长度Z、热流密度Q以及本段的绝热层热阻R4;
步骤36、计算第i+1段管线的参数,并直至最后一根管段,计算出的最后一根管段出口的蒸汽干度参数即为一炉一注注汽管网井口的蒸汽干度。
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