SPS建模操作及練習(xí)

1、SPSSPS的建模及練習(xí)的建模及練習(xí)1SPSSPS 的程序和文件構(gòu)成：的程序和文件構(gòu)成： INPREPPREPROUTPRP INTRANTRANSOUTTRN INGRAFGRAFROUTGRF TPORT/*可以從review文件中讀取冷態(tài)結(jié)果為方便閱讀，在INPREP/INTRAN/INGRAF中均可包含INCLUDE文件。2SPSSPS 輸入文件：輸入文件：命名：aaa.inprep ran aaa.ingraf bbb.inc編輯：推薦用window系統(tǒng)自帶的寫字板編寫 也可以使用model builder 3單位：單位：KeywordKeywordLIQUIDLIQU

2、IDGASGASKeywordKeywordLIQUIDLIQUIDGASGASAFLOWAFLOWAM3/HRAM3/HRMASSMASSKGKGANGLEANGLEDEGREEDEGREEMFLOWMFLOWKG/SKG/SAREAAREACM2CM2POWERPOWERKWKWDENSITYDENSITYKG/M3KG/M3PRESSUREPRESSUREKPAGBARGDIAMETERDIAMETERMMMMROUGHNESSROUGHNESSMMMMEFFICIENCYEFFICIENCYFRFRSHEAR.RATESHEAR.RATE1/SEC1/SECELEVATIONELEVA

3、TIONMMSHEAR.STRESSSHEAR.STRESSPAPAFLOWFLOWM3/HRM3/HRSIG.TIMESIG.TIMEMINMINFRACTIONFRACTIONFRFRSPEEDSPEEDRPMRPMFUELFUELM3/HRM3/HRSWEPT.VOLUMESWEPT.VOLUMECM3CM3HEAT.RATEHEAT.RATEKJ/KW-HRKJ/KW-HRTEMPERATURETEMPERATUREDCDCHEADHEADMMTENSILE.STRESSTENSILE.STRESS GPAGPAHEAT.CAPACITYHEAT.CAPACITYKJ/KG-DCKJ/

4、KG-DCTIMETIMEMINMINHEAT.CONDHEAT.CONDKJ/HR-M-DCKJ/HR-M-DCTFLOWTFLOWGJOULE/DGJOULE/DHEAT.TRANSFERHEAT.TRANSFERKJ/HR-M2-DCKJ/HR-M2-DCTORQUETORQUEN-MN-MHEAT.VALUEHEAT.VALUEKJ/M3KJ/M3VALVE.CGVALVE.CGM3/HR-KPAM3/HR-KPAINERTIAINERTIAKG-M2KG-M2VALVE.COEFFVALVE.COEFFM3/HR-KPA.5M3/HR-KPA.5LENGTH.HEADERLENGTH

5、.HEADERKMKMVALVE.FLOWVALVE.FLOWM3/HRM3/HRLENGTH.PIPELENGTH.PIPEKMKMVELOCITYVELOCITYM/SM/SLINEPACKLINEPACKM3M3VISCOSITYVISCOSITYCPCPWALLWALLMMMMVOLUMEVOLUMEM3M34編寫inprep文件5inprep文件必須編寫的內(nèi)容TITLETITLE ( (必須首行必須首行) )LIQUIDLIQUID or or GASGASENGLISHENGLISH or or METRICMETRICCUSTODYCUSTODYPIPEPARMSPIPEPARM

6、SISOTHERMALISOTHERMAL, , THERMALTHERMAL or or TRANSTHERMALTRANSTHERMALSTATE AGASTATE AGA, , STATE BWRSSTATE BWRS, , STATE CNGASTATE CNGA, , STATE SCLSTATE SCL, , VISCOSITY (non-VISCOSITY (non-Newtonian)Newtonian), , WAXWAX, , STATE TABLESTATE TABLE) )=EQUIPMENT=EQUIPMENT設(shè)備、節(jié)點、變量、曲線等設(shè)備、節(jié)點、變量、曲線等/ /*

7、*字母可以大寫也可小寫字母可以大寫也可小寫6編寫編寫inprepinprep文件：文件：標(biāo)題： TITLE ，第1行，可以是任意文字和字符SELECT：選擇SPS的其他產(chǎn)品模塊，包括仿真模塊、泄漏檢測模塊、培訓(xùn)模塊等，可以不輸入，默認(rèn)仿真模塊-SIMULATOR。在線模擬需要輸入RTU傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。氣體或液態(tài)：GAS或者LIQUID7編寫編寫inprepinprep文件：文件：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：格式： CUSTODY +PRESSURE = PREF, +TEMPERATURE = TREF舉例：CUSTODY +PRESSURE=1.01325, +TEMPERATURE=20注1：此語句的壓力為絕對

8、壓力，其余沒有標(biāo)注的壓力均為表壓。標(biāo)準(zhǔn)壓力101.325kPa（絕壓）注2：API中以15為標(biāo)準(zhǔn)溫度，中國國標(biāo)以20為標(biāo)準(zhǔn)溫度。注3：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)影響標(biāo)態(tài)流量。問題：表壓5bar，絕壓=？8編寫編寫inprepinprep文件：文件：自定義單位：格式： DEFUNITS NAME = EXPRESSION USEUNITS KEYWORD NAME舉例：DEFUNITS NN= M3/HR*0.0001 /*標(biāo)準(zhǔn)流量單位采用萬方/小時USEUNITS FLOW NNUSEUNITS FUEL NN DEFUNITS NN1 = AM3/HR*0.0001 /*管態(tài)流量單位采用萬方/小時USEUNI

9、TS AFLOW NN1注意1：KEYWORD 見Default units 表格。注意2：NAME 可以是任何字符，但不能與SPS內(nèi)置語句重復(fù)。注意3：EXPRESSION使用SPS的內(nèi)置單位，見Default units 表格。問題：如何用MPa代替SPS模型的內(nèi)置壓力單位？9編寫編寫inprepinprep文件：文件：輸入管道參數(shù)：格式：PIPEPARMS + FRICTION COLE | NIKUR | MOODY RUF | FF+ INITIAL PINIT+ KNOT SPAC+ THRM.COEFF n舉例：PIPEPARMS+ FRICTION COLE 0.01 /*管道

10、粗糙度按10m+ KNOT 1 /*距離計算步長1km+ INITIAL 40 /*線路最高點起始壓力40bara（0流量）+ THRM.COEFF 1.33E-610編寫編寫inprepinprep文件：文件：輸入管道參數(shù)：舉例：PIPEPARMS+ FRICTION COLE 0.03 /*管道粗糙度按0.03mm+ KNOT 1 /*距離計算步長1km+ INITIAL 40 /*線路最高點起始壓力40bara（0流量）+ THRM.COEFF 1.33E-6注意1：距離步長越長，計算速度越快，但瞬態(tài)計算精度下降，通常KNOT步長不超過管道長度的2%。注意2：起始壓力只影響平衡時間，不影

11、響計算結(jié)果。注意3：原油和成品油粗糙度的選取：直縫管和無縫管取0.05mm；螺旋縫管取0.125mm（OD=DN350）。天然氣管道粗糙度選?。簾o內(nèi)涂層取0.03mm，有內(nèi)涂層取0.01mm。 11輸氣管道摩阻計算公式和輸氣效率說明.docCOLEBROOK公式實際上是Prandtle（普朗特）水力光滑管公式和Nikuradse（尼古拉茲）完全粗糙管公式的數(shù)學(xué)組合。該公式為隱函數(shù)形式，計算量較大，但計算精度高。它適用于整個紊流區(qū)（，并且做為管道水力計算的基本公式被世界許多國家采用。GB50251中附錄A中的氣體流量計算公式由Pandandle 公式推導(dǎo)出，僅適用于手工計算，精度較差，引入了輸氣

12、效率E作為修正。若采用COLEBROOK公式則需要采用電腦計算，則不需要再考慮輸氣效率E。可以在交互狀態(tài)的spans中修改輸氣效率E（默認(rèn)值為1），但不建議修改。12編寫編寫inprepinprep文件：文件：限制參數(shù)范圍語句：格式：SET.LIMIT + KEY SUB ATT LL LOW HIGH HH DEF UNIT + KEY SUB ATT LL LOW HIGH HH DEF UNIT + . 舉例：SET.LIMIT + T * OD * * 1422 1800 * MM/*低于LL或高于HH的值產(chǎn)生error；/*在LL和LOW之間的值產(chǎn)生warning；/*在HIGH和H

13、H之間的值產(chǎn)生warning；/*默認(rèn)值用*代替，也可以用具體參數(shù)修改默認(rèn)值/*可以在html文件夾中打開limits.html查看所有參數(shù)的限制值和默/*認(rèn)值以及單位。13編寫編寫inprepinprep文件：文件：關(guān)閉流體批量跟蹤和混合：格式：NOTRACK 注意1：此語句只能在STATE和EQUIPMENT語句之間輸入注意2：如果有此語句，就不允許在EXTERNAL處輸入流體性質(zhì)。14編寫編寫inprepinprep文件：文件：傳熱模型選?。篒SOTHERMAL TEMP 絕熱模型，溫度為恒定值。通常成品油管道采用該模型。THERMAL TEMP 部分傳熱模型，管道不換熱，設(shè)備換熱，可以

14、計算泵、壓縮機(jī)、調(diào)節(jié)閥的前后的溫度變化。TRANSTHERMAL TEMP 設(shè)備和管道均換熱+ SP.HEAT SPH 流體比熱，BWRS和SCL模型不需要輸入+ HEATCOND HCOND 流體導(dǎo)熱系數(shù) KJ/HR-M-DC天然氣取0.108 原油和成品油取0.360.58W/M-DC=KJ/HR-M-DC*0.278HCOND(KJ/HR-M-DC)=0.493(1-0.00054T)/DENSITY(相對密度） 1516編寫編寫inprepinprep文件：文件：+ MIN.FILM.COEF MFC 最小膜系數(shù)，KJ/HR-M2-DC，模擬流體和管道內(nèi)壁之間的液體薄膜傳熱系數(shù)。默認(rèn)取

15、0。+ HEAT.FRIC.EXP HFELH HFELC HFETH HFETC熱阻修正系數(shù)，默認(rèn)取0。 + FORCED.CONVECTION FORCED 強(qiáng)制對流換熱基準(zhǔn)條件，取WALL.TEMP or MEAN.TEMP+ FREE.CONVECTION FREE 自然對流換熱基準(zhǔn)條件，取WALL.TEMP or MEAN.TEMP 本頁中的參數(shù)通常不需要輸入，取默認(rèn)值即可。對于特殊情況（特殊介質(zhì)、流態(tài)、溫度等），需要檢索傳熱學(xué)資料或相關(guān)專家確定。17編寫編寫inprepinprep文件：文件：傳熱模型選?。篒SOTHERMAL TEMP 絕熱模型，溫度為恒定值。通常成品油管道采用該

16、模型。THERMAL TEMP 部分傳熱模型，管道不換熱，設(shè)備換熱，可以計算泵、壓縮機(jī)、調(diào)節(jié)閥的前后的溫度變化。TRANSTHERMAL TEMP 設(shè)備和管道均換熱+ SP.HEAT SPH 流體比熱，BWRS和SCL模型不需要輸入+ HEATCOND HCOND 流體導(dǎo)熱系數(shù) KJ/HR-M-DC天然氣取0.108 原油和成品油取0.360.58W/M-DC=KJ/HR-M-DC*0.278HCOND(KJ/HR-M-DC)=0.493(1-0.00054T)/DENSITY(相對密度） 18編寫編寫inprepinprep文件：文件：流體狀態(tài)方程選?。篠TATE AGA TRIVB TRI

17、VC /*美國煤氣協(xié)會計算方法+ GAS+ GAS SG CO2 HHV /*相對密度，CO2摩爾組份含量，高位發(fā)熱值注1： 適用溫度范圍為0C to 55C，最高到 8.3MPa。注2：在適用范圍內(nèi)，此方程的計算結(jié)果與BWRS結(jié)果接近。注3：詳細(xì)方程見輸氣管道相關(guān)教材。注4：天然氣的相對密度是指在相同壓力和溫度條件下，天然氣和干空氣的密度之比。SG=M/28.964，M為天然氣的平均分子量，甲烷的分子量為16。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的密度為1.293kg/m3，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下甲烷的密度為0.717kg/m3 。注5：適用于已知密度的氣體。19編寫編寫inprepinprep文件：文件：流體狀態(tài)方程選?。?/p>

18、STATE CNGA SG HHV /*美國加利福尼亞天然氣協(xié)會計算方法注1：適用相對密度范圍為0.55 0.7，最高到 6.9MPa，溫度060。注2：采用SPS，該方程的計算結(jié)果與BWRS和AGA差別較大。注3：詳細(xì)方程見輸氣管道相關(guān)教材。20編寫編寫inprepinprep文件：文件：流體狀態(tài)方程選取：STATE BWRS.MOLE TRIVC TRIVB /*.MOLE 代表摩爾組份，否則為質(zhì)量組份含量+ NAMES NAME1 NAME2 NAME3 .+ INITIAL FR1 FR2 FR3 .+ VISC V01 V02 V03 ./*不同組份的粘度，默認(rèn)值為0.01cp（動力

19、粘度）+ VPMI VPMI1 VPMI2 VPMI3 ./*不同組份的粘度壓力系數(shù)+ VTMI VTMI1 VTMI2 VTMI3 ./*不同組份的粘度溫度系數(shù)舉例：STATE BWRS.MOLE+ NAMES C1 C2 C3 IC4 NC4 IC5 + CO2 N2 H2S+ INITIAL 0.925469 0.039582 0.003353 0.001158 0.000863 0.00221 + 0.018909 0.008455 0.000001注1：BWRS方程的適用范圍最寬，計算精度最優(yōu)注2：除天然氣外，還可以計算CO2和乙烯管道。注3：對于以甲烷為主的天然氣，不需要輸入VPM

20、I和VTMI，但對于CO2等特殊介質(zhì)管道需要檢索有關(guān)資料確定上述2個參數(shù)。21編寫編寫inprepinprep文件：文件：流體狀態(tài)方程選?。篠TATE SCLPROP TRIVC TRIVB ASTM /*PROP代表模擬混油，不輸入則不進(jìn)行混油計算。ASTM表示使用ASTM粘度公式22編寫編寫inprepinprep文件：文件：流體狀態(tài)方程選?。? FLUID FNAME + DENSITY P0 T0 p0 PM0 TM0 PTMULT PPMULT TTMULT/* 標(biāo)準(zhǔn)壓力（絕壓） 標(biāo)準(zhǔn)溫度 標(biāo)準(zhǔn)密度/*液體的密度受溫度影響較大，對壓力不敏感。/*柴油密度820870kg/m3，汽油7

21、00770kg/m3，煤油750830kg/m3/*不同原油密度差別很大，6501060kg/m3 + VISC (u0 VPMI VTMI) | (A B) /*牛頓流體的原油管道推薦輸入A B值。/*特別注意：應(yīng)反復(fù)試算A B值，確保在輸送溫度范圍內(nèi)計算粘溫曲線與實/*際粘溫曲線盡量靠近。/*成品油管道和非牛頓流體輸入u0，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的粘度/*對于非牛頓流體，還要額外輸入VISCOSITY曲線數(shù)據(jù)23編寫編寫inprepinprep文件：文件：流體狀態(tài)方程選取：+ HCAP Cv0 CvT /*流體熱容，原油為2.02.1kJ/kgDC+ HCOND K0 KT /*流體導(dǎo)熱系數(shù)，通常取0

22、.14W/mDC+ COLOR color/*油品顏色 blue, red, green等24編寫編寫inprepinprep文件：文件：非牛頓流體的粘度輸入：對于非牛頓流體，需按下面方法輸入粘度曲線值：VISCOSITY + FLUID name1 + V(T,S) s1 s2 . sm + t1 v11 v12 v1m + t2 v21 v22 v2m + . + tn vn1 vn2 vnm /*sm代表剪切速率，tn代表溫度，vnm代表對應(yīng)粘度25舉例：VISCOSITY+ FLUID CRUDE+ V(T,S) 10 20 30 40 50+0 16 16 17 18 19 +5 1

23、3 13 14 15 16+10 10 11 12 13 14 +15 8 8 9 9 10+20 5 5 6 6 7+25 4 5 5 6 6+30 4 4 4 5 526編寫編寫inprepinprep文件：文件：選擇量綱類型：METRIC 米制或公制或者ENGLISH 英制或美制27編寫編寫inprepinprep文件：文件：開始輸入物理模型：= EQUIPMENT/*閥門、管道、泵、壓縮機(jī)等物理設(shè)備在該語句以下輸入/*詳見help文件28編寫intran文件29Intran文件必須編寫的內(nèi)容BEGIN (必須首行)INTERACTIVE (if you want to run the

24、simulation interactively)TRENDLIST (if you want to produce interactive and/or GRAFR time plots or run TPORT)PROFILE (INTRAN) (if you want to produce GRAFR profile plots)SHARE (if you want to run TPORT)Note: The INTRAN file must be entered in capital letters. For more syntax rules, see Input syntax.

25、30編寫編寫intranintran文件：文件：開始命令BEGIN RECNO, + BEGIN.TIME = BEGIN.TIME/*開始時間，分鐘, + END.TIME = END.TIME/*結(jié)束時間，分鐘, + PRESSURE.TOLERANCE = PRES.TOLER/*允許壓力誤差，默認(rèn)2psi=13.8kPa, + TEMP.TOLERANCE = TEMP.TOLER/*允許溫度誤差，默認(rèn)0.1華氏度=0.37舉例：BEGIN 0, + BEGIN.TIME = 360, + END.TIME = 1440BEGIN 0,+ BEGIN.TIME=0,+ END.TIME

26、=1E2031編寫編寫intranintran文件：文件：執(zhí)行交互命令I(lǐng)NTERACTIVE CRT ,ROWS=ROWS, COLS=COLS/*屏幕行列數(shù) , FONT=font, /*字體大小fg=fgcolor, /*字體顏色bg=bgcolor, /*字體背景色ffg=ffgcolor, /*數(shù)字顏色fbg=fbgcolor/*數(shù)字背景色32編寫編寫intranintran文件：文件：存儲timeplot圖形和參數(shù)TRENDLIST dev_names, + KEY.LETTER = dev_kl_include, + DEVICE.EXCLUDE = dev_kl_exclude,

27、 + PEEK.MATCH = peek_names_incl, + PEEK.EXCLUDE = peek_names_excl, + UNITS.MATCH = units_include, + SUB.TYPE = subtypes_include, + ECHO = echo/*該指令規(guī)定SPS存儲哪些參數(shù)的timeplot/*TRENDLIST * 表示存儲所有參數(shù)的timeplot/*存儲過多的參數(shù)將導(dǎo)致review文件體積龐大33編寫編寫intranintran文件：文件：存儲distplot圖形和參數(shù)PROFILE INT/*按一定時間間隔不斷存儲distplot圖形和參數(shù)/*

28、交互命令狀態(tài)下，不需要該語句也可以產(chǎn)生distplot/*如果沒有GRAF文件，則可以不輸入該語句34編寫編寫intranintran文件：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從tra

29、ns中提取參數(shù)/*必須輸入TRENDLIST語句，才能使用SHARE35編寫編寫intranintran文件：文件：規(guī)定開始圖形界面MACRO (INIT, OVERVIEW)/*采用OVERVIEW.DSP為開始畫面，OVERVIEW.DSP是用戶自定義的文件/* OVERVIEW.DSP需要在trans內(nèi)建立。/*其余語句詳見help文件36軟件操作與練習(xí)37習(xí)題一：習(xí)題一： 建立簡單天然氣管道模型建立簡單天然氣管道模型基本參數(shù)：38組組 分分C1C2C3iC4nC4iC5Mol%930.5管道起點壓力：4.0MPa管道末端壓力：2.0MPa管道起點高程：200m管道終

30、點高程：400m管徑：D323.911mm管道沿線地溫：10管道起點溫度：30管道長度：100km 管道埋深：1200mm土壤導(dǎo)熱系數(shù)4.6KJ/hr-m-DC 問題1：管道輸氣能力=？（萬方/天）問題2：管道總傳熱系數(shù)=？問題3：說明管道溫度降低的原因問題4：管道起終點的天然氣實際密度=？問題5：管道起終點的天然氣流速=？問題6：管道摩阻和高程差產(chǎn)生的壓降=？問題7：輸出全線壓力和流量曲線問題8：輸氣全線溫度溫度和地溫曲線問題9：起點壓力提高1MPa后輸量=？問題10：終點壓力降低1MPa后的輸量=？習(xí)題二：習(xí)題二： 建立簡單原油管道模型建立簡單原油管道模型基本參數(shù)：39管道起點壓力：4.0

31、MPa管道末端壓力：2.0MPa管道起點高程：200m管道終點高程：400m管徑：D323.911mm管道沿線地溫：10管道起點溫度：30管道長度：100km管道埋深：1200mm土壤導(dǎo)熱系數(shù)4.6KJ/KG-DC粘度：A=16.49 B=6.59標(biāo)準(zhǔn)密度：845kg/m3 問題1：管道輸油能力=？（噸/天）問題2：管道總傳熱系數(shù)=？問題3：說明管道溫度降低的原因問題4：管道起終點的原油粘度和密度=？問題5：管道起終點的原油流速=？問題6：管道摩阻和高程差產(chǎn)生的壓降=？問題7：輸出全線壓力和流量曲線問題8：輸氣全線溫度粘度和地溫曲線問題9：起點壓力提高1MPa后輸量=？問題10：終點壓力降低1

32、MPa后的輸量=？習(xí)題三：復(fù)雜原油管道模擬與調(diào)試習(xí)題三：復(fù)雜原油管道模擬與調(diào)試基本參數(shù)：40水平管道，常溫輸送首站進(jìn)站壓力：500kPa末站進(jìn)站壓力：500kPa管徑：D40611mm管道沿線地溫：10管道起點溫度：30管道長度：200km管道埋深：1200mm土壤導(dǎo)熱系數(shù)4.6KJ/KG-DC粘度：A=16.49 B=6.59標(biāo)準(zhǔn)密度：845kg/m3管道設(shè)計壓力：6.3MPa設(shè)計輸量：350萬噸/年問題1：合理布置泵站，以完成設(shè)計輸量問題2：設(shè)計輸量下各泵站進(jìn)出口壓力、功率=？問題3：將輸量分別調(diào)整到350和450m3/hr，此時各泵站水頭、功率=？問題4：管道最大輸送能力=？問題5：單座泵站的最大輸送能力=？