CN116108640B - 一种蒸汽管网温降计算方法、存储介质及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒸汽管网温降计算方法，步骤1、初始化λ_iξ的值；步骤2、根据当前λ_iξ计算得到q_1ξ；步骤3、根据q_1ξ计算第L_ξ段管道第i层保温材料的温降值；步骤4、根据平均温度T_iξ计算导热系数λ_iξ；步骤5、比较步骤4中计算的λ_iξ与步骤2中当前第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数λ_iξ差值，若差值小于设定的阈值，则步骤3中计算的温降值为最终值，否则，将步骤4中计算的λ_iξ作为当前第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数λ_iξ，进入步骤2。本发明将蒸汽管网分割成若干单元，可单独对每个单元进行精确的温降数值计算，减少平均温度积累的误差，温降计算结果更贴近实际。

Description

一种蒸汽管网温降计算方法、存储介质及设备

技术领域

本发明涉及一种蒸汽管网温降计算方法、存储介质及设备。

背景技术

蒸汽在管网输送过程状态参数变化较大，准确计算蒸汽在管网输送过程中的状态参数是进行蒸汽管网水力计算的基础。其中，传统计算中经过每层保温材料管道的温降是估算的，主要依据设计与运行管理人员的经验，导致产生的误差特别大，造成蒸汽管网设计计算水平低。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种蒸汽管网温降计算方法、存储介质及设备，可以计算得到具体的温降值，涵盖地埋、架空敷设方式的散热损失计算，提高计算准确度。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种蒸汽管网温降计算方法，包括如下步骤：

步骤1、初始化第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数λ_iξ的值；

步骤2、根据当前第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数λ_iξ计算得到第L_ξ段管道单位散热损失q_1ξ：

式中，t_1ξ为第L_ξ段管道的外表面温度，t_aξ为第L_ξ段管道环境温度，λ_iξ为第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数，D_iξ为第L_ξ段管道第i层保温层外径，D_nξ为第L_ξ段管道最外层保温层外径，D₀为管道外径，n为第L_ξ段管道保温层层数且保温层层数编号由内到外递增，α_ξ为保温层外表面与大气的换热系数；

步骤3、根据第L_ξ段管道单位散热损失q_1ξ计算第L_ξ段管道第i层保温材料的温降值：

式中，t_(i-1)ξ为第L_ξ段管道第i层保温层内侧温度，t_iξ为第L_ξ段管道第i层保温层外侧温度；τ为第L_ξ段管道的步长；

步骤4、根据第L_ξ段管道第i层保温层的平均温度T_iξ计算第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数λ_iξ，其中第L_ξ段管道第i层保温层的平均温度T_iξ等于(t_(i-1)ξ+t_iξ)/2；

步骤5、比较步骤4中计算的λ_iξ与步骤2中当前第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数λ_iξ差值，若差值小于设定的阈值，则步骤3中计算的温降值为最终值，否则，将步骤4中计算的λ_iξ作为当前第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数λ_iξ，进入步骤2。

优选，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为高温玻璃棉，则：

λ_iξ＝0.0289+1.29*10^-4T-8.173*10^-8T²+7.762*10^-10T³。

优选，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为高温隔热内衬，则：

λ_iξ＝1.000×10^-7T²+1.010×10^-4T+2.965×10^-2。

优选，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为气凝胶保温隔热毡，则：

λ_iξ＝-1.309×10^-10T ³+2.205×10^-7T ²-1.564×10^-5T+2.098×10^-2。

优选，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为硅酸铝棉，则：

当T≤400℃时，λ_iξ＝λ_ν+0.0002(T-70)

当T>400℃时，λ_iξ＝λ_ν+0.066+0.00036(T-400)

式中，λ_ν为常数。

优选，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为硅酸钙，则：

λ_iξ＝λ₀+0.00011*(T-70)

式中，λ₀为温度为70℃时硅酸钙的导热系数值；

若第L_ξ段管道第i层保温材料为多腔孔陶瓷复合绝热毡，则：

λ_iξ＝0.031+0.0000925(T-70)。

优选，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为泡沫玻璃，则：

当T>24时：λ_iξ＝λ_ε+0.00022*(T-24)

当T≤24时：λ_iξ＝λ_ε+0.00011*(T-24)

式中，λ_ε为温度为24℃时泡沫玻璃的导热系数值。

优选，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为聚氨酯，则：

λ_iξ＝0.02187-1.32816×10^-5T+3.50273×10^-7T²+1.26723×10^-7T³-1.8845×

10^-9T⁴-1.17859×10^-10T⁵+3.05622×10^-12T⁶+2.3665×10^-14T⁷-1.15516×10^-15T⁸+7.84772×10^-18T⁹。

对应的，一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现如上述任意一项所述的蒸汽管网温降计算方法。

对应的，一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述指令由所述处理器加载并执行以实现上述任意一项所述的蒸汽管网温降计算方法。

本发明的有益效果是：

第一、现有蒸汽管网温降计算时的散热损失采用的是起点和终点的平均温度作为管道的介质温度，与实际运行时的误差较大。本发明将蒸汽管网分割成若干单元，可单独对每个单元进行精确的温降数值计算，减少平均温度积累的误差，温降计算结果更贴近实际。

第二、传统计算中经过每层保温材料管道的温降是估算的，而本发明是计算得到具体的温降值，涵盖地埋、架空敷设方式的散热损失计算，根据保温材料种类选择对应的导热系数计算公式，导热系数衰减变化可实时计算，进而可以根据管道保温材料材质、层数、厚度自由计算出每层保温材料温降具体值。

附图说明

图1是本发明一种蒸汽管网温降计算方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明可以直接对长管道进行温降计算，也可以将管道分成若干单元，分别进行计算，比如，设置管道划分步长τ，将管道按照步长依次划分为ψ段，分别记为L₁段、L₂段……L_ψ段，其中，第L₁至第L_ψ-1段的管道长度为τ，第L_ψ段的管道长度≤τ。如蒸汽管道长度为1508m，当按1m划分时可将蒸汽管道划分为1508段，分别为L1、L2、L3....L1508；当按100m划分时可将蒸汽管道划分为16段，分别为L1、L2、L3....L16，其中L1、L2、L3....L15步长为100m，L16步长为8m；当按1508m划分时可将蒸汽管道划分为1段。

当需要对一段或者多段管道进行温降计算时，第一次计算时假定一个导热系数，然后计算出单位散热损失，再根据单位散热损失得到温降，通过温降计算出新的导热系数，再把新的导热系数和之前的导热系数进行比较，差值不在误差范围内则再次进行循环，直至差值在误差范围内即可结束，具体包括如下步骤：

步骤1、初始化第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数λ_iξ的值；

步骤2、根据当前第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数λ_iξ计算得到第L_ξ段管道单位散热损失q_1ξ：

式中，t_1ξ为第L_ξ段管道的外表面温度，t_aξ为第L_ξ段管道环境温度，λ_iξ为第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数，D_iξ为第L_ξ段管道第i层保温层外径，D_nξ为第L_ξ段管道最外层保温层外径，D₀为管道外径，n为第L_ξ段管道保温层层数且保温层层数编号由内到外递增，α_ξ为保温层外表面与大气的换热系数。

对于架空管道无风时，换热系数α_ξ＝11.63；有风时换热系数

对于地埋管道，α_ξ主要与土壤的导热系数、管径、埋深等因素有关，其计算公式如下：

式中，λ_t为蒸汽管道埋设土壤处的导热系数，D_ex为蒸汽管道外径，h_t为蒸汽管道中心到地面的距离。

步骤3、根据第L_ξ段管道单位散热损失q_1ξ计算第L_ξ段管道第i层保温材料的温降值：

式中，t_(i-1)ξ为第L_ξ段管道第i层保温层内侧温度，t_iξ为第L_ξ段管道第i层保温层外侧温度；τ为第L_ξ段管道的步长；

步骤4、根据第L_ξ段管道第i层保温层的平均温度T_iξ计算第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数λ_iξ，其中第L_ξ段管道第i层保温层的平均温度T_iξ等于(t_(i-1)ξ+t_iξ)/2；

步骤5、比较步骤4中计算的λ_iξ与步骤2中当前第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数λ_iξ差值，若差值小于设定的阈值，则步骤3中计算的温降值为最终值，否则，将步骤4中计算的λ_iξ作为当前第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数λ_iξ，进入步骤2。

由于导热系数本来就很小，一般是小数点后两位，我们一般迭代两到三次基本上小数点后四位就不变化了，因此，阈值可以设定为百分之一的误差。

现有蒸汽管网温降计算时的散热损失采用的是起点和终点的平均温度作为管道的介质温度，与实际运行时的误差较大。本发明将蒸汽管网分割成若干单元，可单独对每个单元进行精确的温降数值计算，减少平均温度积累的误差，温降计算结果更贴近实际。

优选，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为高温玻璃棉(一般的，高温玻璃棉可长时间耐温300℃或以上)，则：

λ_iξ＝0.0289+1.29*10^-4T-8.173*10^-8T²+7.762*10^-10T³。

优选，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为高温隔热内衬(一般的，高温隔热内衬可长时间耐温300℃或以上)，则：

λ_iξ＝1.000×10^-7T²+1.010×10^-4T+2.965×10^-2。

优选，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为气凝胶保温隔热毡，则：

λ_iξ＝-1.309×10^-10T ³+2.205×10^-7T ²-1.564×10^-5T+2.098×10^-2。

优选，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为硅酸铝棉，则：

当T≤400℃时，λ_iξ＝λ_ν+0.0002(T-70)

当T>400℃时，λ_iξ＝λ_ν+0.066+0.00036(T-400)

式中，λ_ν为常数，其数值可以取0.056。

优选，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为硅酸钙，则：

λ_iξ＝λ₀+0.00011*(T-70)

式中，λ₀为温度为70℃时硅酸钙的导热系数值，其数值可以取0.052；

若第L_ξ段管道第i层保温材料为多腔孔陶瓷复合绝热毡(比如，可以采用中海润达新材料科技有限公司生产的“多腔孔陶瓷复合绝热材料”，具有高效阻热的多级闭孔结构)，则：

λ_iξ＝0.031+0.0000925(T-70)。

优选，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为泡沫玻璃，则：

当T>24时：λ_iξ＝λ_ε+0.00022*(T-24)

当T≤24时：λ_iξ＝λ_ε+0.00011*(T-24)

式中，λ_ε为温度为24℃时泡沫玻璃的导热系数值，其数值可以取0.0412。

优选，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为聚氨酯，则：

λ_iξ＝0.02187-1.32816×10^-5T+3.50273×10^-7T²+1.26723×10^-7T³-1.8845×

10^-9T⁴-1.17859×10^-10T⁵+3.05622×10^-12T⁶+2.3665×10^-14T⁷-1.15516×10^-15T⁸+7.84772×10^-18T⁹。

传统计算中经过每层保温材料管道的温降是估算的，而本发明是计算得到具体的温降值，涵盖地埋、架空敷设方式的散热损失计算，根据保温材料种类选择对应的导热系数计算公式，导热系数衰减变化可实时计算，进而可以根据管道保温材料材质、层数、厚度自由计算出每层保温材料温降具体值。

对应的，一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现如上述任意一项所述的蒸汽管网温降计算方法。

对应的，一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述指令由所述处理器加载并执行以实现上述任意一项所述的蒸汽管网温降计算方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种蒸汽管网温降计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、初始化第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数λ_iξ的值；

步骤2、根据当前第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数λ_iξ计算得到第L_ξ段管道单位散热损失q_1ξ：

式中，t_1ξ为第L_ξ段管道的外表面温度，t_aξ为第L_ξ段管道环境温度，λ_iξ为第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数，D_iξ为第L_ξ段管道第i层保温层外径，D_nξ为第L_ξ段管道最外层保温层外径，D₀为管道外径，n为第L_ξ段管道保温层层数且保温层层数编号由内到外递增，α_ξ为保温层外表面与大气的换热系数；

步骤3、根据第L_ξ段管道单位散热损失q_1ξ计算第L_ξ段管道第i层保温材料的温降值：

式中，t_(i-1)ξ为第L_ξ段管道第i层保温层内侧温度，t_iξ为第L_ξ段管道第i层保温层外侧温度；τ为第L_ξ段管道的步长；

步骤4、根据第L_ξ段管道第i层保温层的平均温度T_iξ计算第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数λ_iξ，其中第L_ξ段管道第i层保温层的平均温度T_iξ等于(t_(i-1)ξ+t_iξ)/2；

步骤5、比较步骤4中计算的λ_iξ与步骤2中当前第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数λ_iξ差值，若差值小于设定的阈值，则步骤3中计算的温降值为最终值，否则，将步骤4中计算的λ_iξ作为当前第L_ξ段管道第i层保温材料的导热系数λ_iξ，进入步骤2。

2.根据权利要求1所述的一种蒸汽管网温降计算方法，其特征在于，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为高温玻璃棉，则：

λ_iξ＝0.0289+1.29*10^-4T-8.173*10^-8T²+7.762*10^-10T³。

3.根据权利要求1所述的一种蒸汽管网温降计算方法，其特征在于，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为高温隔热内衬，则：

λ_iξ＝1.000×10^-7T²+1.010×10^-4T+2.965×10^-2。

4.根据权利要求1所述的一种蒸汽管网温降计算方法，其特征在于，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为气凝胶保温隔热毡，则：

λ_iξ＝-1.309×10^-10T ³+2.205×10^-7T ²-1.564×10^-5T+2.098×10^-2。

5.根据权利要求1所述的一种蒸汽管网温降计算方法，其特征在于，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为硅酸铝棉，则：

当T≤400℃时，λ_iξ＝λ_ν+0.0002(T-70)

当T>400℃时，λ_iξ＝λ_ν+0.066+0.00036(T-400)

式中，λ_ν为常数。

6.根据权利要求1所述的一种蒸汽管网温降计算方法，其特征在于，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为硅酸钙，则：

λ_iξ＝λ₀+0.00011*(T-70)

式中，λ₀为温度为70℃时硅酸钙的导热系数值；

若第L_ξ段管道第i层保温材料为多腔孔陶瓷复合绝热毡，则：

λ_iξ＝0.031+0.0000925(T-70)。

7.根据权利要求1所述的一种蒸汽管网温降计算方法，其特征在于，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为泡沫玻璃，则：

当T>24时：λ_iξ＝λ_ε+0.00022*(T-24)

当T≤24时：λ_iξ＝λ_ε+0.00011*(T-24)

式中，λ_ε为温度为24℃时泡沫玻璃的导热系数值。

8.根据权利要求1所述的一种蒸汽管网温降计算方法，其特征在于，步骤4中，若第L_ξ段管道第i层保温材料为聚氨酯，则：

λ_iξ＝0.02187-1.32816×10^-5T+3.50273×10^-7T²+1.26723×10^-7T³-1.8845×10^-9T⁴-1.17859×10^-10T⁵+3.05622×10^-12T⁶+2.3665×10^-14T⁷-1.15516×10^-15T⁸+7.84772×10^-18T⁹。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现如权利要求1-8任意一项所述的蒸汽管网温降计算方法。

10.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述指令由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1-8任意一项所述的蒸汽管网温降计算方法。