蒸汽流量计算数学模型建立方法研究

    1　引　言

    蒸汽是炼油化工生产过程中的主要能源之一。中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司随生产规模不断扩大,蒸汽用量增多,管网系统也愈来愈复杂;要想提高蒸汽使用效率,降低成本,关键要有详尽的生产信息和科学的分析手段。在实时采集全厂蒸汽系统的生产信息的基础上,采用科学的智能方法,对这些信息加以分析、优化、配置、管理。

    蒸汽系统严格在线智能监测优化(简称SROM)是以实时数据采集系统为基础,包含了模拟计算系统和智能实时监测优化等子系统(如图1所示),集成了化学工程、热能工程、计算机和信息工程、计算数学、管理工程等学科,是1套先进的蒸汽系统模拟、分析、监测和优化操作系统。

    在该系统中,准确地计算蒸汽管网的瞬时流量(体积流量和质量流量)及累计流量是模拟计算的关键,该系统的计算模型中,由于采用了和新版LG 94 01Win软件《流量测量节流装置设计计算及管理软件》(该软件通过由国家技术监督局主持的专家认证,是首次通过国家级认证的有关流量测量节流装置设计计算及管理的标准化软件)一致的计算方法,使得计算结果能完全满足该公司计量部门的要求,并使得SROM模型建立有了可靠的依据。

    笔者针对该公司蒸汽管网系统中流量的计算所采用的方法做一阐述。

    由于蒸汽测量装置的设计过程中,提供的设计温度、压力与实际运行的工作温度、压力有一定的差异,或者由于工艺造成流体温度、压力波动较大,致使测出的流量不能真实反映其工作状态下的实际流量。所以对测量结果,必须进行有效地补偿。其补偿主要是通过对蒸汽温度压力的采集对其密度和黏度进行补偿。利用补偿后的数据,不同的节流元件可以利用不同的公式计算出蒸汽的质量流量(瞬时和累计流量)。然后把此数据作为优化模拟计算的基础数据。

    2　蒸汽主要热力学物性的计算方法

    2.1　蒸汽的密度计算

    蒸汽密度计算公式主要分为:过热蒸汽和饱和蒸汽密度计算公式。

    国际公式化委员会(IFC)制定的蒸汽热力学性质^[1],被广泛应用于工程设计、科学研究等领域,其可靠性得到了公认。蒸汽的密度计算采用IFC1967公式的一部分(第2区,包括饱和蒸汽和过热蒸汽,压力p=0~16.55 MPa),它是工业上最常用的区域。

常数采用1967IFC公式常数。

    利用1967IFC公式计算,在压力为0 ~16.65 MPa范围内,计算的过热蒸汽及饱和蒸汽密度值完全符合国际标准。应用此公式,不需要判断是饱和状态或过热状态就可以准确测量。只要测温或测压,就可准确计算饱和蒸汽密度。