严格在线模拟与智能监测技术成功用于蒸汽管网系统

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1、严格在线模拟与智能监测技术成功用于蒸汽管网系统!曹雁青陈志奎蒸汽作为生产过程中的主要携能工质和辅助工艺物流，被广泛用于炼油、化工、钢铁、轻工、热电、区域集中供热等各个领域。随着生产规模的渐进发展，蒸汽管网系统变得庞大复杂，不仅难以管理调度，而且浪费惊人。为此，国内外学界和工程界都在研究蒸汽系统，实施技术改造方案。管网本身诸如管线老化、阀门和疏水器失效、仪表不灵、保温破损等问题，比较容易发现和解决。而操作工况，特别是管网内未安装测量仪表的重耍部位，其温度、压力、热损失等参数难以及时掌握，导致调度管理不力、

2、造成蒸汽严重浪费，甚至出现重大运行事故。这类问题必须有先进的模拟和监测技术才能解决。近年來，国内学者在理论上已经解决了籍基尔霍夫定律建立蒸汽管网水力学模型的问题，以及有关网络计算的方法，但因工程化不力，故一直未见成功实用；国外已有专用的商品软件，多用于管网设计计算，在实时智能监测方面也鲜见报导。笔者近年来专门研究蒸汽管网系统的数学模拟和智能监测方法，承接了前人的研究经验，完善了模拟策略，采取了工程化措施后，形成了一套实用的严格在线模拟与智能监测技术。严格在线模拟与智能监测技术的策略与结构!”世纪#”年代

3、初，有学者研究将流程模拟和$%&技术结合，开发一套在线模拟化工工艺过程的方法，以便及时掌握工况，辅助科学分析和优化操作。美国科学模拟公司(&'()*')&(+,・・/『俨2)总裁汪誉龙博士率先捉出，对炼油化工装世实施严格在线模拟(3(4050,67*89(*):0;)-(*4),即以流程模拟软件＜37：11在线模拟其工艺过程。＞6?广@)3公司总裁9.B5)*J)2C2DE.*6则提倡在线动态模拟的策略。他们期望把模拟技术推行到生产装浬上，帮助工程师及时调整操作条件，获取更好的经济效益。但是在常减压、合

4、成氨等装置上试验的效果不理想，主要原因是装置流程和物料太复杂。时过境迁，咆技术的快速发展，促使我们重温他们那很有见地的思想。特别是对于蒸汽管网那样物料单一的系统，在线模拟获得成功的希望很大。蒸汽管网严格在线模拟与智能监测技术(<(?)*)/B05F3(4050,67*-(*)&(+,-./(0*&G6/)+,以下简称!-#$$）由数据釆集系统（%&'&（）*+,-；,./$0・'12）、管网模拟系统（3.415/6$0・'12）、实时监测系统（T&57&213./；.9,/6）和实时数据库（”1&578

5、,21%&'&:&・「）组成，逻辑结构如图；所示。与传绒的实时监测系统相比，「#$$最大的特点就是嵌入了管网模拟系统作为管网管理和分析的核心。蒸汽管网的操作参数通过数据采集系统存入实时数据肿中，并经数据接口定吋输入到管网模拟系统中；蒸汽管网的结构参数以人工输入的方式输入到管网模抑系统屮；管网模拟系统定时模拟管网工况，生成大昼模拟信息，再通过数据接II传回实时数据库；实时监测系统组织和显示蒸汽管网的所有测量参数和模初计算参数，供调度工程师监测与分析。模拟计算功能亦可以离线应用，辅助对管网进行流程改造、优化

6、操作等。!”基尔霍夫定律的应用把管网中的每一根管段看作是具有一定的物理特性的线段，各线段之间有一定的物理和逻辑关系，然后可以将实际的蒸汽管网模型化为管网拓扑图（如图=所示）。为了对不同的管段以示区别，分类如下：＞外支管：管段的一端与其它管段连接，另一端与汽源或用户连接。如图二中的线段（？、@A、％B、CDo模拟原理图；中的模拟系统即对蒸汽管网水力和传热工况进行模拟计算的软件。该软件集成了基尔霍夫关于电网络的定律、流体力学、化学工程、拓扑学和计算数学等基础理论和知识（如图v所示），蒸汽管网管理人员町以借助

7、该软件，提高蒸汽管网的运行管理水平。传热学拓扑学曲十"法水力学參廉免Itut"

8、

9、ffcitMira“、用尸比W化MaittiJS«i■-I大乜力・WM:；天PUEWUt:土#!■、iu・观*.ie力.测.・«»、•»»逼度、*t・矢.務疤系数、aww外最irnr冷«*r冷•材空的“晰乐用戸用刨LPB力祇.&號卯＞内管：管段的两端均与其它管段连接。如图=中的线段？@、？％等。＞节点（F）：管段之间的连接处，不包扌舌二通连接，即每个节点至少与三根管段连接。如图二中的点?、@、％、C,点（、A、B、D则不属

10、于节点。＞回路（？）：由若干根管段组成的封闭环路。如图=中的!?@%、!?%C、!?@Co＞通路（”）：从某一根外支管沿相连的管段到另一根外支管，其间经过的管段组成一个通路。如图=中的折线（？@A、（？％B、（？CD等。蒸汽网络与电网络相似，可以将描述电网络的基尔霍夫F、FF定律应用到蒸汽网络中，形成如下问题和解:设：网络G有2根外支管,/根内管，E个节点。2根外支管外端的压力值分别为！；、!v、删删、！2；求：每根管段的两个未知数，即压降