SPS建模操作及练习

SPS的建模及练习1SPS的程序和文件构成：INPREPPREPROUTPRPINTRANTRANSOUTTRNINGRAFGRAFROUTGRF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。2SPS输入文件：命名：aaa.inprepaaa.intranaaa.ingrafbbb.inc编辑：推荐用window系统自带的写字板编写也可以使用modelbuilder3单位：KeywordLIQUIDGASKeywordLIQUIDGASAFLOWAM3/HRAM3/HRMASSKGKGANGLEDEGREEDEGREEMFLOWKG/SKG/SAREACM2CM2POWERKWKWDENSITYKG/M3KG/M3PRESSUREKPAGBARGDIAMETERMMMMROUGHNESSMMMMEFFICIENCYFRFRSHEAR.RATE1/SEC1/SECELEVATIONMMSHEAR.STRESSPAPAFLOWM3/HRM3/HRSIG.TIMEMINMINFRACTIONFRFRSPEEDRPMRPMFUELM3/HRM3/HRSWEPT.VOLUMECM3CM3HEAT.RATEKJ/KW-HRKJ/KW-HRTEMPERATUREDCDCHEADMMTENSILE.STRESSGPAGPAHEAT.CAPACITYKJ/KG-DCKJ/KG-DCTIMEMINMINHEAT.CONDKJ/HR-M-DCKJ/HR-M-DCTFLOWGJOULE/DGJOULE/DHEAT.TRANSFERKJ/HR-M2-DCKJ/HR-M2-DCTORQUEN-MN-MHEAT.VALUEKJ/M3KJ/M3VALVE.CGM3/HR-KPAM3/HR-KPAINERTIAKG-M2KG-M2VALVE.COEFFM3/HR-KPA.5M3/HR-KPA.5LENGTH.HEADERKMKMVALVE.FLOWM3/HRM3/HRLENGTH.PIPEKMKMVELOCITYM/SM/SLINEPACKM3M3VISCOSITYCPCPWALLMMMMVOLUMEM3M34编写inprep文件5inprep文件必须编写的内容TITLE(必须首行)LIQUIDorGASENGLISHorMETRICCUSTODYPIPEPARMSISOTHERMAL,THERMALorTRANSTHERMALSTATEAGA,STATEBWRS,STATECNGA,STATESCL,VISCOSITY(non-Newtonian),WAX,STATETABLE)=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：DEFUNITSNAME=EXPRESSIONUSEUNITSKEYWORDNAME举例：DEFUNITSNN=M3/HR*0.0001/*标准流量单位采用万方/小时USEUNITSFLOWNNUSEUNITSFUELNNDEFUNITSNN1=AM3/HR*0.0001/*管态流量单位采用万方/小时USEUNITSAFLOWNN1注意1：KEYWORD见Defaultunits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Defaultunits表格。问题：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]][+INITIALPINIT][+KNOTSPAC][+THRM.COEFFn]举例：PIPEPARMS+FRICTIONCOLE0.01/*管道粗糙度按10μm+KNOT1/*距离计算步长1km+INITIAL40/*线路最高点起始压力40bara（0流量）+THRM.COEFF1.33E-610编写inprep文件：输入管道参数：举例：PIPEPARMS+FRICTIONCOLE0.03/*管道粗糙度按0.03mm+KNOT1/*距离计算步长1km+INITIAL40/*线路最高点起始压力40bara（0流量）+THRM.COEFF1.33E-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（ODDN350）和0.1mm（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.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：SET.LIMIT+KEYSUBATTLLLOWHIGHHHDEFUNIT+KEYSUBATTLLLOWHIGHHHDEFUNIT+...举例：SET.LIMIT+T*OD**14221800*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.HEATSPH]流体比热，BWRS和SCL模型不需要输入[+HEATCONDHCOND]流体导热系数KJ/HR-M-DC天然气取0.108原油和成品油取0.36~0.58W/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inprep文件：[+MIN.FILM.COEFMFC]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.EXPHFELHHFELCHFETHHFETC]热阻修正系数，默认取0。[+FORCED.CONVECTIONFORCED]强制对流换热基准条件，取WALL.TEMPorMEAN.TEMP[+FREE.CONVECTIONFREE]自然对流换热基准条件，取WALL.TEMPorMEAN.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.HEATSPH]流体比热，BWRS和SCL模型不需要输入[+HEATCONDHCOND]流体导热系数KJ/HR-M-DC天然气取0.108原油和成品油取0.36~0.58W/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inprep文件：流体状态方程选取：STATEAGA[TRIVB][TRIVC]/*美国煤气协会计算方法+GASSGCO2HHV/*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0°Cto55°C，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inprep文件：流体状态方程选取：STATECNGASG[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0~60℃。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inprep文件：流体状态方程选取：STATEBWRS[.MOLE][TRIVC][TRIVB]/*.MOLE代表摩尔组份，否则为质量组份含量+NAMESNAME1NAME2NAME3...+INITIALFR1FR2FR3...[+VISCV01V02V03...]/*不同组份的粘度，默认值为0.01cp（动力粘度）[+VPMIVPMI1VPMI2VPMI3...]/*不同组份的粘度压力系数[+VTMIVTMI1VTMI2VTMI3...]/*不同组份的粘度温度系数举例：STATEBWRS.MOLE+NAMESC1C2C3IC4NC4IC5+CO2N2H2S+INITIAL0.9254690.0395820.0033530.0011580.0008630.00221+0.0189090.0084550.000001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：STATESCL[PROP][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inprep文件：流体状态方程选取：+FLUIDFNAME+DENSITYP0T0p0[PM0][TM0][PTMULT][PP