注汽锅炉出口的蒸汽热力参数的计算方法及其装置

1.一种注汽锅炉出口的蒸汽热力参数的计算方法，其特征在于，包括：获取计算参数，所述计算参数包括：注汽井口蒸汽压力、温度、干度，地面管线参数，地面管线外环境参数；根据所述计算参数，迭代计算注汽锅炉出口至注汽井口蒸汽的热损失量；忽略地面管线内压力、重力变化的条件下根据能量平衡定律建立能量控制方程，确定地面管线注汽锅炉出口处蒸汽的干度；所述计算注汽锅炉出口至注汽井口蒸汽的热损失量包括：设定所述管线上的预设绝热层外表面温度；通过所述预设绝热层外表面温度计算所述管线总热阻，通过所述管线总热阻计算管线输气沿程热损失；根据所述管线输气沿程热损失计算绝热层外表面温度；反复迭代，当所述绝热层外表面温度计算值与设定值满足第一预定精度时，确定所述管线绝热层外表面温度，以获得注汽锅炉出口至注汽井口蒸汽的热损失；采用如下的计算公式计算单位长度地面管线中的热损失：上式中，q为单位时间内，单位长度地面管线中的热损失，单位千卡/(小时·米)；T s 为蒸汽温度，单位摄氏度；T a 为环境温度，单位摄氏度；R为单位长度地面管线中的总热阻值，单位(米·小时·摄氏度)/千卡；所述计算地面管线总热阻包括：地面管线的总热阻R，根据下述公式进行计算：上式中，R为地面管线总热阻值，R 1 为地面管线内蒸汽与液膜层对流换热的热阻值，R 2 为地面管线内蒸汽与污垢层对流换热的热阻值，R 3 为管壁的热传导的热阻值，R 4 为绝热层热传导的热阻值，R 5 为地面管线对空气的强迫对流换热的热阻值，单位均为(米·小时·摄氏度)/千卡；h f 为液膜层对流换热系数，h p 为污垢层对流换热系数，h fc 为绝热层外表面上强迫对流热系数，单位均为千卡/(平方米·小时·摄氏度)；λ p 为地面管线的导热系数，千卡/(米·小时·摄氏度)；r i 为地面管线内半径，r o 为地面管线外半径，r ins 为绝热层外半径，单位均为米；其中，地面管线对空气的强迫对流换热包括绝热层外表面至大气的对流换热和管外壁至大气的辐射换热；所述绝热层外表面至大气的对流换热系数h fc '，其计算公式如下：上式中，λ a 为空气的导热系数，单位千卡/(米·小时·摄氏度)；Re为雷诺数，通过下式计算得到：Re＝ν a D s /υ a上式中，ν a 为风速，单位米/秒；υ a 为空气的运动粘度，单位平方米/秒；D s 为绝热层外径，单位米；其中C，n根据Re按照预定规则进行选取；管外壁至大气的辐射换热系数h fc "，其计算公式如下：上式中，ε为管壁外黑度，无因次量；T a 为空气平均温度，单位摄氏度；T w 为绝热层外壁温度，单位摄氏度；采用如下的计算公式计算绝热层外表面温度：上式中，h f 为液膜层对流换热系数，h p 为污垢层对流换热系数，λ p 为地面管线的导热系数，千卡/(米·小时·摄氏度)；r i 为地面管线内半径，r o 为地面管线外半径，r ins 为绝热层外半径，单位均为米；q为单位时间内，单位长度地面管线中中的热损失，单位千卡/(小时·米)；T s 为蒸汽温度，单位摄氏度；T w 为绝热层外壁温度，单位摄氏度；所述根据能量平衡定律计算干度步骤包括：建立如下能量控制方程：将注汽井口蒸汽干度x| z＝L ＝x u 作为初始条件，求解上述方程，得到注汽锅炉出口的蒸汽干度计算表达式从而，锅炉出口的蒸汽干度计算公式为：上式中，q为单位时间单位长度地面管线中蒸汽的热损失，单位千卡/(小时·米)；z为计算位置与锅炉出口的距离，单位米；G为饱和蒸汽质量流量，单位千克/小时；L v 为汽化潜热，千卡/千克；x u 为注汽井口(地面管线末端)蒸汽干度，无量纲；上述汽化潜热L v 为干饱和蒸汽的热焓与饱和水的热焓之差，其计算公式为：L v ＝273×(374.15-T) 0.38 ＝h g -h l ；h l 为饱和水的热焓，单位kcal/kg，其计算公式为：h l 为饱和水的热焓，单位千卡/千克；其计算公式为：h g ＝12500+1.88T-3.7×10 -6 T 3.2上式中，T为蒸汽温度，单位摄氏度。 2.一种注汽锅炉出口的蒸汽热力参数的计算方法，其特征在于，包括：获取计算参数，所述计算参数包括：注汽井口蒸汽压力、温度、干度，注汽速率，地面管线参数，地面管线外环境参数，计算步长；根据所述计算参数，计算注汽锅炉出口至注汽井口蒸汽的热损失量；根据所述计算参数，通过动量守恒定律建立地面管线中蒸汽压降梯度的控制方程，确定地面管线任意位置蒸汽温度和压力；根据所述计算步长在所述地面管线长度上划分管线微元段，并建立能量控制方程，以所述注汽井口干度作为初始条件，通过相互耦合的热损失、压力、干度迭代计算，确定注汽锅炉出口处蒸汽的干度；取锅炉出口为坐标原点，蒸汽沿管线流动方向为Z轴方向，根据动量守恒原理，建立地面管线中蒸汽压降梯度的控制方程：根据所述控制方程，运用数值方法将整个地面管线分成若干计算步长，每一个计算步长长度为△z，在每一段内对上式进行积分；令v m ＝(v out +v in )/2获得确定地面管线任意位置蒸汽压力的计算公式：上式中，p in 为地面管线的每个计算步长的入口处的蒸汽压力，单位兆帕；p out 为地面管线的每个计算步长的出口处的蒸汽压力，单位兆帕；f m 为湿蒸汽流体的摩擦阻力系数，无量纲；ρ m 为湿蒸汽流体的密度，单位千克/立方米；ν m 为湿蒸汽流体的平均速度，单位米/秒；v in 为地面管线的每个计算步长的入口处的蒸汽速度，单位米/秒；v out 为地面管线的每个计算步长的出口处的蒸汽速度，单位米/秒；g为重力加速度，单位米/平方秒；r i 为输气管线内径，单位米；A为流动截面积，单位平方米；G为湿蒸汽流体的质量流量，单位千克/秒；所述ρ m 饱和湿蒸汽的平均密度计算公式如下：ρ m ＝H g ρ g +(1-H g )ρ l上式中ρ l 为饱和水的密度，其与蒸汽温度T的关系式如下：ρ l ＝0.9967-4.615×10 -5 T-3.063×10 -6 T 2上式中ρ g 为饱和蒸汽的密度，其计算公式如下：ρ g ＝5.9×10 -4 +3.2×10 -4 (T/100) 4.5上式中，T为蒸汽温度，单位摄氏度；p为蒸汽压力，单位兆帕；上式中f m 为湿蒸汽的摩擦阻力系数，其根据平均压力和平均温度下饱和湿蒸汽的雷诺数Re确定；H g 为饱和蒸汽的体积含汽率，其计算公式如下：上式中，x为蒸汽干度，无因次量；ρ g 为饱和蒸汽的密度，单位千克/立方米；ρ l 为饱和水的密度，单位千克/立方米；地面管线内蒸汽为饱和湿蒸汽，计算地面管线任意位置蒸汽温度的公式为：T in ＝195.94p in 0.225 -17.8上式中，T in 为地面管线的每个计算步长的入口处的蒸汽温度，单位摄氏度；p in 为地面管线的每个计算步长的入口处的蒸汽压力，单位兆帕；所述确定注汽锅炉出口处蒸汽的干度包括以下步骤：设定所述管线微元段上的预设干度降；根据能量平衡定律计算干度，反复迭代，当所述管线微元段干度降计算值与设定值之间满足第二预定精度时，确定所述管线微元段的干度降；循环计算至整个地面管线，确定注汽锅炉出口处蒸汽的干度；所述根据能量平衡定律计算干度步骤包括：建立如下能量控制方程：将注汽井口蒸汽干度x| z＝L ＝x u 作为初始条件，求解上述方程，得到地面管线任意位置蒸汽干度计算表达式其中：C 1 ＝G(h g -h l )从而，锅炉出口蒸汽干度计算公式为：上式中，h g 为饱和蒸汽的焓，单位千卡/千克；h l 为饱和水的焓，单位千卡/千克；x为蒸汽干度，无因次量；g为重力加速度，单位米/平方秒；G为注汽井口蒸汽排量，单位千克/小时；q为单位时间内，单位管线长度热损失，单位千卡/(小时·米)；ρ m 为饱和湿蒸汽密度，单位千克/立方米；A为管线横截面积，单位平方米；θ为管线倾角，单位度；所述ρ m 饱和湿蒸汽的平均密度计算公式如下：ρ m ＝H g ρ g +(1-H g )ρ l上式中ρ l 为饱和水的密度，其与蒸汽温度T的关系式如下：ρ l ＝0.9967-4.615×10 -5 T-3.063×10 -6 T 2上式中ρ g 为饱和蒸汽的密度，其计算公式如下：ρ g ＝5.9×10 -4 +3.2×10 -4 (T/100) 4.5上式中，T为蒸汽温度，单位摄氏度；p为蒸汽压力，单位兆帕；H g 为饱和蒸汽的体积含汽率，其计算公式如下：上式中，x为蒸汽干度，无因次量；ρ g 为饱和蒸汽的密度，单位千克/立方米；ρ l 为饱和水的密度，单位千克/立方米。 3.一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算装置，其特征在于，包括：参数获取模块，用于获取计算参数，所述计算参数包括：注汽井口蒸汽压力、温度、干度，地面管线参数，地面管线外环境参数；热损失确定模块，用于根据所述计算参数，迭代计算注汽锅炉出口至注汽井口蒸汽的热损失量；干度确定模块，用于在忽略地面管线内压力、重力变化的条件下根据能量平衡定律建立能量控制方程，确定注汽锅炉出口处蒸汽的干度；所述计算注汽锅炉出口至注汽井口蒸汽的热损失量包括：设定所述管线上的预设绝热层外表面温度；通过所述预设绝热层外表面温度计算所述管线总热阻，通过所述管线总热阻计算管线输气沿程热损失；根据所述管线输气沿程热损失计算绝热层外表面温度；反复迭代，当所述绝热层外表面温度计算值与设定值满足第一预定精度时，确定所述管线绝热层外表面温度，以获得注汽锅炉出口至注汽井口蒸汽的热损失；采用如下的计算公式计算单位长度地面管线中的热损失：上式中，q为单位时间内，单位长度地面管线中中的热损失，单位千卡/(小时·米)；T s 为蒸汽温度，单位摄氏度；T a 为环境温度，单位摄氏度；R为单位长度地面管线中的总热阻值，单位(米·小时·摄氏度)/千卡；所述计算地面管线总热阻包括：地面管线的总热阻R，根据下述公式进行计算：上式中，R为地面管线总热阻值，R 1 为地面管线内蒸汽与液膜层对流换热的热阻值，R 2 为地面管线内蒸汽与污垢层对流换热的热阻值，R 3 为管壁的热传导的热阻值，R 4 为绝热层热传导的热阻值，R 5 为地面管线对空气的强迫对流换热的热阻值，单位均为(米·小时·摄氏度)/千卡；h f 为液膜层对流换热系数，h p 为污垢层对流换热系数，h fc 为绝热层外表面上强迫对流热系数，单位均为千卡/(平方米·小时·摄氏度)；λ p 为地面管线的导热系数，千卡/(米·小时·摄氏度)；r i 为地面管线内半径，r o 为地面管线外半径，r ins 为绝热层外半径，单位均为米；其中，地面管线对空气的强迫对流换热包括绝热层外表面至大气的对流换热和管外壁至大气的辐射换热；所述绝热层外表面至大气的对流换热系数h fc '，其计算公式如下：上式中，λ a 为空气的导热系数，单位千卡/(米·小时·摄氏度)；Re为雷诺数，通过下式计算得到：Re＝ν a D s /υ a上式中，ν a 为风速，单位米/秒；υ a 为空气的运动粘度，单位平方米/秒；D s 为绝热层外径，单位米；其中C，n根据Re按照预定规则进行选取；管外壁至大气的辐射换热系数h fc "，其计算公式如下：上式中，ε为管壁外黑度，无因次量；T a 为空气平均温度，单位摄氏度；T w 为绝热层外壁温度，单位摄氏度；采用如下的计算公式计算绝热层外表面温度：上式中，h f 为液膜层对流换热系数，h p 为污垢层对流换热系数，λ p 为地面管线的导热系数，千卡/(米·小时·摄氏度)；r i 为地面管线内半径，r o 为地面管线外半径，r ins 为绝热层外半径，单位均为米；q为单位时间内，单位长度地面管线中中的热损失，单位千卡/(小时·米)；T s 为蒸汽温度，单位摄氏度；T w 为绝热层外壁温度，单位摄氏度；所述根据能量平衡定律计算干度步骤包括：建立如下能量控制方程：将注汽井口蒸汽干度x| z＝L ＝x u 作为初始条件，求解上述方程，得到注汽锅炉出口的蒸汽干度计算表达式从而，锅炉出口的蒸汽干度计算公式为：上式中，q为单位时间单位长度地面管线中蒸汽的热损失，单位千卡/(小时·米)；z为计算位置与锅炉出口的距离，单位米；G为饱和蒸汽质量流量，单位千克/小时；L v 为汽化潜热，千卡/千克；x u 为注汽井口(地面管线末端)蒸汽干度，无量纲；上述汽化潜热L v 为干饱和蒸汽的热焓与饱和水的热焓之差，其计算公式为：L v ＝273×(374.15-T) 0.38 ＝h g -h l ；h l 为饱和水的热焓，单位kcal/kg，其计算公式为：h l 为饱和水的热焓，单位千卡/千克；其计算公式为：h g ＝12500+1.88T-3.7×10 -6 T 3.2上式中，T为蒸汽温度，单位摄氏度。 4.一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算装置，其特征在于，包括：参数获取模块，用于获取计算参数，所述计算参数包括：注汽井口蒸汽压力、温度、干度，注汽速率，地面管线参数，地面管线外环境参数，计算步长；热损失确定模块，用于根据所述计算参数，迭代计算注汽锅炉出口至注汽井口蒸汽的热损失量；压力温度确定模块，用于根据所述计算参数，通过动量守恒定律建立地面管线中蒸汽压降梯度的控制方程，确定地面管线任意位置蒸汽温度和压力；干度确定模块，用于根据所述计算步长在所述地面管线长度上划分管线微元段，并建立能量控制方程，以所述注汽井口干度作为初始条件，通过相互耦合的热损失、压力、干度迭代计算，确定注汽锅炉出口处蒸汽的干度；取锅炉出口为坐标原点，蒸汽沿管线流动方向为Z轴方向，根据动量守恒原理，建立地面管线中蒸汽压降梯度的控制方程：根据所述控制方程，运用数值方法将整个地面管线分成若干计算步长，每一个计算步长长度为△z，在每一段内对上式进行积分；令v m ＝(v out +v in )/2获得确定地面管线任意位置蒸汽压力的计算公式：上式中，p in 为地面管线的每个计算步长的入口处的蒸汽压力，单位兆帕；p out 为地面管线的每个计算步长的出口处的蒸汽压力，单位兆帕；f m 为湿蒸汽流体的摩擦阻力系数，无量纲；ρ m 为湿蒸汽流体的密度，单位千克/立方米；ν m 为湿蒸汽流体的平均速度，单位米/秒；v in 为地面管线的每个计算步长的入口处的蒸汽速度，单位米/秒；v out 为地面管线的每个计算步长的出口处的蒸汽速度，单位米/秒；g为重力加速度，单位米/平方秒；r i 为输气管线内径，单位米；A为流动截面积，单位平方米；G为湿蒸汽流体的质量流量，单位千克/秒；所述ρ m 饱和湿蒸汽的平均密度计算公式如下：ρ m ＝H g ρ g +(1-H g )ρ l上式中ρ l 为饱和水的密度，其与蒸汽温度T的关系式如下：ρ l ＝0.9967-4.615×10 -5 T-3.063×10 -6 T 2上式中ρ g 为饱和蒸汽的密度，其计算公式如下：ρ g ＝5.9×10 -4 +3.2×10 -4 (T/100) 4.5上式中，T为蒸汽温度，单位摄氏度；p为蒸汽压力，单位兆帕；上式中f m 为湿蒸汽的摩擦阻力系数，其根据平均压力和平均温度下饱和湿蒸汽的雷诺数Re确定；H g 为饱和蒸汽的体积含汽率，其计算公式如下：上式中，x为蒸汽干度，无因次量；ρ g 为饱和蒸汽的密度，单位千克/立方米；ρ l 为饱和水的密度，单位千克/立方米；地面管线内蒸汽为饱和湿蒸汽，计算地面管线任意位置蒸汽温度的公式为：T in ＝195.94p in 0.225 -17.8上式中，T in 为地面管线的每个计算步长的入口处的蒸汽温度，单位摄氏度；p in 为地面管线的每个计算步长的入口处的蒸汽压力，单位兆帕；所述确定注汽锅炉出口处蒸汽的干度包括以下步骤：设定所述管线微元段上的预设干度降；根据能量平衡定律计算干度，反复迭代，当所述管线微元段干度降计算值与设定值之间满足第二预定精度时，确定所述管线微元段的干度降；循环计算至整个地面管线，确定注汽锅炉出口处蒸汽的干度；所述根据能量平衡定律计算干度步骤包括：建立如下能量控制方程：将注汽井口蒸汽干度x| z＝L ＝x u 作为初始条件，求解上述方程，得到地面管线任意位置蒸汽干度计算表达式其中：C 1 ＝G(h g -h l )从而，锅炉出口蒸汽干度计算公式为：上式中，h g 为饱和蒸汽的焓，单位千卡/千克；h l 为饱和水的焓，单位千卡/千克；x为蒸汽干度，无因次量；g为重力加速度，单位米/平方秒；G为注汽井口蒸汽排量，单位千克/小时；q为单位时间内，单位管线长度热损失，单位千卡/(小时·米)；ρ m 为饱和湿蒸汽密度，单位千克/立方米；A为管线横截面积，单位平方米；θ为管线倾角，单位度；所述ρ m 饱和湿蒸汽的平均密度计算公式如下：ρ m ＝H g ρ g +(1-H g )ρ l上式中ρ l 为饱和水的密度，其与蒸汽温度T的关系式如下：ρ l ＝0.9967-4.615×10 -5 T-3.063×10 -6 T 2上式中ρ g 为饱和蒸汽的密度，其计算公式如下：ρ g ＝5.9×10 -4 +3.2×10 -4 (T/100) 4.5上式中，T为蒸汽温度，单位摄氏度；p为蒸汽压力，单位兆帕；H g 为饱和蒸汽的体积含汽率，其计算公式如下：上式中，x为蒸汽干度，无因次量；ρ g 为饱和蒸汽的密度，单位千克/立方米；ρ l 为饱和水的密度，单位千克/立方米。