SPS建模操作及练习

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 ran 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%930.5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：单座泵站的最大输送能力=