1、SPSSPS的建模及练习的建模及练习1SPSSPS 的程序和文件构成：的程序和文件构成： INPREPPREPROUTPRP INTRANTRANSOUTTRN INGRAFGRAFROUTGRF TPORT/*可以从review文件中读取冷态结果为方便阅读，在INPREP/INTRAN/INGRAF中均可包含INCLUDE文件。2SPSSPS 输入文件：输入文件：命名：aaa.inprep aaa.intran aaa.ingraf bbb.inc编辑：推荐用window系统自带的写字板编写 也可以使用model builder 3单位：单位：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编写inprep文件5inprep文件必须编写的内容TITLETITLE ( (必须首行必须首行) )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设备、节点、变量、曲线等设备、节点、变量、曲线等/ /*
7、*字母可以大写也可小写字母可以大写也可小写6编写编写inprepinprep文件：文件：标题： TITLE ，第1行，可以是任意文字和字符SELECT：选择SPS的其他产品模块，包括仿真模块、泄漏检测模块、培训模块等，可以不输入，默认仿真模块-SIMULATOR。在线模拟需要输入RTU传输的数据。气体或液态：GAS或者LIQUID7编写编写inprepinprep文件：文件：标准状态：格式： CUSTODY +PRESSURE = PREF, +TEMPERATURE = TREF举例：CUSTODY +PRESSURE=1.01325, +TEMPERATURE=20注1：此语句的压力为绝对
8、压力，其余没有标注的压力均为表压。标准压力101.325kPa（绝压）注2：API中以15为标准温度，中国国标以20为标准温度。注3：标准状态影响标态流量。问题：表压5bar，绝压=？8编写编写inprepinprep文件：文件：自定义单位：格式： DEFUNITS NAME = EXPRESSION USEUNITS KEYWORD NAME举例：DEFUNITS NN= M3/HR*0.0001 /*标准流量单位采用万方/小时USEUNITS FLOW NNUSEUNITS FUEL NN DEFUNITS NN1 = AM3/HR*0.0001 /*管态流量单位采用万方/小时USEUNI
9、TS AFLOW NN1注意1：KEYWORD 见Default units 表格。注意2：NAME 可以是任何字符，但不能与SPS内置语句重复。注意3：EXPRESSION使用SPS的内置单位，见Default units 表格。问题：如何用MPa代替SPS模型的内置压力单位？9编写编写inprepinprep文件：文件：输入管道参数：格式：PIPEPARMS + FRICTION COLE | NIKUR | MOODY RUF | FF+ INITIAL PINIT+ KNOT SPAC+ THRM.COEFF n举例：PIPEPARMS+ FRICTION COLE 0.01 /*管道
10、粗糙度按10m+ KNOT 1 /*距离计算步长1km+ INITIAL 40 /*线路最高点起始压力40bara（0流量）+ THRM.COEFF 1.33E-610编写编写inprepinprep文件：文件：输入管道参数：举例：PIPEPARMS+ FRICTION COLE 0.03 /*管道粗糙度按0.03mm+ KNOT 1 /*距离计算步长1km+ INITIAL 40 /*线路最高点起始压力40bara（0流量）+ THRM.COEFF 1.33E-6注意1：距离步长越长，计算速度越快，但瞬态计算精度下降，通常KNOT步长不超过管道长度的2%。注意2：起始压力只影响平衡时间，不影
11、响计算结果。注意3：原油和成品油粗糙度的选取：直缝管和无缝管取0.05mm；螺旋缝管取0.125mm（OD=DN350）。天然气管道粗糙度选取：无内涂层取0.03mm，有内涂层取0.01mm。 11输气管道摩阻计算公式和输气效率说明.docCOLEBROOK公式实际上是Prandtle（普朗特）水力光滑管公式和Nikuradse（尼古拉兹）完全粗糙管公式的数学组合。该公式为隐函数形式，计算量较大，但计算精度高。它适用于整个紊流区（，并且做为管道水力计算的基本公式被世界许多国家采用。GB50251中附录A中的气体流量计算公式由Pandandle 公式推导出，仅适用于手工计算，精度较差，引入了输气
12、效率E作为修正。若采用COLEBROOK公式则需要采用电脑计算，则不需要再考虑输气效率E。可以在交互状态的spans中修改输气效率E（默认值为1），但不建议修改。12编写编写inprepinprep文件：文件：限制参数范围语句：格式：SET.LIMIT + KEY SUB ATT LL LOW HIGH HH DEF UNIT + KEY SUB ATT LL LOW HIGH HH DEF UNIT + . 举例：SET.LIMIT + T * OD * * 1422 1800 * MM/*低于LL或高于HH的值产生error；/*在LL和LOW之间的值产生warning；/*在HIGH和H
13、H之间的值产生warning；/*默认值用*代替，也可以用具体参数修改默认值/*可以在html文件夹中打开limits.html查看所有参数的限制值和默/*认值以及单位。13编写编写inprepinprep文件：文件：关闭流体批量跟踪和混合：格式：NOTRACK 注意1：此语句只能在STATE和EQUIPMENT语句之间输入注意2：如果有此语句，就不允许在EXTERNAL处输入流体性质。14编写编写inprepinprep文件：文件：传热模型选取：ISOTHERMAL TEMP 绝热模型，温度为恒定值。通常成品油管道采用该模型。THERMAL TEMP 部分传热模型，管道不换热，设备换热，可以
14、计算泵、压缩机、调节阀的前后的温度变化。TRANSTHERMAL TEMP 设备和管道均换热+ SP.HEAT SPH 流体比热，BWRS和SCL模型不需要输入+ HEATCOND HCOND 流体导热系数 KJ/HR-M-DC天然气取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(相对密度） 1516编写编写inprepinprep文件：文件：+ MIN.FILM.COEF MFC 最小膜系数，KJ/HR-M2-DC，模拟流体和管道内壁之间的液体薄膜传热系数。默认取
15、0。+ HEAT.FRIC.EXP HFELH HFELC HFETH HFETC热阻修正系数，默认取0。 + FORCED.CONVECTION FORCED 强制对流换热基准条件，取WALL.TEMP or MEAN.TEMP+ FREE.CONVECTION FREE 自然对流换热基准条件，取WALL.TEMP or MEAN.TEMP 本页中的参数通常不需要输入，取默认值即可。对于特殊情况（特殊介质、流态、温度等），需要检索传热学资料或相关专家确定。17编写编写inprepinprep文件：文件：传热模型选取：ISOTHERMAL TEMP 绝热模型，温度为恒定值。通常成品油管道采用该
16、模型。THERMAL TEMP 部分传热模型，管道不换热，设备换热，可以计算泵、压缩机、调节阀的前后的温度变化。TRANSTHERMAL TEMP 设备和管道均换热+ SP.HEAT SPH 流体比热，BWRS和SCL模型不需要输入+ HEATCOND HCOND 流体导热系数 KJ/HR-M-DC天然气取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(相对密度） 18编写编写inprepinprep文件：文件：流体状态方程选取：STATE AGA TRIVB TRI
17、VC /*美国煤气协会计算方法+ GAS+ GAS SG CO2 HHV /*相对密度，CO2摩尔组份含量，高位发热值注1： 适用温度范围为0C to 55C，最高到 8.3MPa。注2：在适用范围内，此方程的计算结果与BWRS结果接近。注3：详细方程见输气管道相关教材。注4：天然气的相对密度是指在相同压力和温度条件下，天然气和干空气的密度之比。SG=M/28.964，M为天然气的平均分子量，甲烷的分子量为16。标准状态下空气的密度为1.293kg/m3，标准状态下甲烷的密度为0.717kg/m3 。注5：适用于已知密度的气体。19编写编写inprepinprep文件：文件：流体状态方程选取：
18、STATE CNGA SG HHV /*美国加利福尼亚天然气协会计算方法注1：适用相对密度范围为0.55 0.7，最高到 6.9MPa，温度060。注2：采用SPS，该方程的计算结果与BWRS和AGA差别较大。注3：详细方程见输气管道相关教材。20编写编写inprepinprep文件：文件：流体状态方程选取：STATE BWRS.MOLE TRIVC TRIVB /*.MOLE 代表摩尔组份，否则为质量组份含量+ NAMES NAME1 NAME2 NAME3 .+ INITIAL FR1 FR2 FR3 .+ VISC V01 V02 V03 ./*不同组份的粘度，默认值为0.01cp（动力
19、粘度）+ VPMI VPMI1 VPMI2 VPMI3 ./*不同组份的粘度压力系数+ VTMI VTMI1 VTMI2 VTMI3 ./*不同组份的粘度温度系数举例：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方程的适用范围最宽，计算精度最优注2：除天然气外，还可以计算CO2和乙烯管道。注3：对于以甲烷为主的天然气，不需要输入VPM
20、I和VTMI，但对于CO2等特殊介质管道需要检索有关资料确定上述2个参数。21编写编写inprepinprep文件：文件：流体状态方程选取：STATE SCLPROP TRIVC TRIVB ASTM /*PROP代表模拟混油，不输入则不进行混油计算。ASTM表示使用ASTM粘度公式22编写编写inprepinprep文件：文件：流体状态方程选取：+ FLUID FNAME + DENSITY P0 T0 p0 PM0 TM0 PTMULT PPMULT TTMULT/* 标准压力（绝压） 标准温度 标准密度/*液体的密度受温度影响较大，对压力不敏感。/*柴油密度820870kg/m3，汽油7
21、00770kg/m3，煤油750830kg/m3/*不同原油密度差别很大，6501060kg/m3 + VISC (u0 VPMI VTMI) | (A B) /*牛顿流体的原油管道推荐输入A B值。/*特别注意：应反复试算A B值，确保在输送温度范围内计算粘温曲线与实/*际粘温曲线尽量靠近。/*成品油管道和非牛顿流体输入u0，标准状态下的粘度/*对于非牛顿流体，还要额外输入VISCOSITY曲线数据23编写编写inprepinprep文件：文件：流体状态方程选取：+ HCAP Cv0 CvT /*流体热容，原油为2.02.1kJ/kgDC+ HCOND K0 KT /*流体导热系数，通常取0
22、.14W/mDC+ COLOR color/*油品颜色 blue, red, green等24编写编写inprepinprep文件：文件：非牛顿流体的粘度输入：对于非牛顿流体，需按下面方法输入粘度曲线值：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代表温度，vnm代表对应粘度25举例：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编写编写inprepinprep文件：文件：选择量纲类型：METRIC 米制或公制或者ENGLISH 英制或美制27编写编写inprepinprep文件：文件：开始输入物理模型：= EQUIPMENT/*阀门、管道、泵、压缩机等物理设备在该语句以下输入/*详见help文件28编写intran文件29Intran文件必须编写的内容BEGIN (必须首行)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编写编写intranintran文件：文件：开始命令BEGIN RECNO, + BEGIN.TIME = BEGIN.TIME/*开始时间，分钟, + END.TIME = END.TIME/*结束时间，分钟, + PRESSURE.TOLERANCE = PRES.TOLER/*允许压力误差，默认2psi=13.8kPa, + TEMP.TOLERANCE = TEMP.TOLER/*允许温度误差，默认0.1华氏度=0.37举例：BEGIN 0, + BEGIN.TIME = 360, + END.TIME = 1440BEGIN 0,+ BEGIN.TIME=0,+ END.TIME
26、=1E2031编写编写intranintran文件：文件：执行交互命令INTERACTIVE CRT ,ROWS=ROWS, COLS=COLS/*屏幕行列数 , FONT=font, /*字体大小fg=fgcolor, /*字体颜色bg=bgcolor, /*字体背景色ffg=ffgcolor, /*数字颜色fbg=fbgcolor/*数字背景色32编写编写intranintran文件：文件：存储timeplot图形和参数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/*该指令规定SPS存储哪些参数的timeplot/*TRENDLIST * 表示存储所有参数的timeplot/*存储过多的参数将导致review文件体积庞大33编写编写intranintran文件：文件：存储distplot图形和参数PROFILE INT/*按一定时间间隔不断存储distplot图形和参数/*
28、交互命令状态下，不需要该语句也可以产生distplot/*如果没有GRAF文件，则可以不输入该语句34编写编写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从tra
29、ns中提取参数/*必须输入TRENDLIST语句，才能使用SHARE35编写编写intranintran文件：文件：规定开始图形界面MACRO (INIT, OVERVIEW)/*采用OVERVIEW.DSP为开始画面，OVERVIEW.DSP是用户自定义的文件/* OVERVIEW.DSP需要在trans内建立。/*其余语句详见help文件36软件操作与练习37习题一：习题一： 建立简单天然气管道模型建立简单天然气管道模型基本参数：38组组 分分C1C2C3iC4nC4iC5Mol%9341.50.50.50.5管道起点压力：4.0MPa管道末端压力：2.0MPa管道起点高程：200m管道终
30、点高程：400m管径：D323.911mm管道沿线地温：10管道起点温度：30管道长度：100km 管道埋深：1200mm土壤导热系数4.6KJ/hr-m-DC 问题1：管道输气能力=？（万方/天）问题2：管道总传热系数=？问题3：说明管道温度降低的原因问题4：管道起终点的天然气实际密度=？问题5：管道起终点的天然气流速=？问题6：管道摩阻和高程差产生的压降=？问题7：输出全线压力和流量曲线问题8：输气全线温度温度和地温曲线问题9：起点压力提高1MPa后输量=？问题10：终点压力降低1MPa后的输量=？习题二：习题二： 建立简单原油管道模型建立简单原油管道模型基本参数：39管道起点压力：4.0
31、MPa管道末端压力：2.0MPa管道起点高程：200m管道终点高程：400m管径：D323.911mm管道沿线地温：10管道起点温度：30管道长度：100km管道埋深：1200mm土壤导热系数4.6KJ/KG-DC粘度：A=16.49 B=6.59标准密度：845kg/m3 问题1：管道输油能力=？（吨/天）问题2：管道总传热系数=？问题3：说明管道温度降低的原因问题4：管道起终点的原油粘度和密度=？问题5：管道起终点的原油流速=？问题6：管道摩阻和高程差产生的压降=？问题7：输出全线压力和流量曲线问题8：输气全线温度粘度和地温曲线问题9：起点压力提高1MPa后输量=？问题10：终点压力降低1
32、MPa后的输量=？习题三：复杂原油管道模拟与调试习题三：复杂原油管道模拟与调试基本参数：40水平管道，常温输送首站进站压力：500kPa末站进站压力：500kPa管径：D40611mm管道沿线地温：10管道起点温度：30管道长度：200km管道埋深：1200mm土壤导热系数4.6KJ/KG-DC粘度：A=16.49 B=6.59标准密度：845kg/m3管道设计压力：6.3MPa设计输量：350万吨/年问题1：合理布置泵站，以完成设计输量问题2：设计输量下各泵站进出口压力、功率=？问题3：将输量分别调整到350和450m3/hr，此时各泵站水头、功率=？问题4：管道最大输送能力=？问题5：单座
33、泵站的最大输送能力=？问题6：输出全线介质粘度和温度曲线问题7：判断管道所处的流态区域问题8：在中间泵站设置进出站压力选择控制系统，保证进站压力不低于1000kPa，出站压力不高于6300kPa。习题四：输油管道水击模拟与分析习题四：输油管道水击模拟与分析基本参数：41同习题三出站设置单向阀出站ESD阀门后设置水击泄放阀，设定值：Po=6300kPa，Pc=5000kPa。问题1：在500m3/h输量下，第二站进站ESD阀门误关。分析首站出站设置和不设置水击泄放阀的差别，并输出如下数据和曲线：1）首站出站压力、流量变化曲线。3）第二站进站压力、流量变化曲线。4）水击过程中全线各点达到的最高压力
34、。5）水击过程中习题五：习题五： 输气管道小时峰调节分析输气管道小时峰调节分析基本参数：42组组 分分C1C2C3iC4nC4iC5Mol%9341.50.50.50.5管道起点压力：9.8MPa管道末端压力：1.6MPa水平管道，330km管径：D323.911mm管道沿线地温：20管道起点温度：20用户用气规律：16点：30万方/小时718点：40万方/小时1924点： 30万方/小时问题1：找出调节小时峰能力最大的口径问题2：输出管道末端和起点的流量变化曲线问题3：分析影响管道小时峰调节能力的因素习题六：习题六： 输气管道压气站布站学习输气管道压气站布站学习基本参数：43组组 分分C1C
35、2C3iC4nC4iC5Mol%9341.50.50.50.5管道起点压力：7.0MPa管道末端压力：4.0MPa管道长度：4000km管径：D1016181mm管道沿线地温：20管道起点温度：20管道设计压力：10MPa管道年输量：120亿方压气站驱动方案：奇数站为燃驱站，其余为电驱站管道里程和高程：距离 高程水平距离水平距离 kmkm高程高程 m m0800100010002000200030008004000100问题：按1.35压比布站，计算全线压缩机总轴功率和能耗。若压比增加和减小，总功率如何变化。习题七：习题七： 顺序输送管道建模和调试练习顺序输送管道建模和调试练习基本参数：44以习题三为基础柴油批量：20000m390号和93号汽油各10000m3顺序：柴9093柴在2号泵站设置分输阀柴油分输量1000m3，分输流量100m3/h；90和93号汽油分输量均为500m3；分输流量50m3/h问题1：研究柴油顶汽油通过输油泵的压力和流量变化规律，并解释变化原因。问题2：研究顺序输送过程中管道总摩阻和流量的变化规律，并解释变化原因。
