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1、SPS的建模及练习,1,SPS 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。,2,SPS 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：,4,编写inprep文件,5,inprep文件必须编写的内容 TITLE (必须首行) LIQ
2、UID or GAS ENGLISH or METRIC CUSTODY PIPEPARMS ISOTHERMAL, THERMAL or TRANSTHERMAL STATE AGA, STATE BWRS, STATE CNGA, STATE SCL, VISCOSITY (non-Newtonian), WAX, STATE TABLE) =EQUIPMENT 设备、节点、变量、曲线等 /*字母可以大写也可小写,6,编写inprep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
3、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LIQUID,7,编写inprep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inprep文件： 自定义单位： 格式： D
4、EFUNITS 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 NN USEUNITS FUEL NN DEFUNITS NN1 = AM3/HR*0.0001 /*管态流量单位采用万方/小时 USEUNITS 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
5、：如何用MPa代替SPS模型的内置压力单位？,9,编写inprep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-6,10,编写inprep文件： 输入管道参数： 举例： PIPEP
6、ARMS + 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
7、率说明.doc COLEBROOK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inprep文件： 限制参数范围语句： 格式：
8、 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HH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inprep文件： 关闭流体批量跟踪和
9、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inprep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
10、取0.108 原油和成品油取0.360.58 W/M-DC=KJ/HR-M-DC*0.278 HCOND(KJ/HR-M-DC)=0.493(1-0.00054T)/DENSITY(相对密度）,15,16,编写inprep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 + FRE
11、E.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inprep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 + HEATC
12、OND HCOND 流体导热系数 KJ/HR-M-DC 天然气取0.108 原油和成品油取0.360.58 W/M-DC=KJ/HR-M-DC*0.278 HCOND(KJ/HR-M-DC)=0.493(1-0.00054T)/DENSITY(相对密度）,18,编写inprep文件： 流体状态方程选取： STATE AGA TRIVB TRIVC /*美国煤气协会计算方法 + 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
13、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inprep文件： 流体状态方程选取： 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inp
14、rep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 +
15、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VPMI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inprep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
16、用ASTM粘度公式,22,编写inprep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700770kg/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V
