注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數的計算方法及其裝置與流程

本發明涉及石油開采領域中的稠油熱采領域，特別涉及一種地面輸氣管線的注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數的計算方法及其裝置。
背景技術：
：稠油是指地層條件下粘度大于50mp·s(毫帕·秒)，或油層溫度下脫氣原油粘度為1000至10000mp·s的高粘度重質原油。由于稠油粘度大，因此流動性能較差，甚至在某些油層條件下不能流動，給稠油的開采帶來了困難。在油田的石油開采中，由于稠油具有特殊的高粘度和高凝固點的特性，在儲層和井筒中流動性差，常規開采采收率低，即無法保證正常的經濟產量。為了保證合理的采收率，往往通過降低原油的粘度來采油。注蒸汽熱力開采稠油技術可以降低稠油黏度，改善流度比，降低殘余油飽和度，提高驅油效率。注蒸汽熱力開采稠油技術所用的高溫高壓蒸汽是在注汽站中產生，然后通過地面管線輸送至井口，再由井口通過井筒注入地層。蒸汽在運移過程中不可避免存在熱量損失，為了保證到達井底蒸汽保留較高的干度，達到較好的注汽效果，注汽鍋爐出口蒸汽熱力參數的設計至關重要。現有方法均是以注汽鍋爐出口為起點計算井口蒸汽參數，進而計算蒸汽到達井底時熱力學參數，本發明提供了一種已知井口蒸汽所需的壓力、溫度、干度以及注汽速率，預算實現該井口蒸汽參數條件下，鍋爐出口蒸汽需要達到的壓力、溫度、干度，并計算在注汽過程中整個地面管線的蒸汽參數的變化，為鍋爐蒸汽注入參數設計提供可靠依據。技術實現要素：本發明的目的是提供一種地面輸氣管線的注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數的計算方法及其裝置，以能夠確定注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數，從而為鍋爐蒸汽注入參數設計提供可靠依據。為達到上述目的，本發明提供一種注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數的計算方法，包括：獲取計算參數，所述計算參數包括：注汽井口蒸汽壓力、溫度、干度，地面管線參數，地面管線外環境參數；根據所述計算參數，迭代計算注汽鍋爐出口至注汽井口蒸汽的熱損失量；忽略地面管線內壓力、重力變化的條件下根據能量平衡定律建立能量控制方程，確定地面管線注汽鍋爐出口處蒸汽的干度。作為一種優選的實施方式，所述計算注汽鍋爐出口至注汽井口蒸汽的熱損失量包括：設定所述管線上的預設絕熱層外表面溫度；通過所述預設絕熱層外表面溫度計算所述管線總熱阻，通過所述管線總熱阻計算管線輸氣沿程熱損失；根據所述管線輸氣沿程熱損失計算絕熱層外表面溫度；反復迭代，當所述絕熱層外表面溫度計算值與設定值滿足第一預定精度時，確定所述管線絕熱層外表面溫度，以獲得注汽鍋爐出口至注汽井口蒸汽的熱損失。作為一種優選的實施方式，采用如下的計算公式計算單位長度地面管線中的熱損失：上式中，q為單位時間內，單位長度地面管線中中的熱損失，單位千卡/(小時·米)；Ts為蒸汽溫度，單位攝氏度；Ta為環境溫度，單位攝氏度；R為單位長度地面管線中的總熱阻值，單位(米·小時·攝氏度)/千卡；通過所述計算步長的數值與所述單位長度地面管線中的熱損失的乘積，確定所述地面管線中的熱損失。作為一種優選的實施方式，所述計算地面管線總熱阻包括：地面管線的總熱阻R，根據下述公式進行計算：上式中，R為地面管線總熱阻值，R1為地面管線內蒸汽與液膜層對流換熱的熱阻值，R2為地面管線內蒸汽與污垢層對流換熱的熱阻值，R3為管壁的熱傳導的熱阻值，R4為絕熱層熱傳導的熱阻值，R5為地面管線對空氣的強迫對流換熱的熱阻值，單位均為(米·小時·攝氏度)/千卡；hf為液膜層對流換熱系數，hp為污垢層對流換熱系數，hfc為絕熱層外表面上強迫對流熱系數，單位均為千卡/(平方米·小時·攝氏度)；λp為地面管線的導熱系數，千卡/(米·小時·攝氏度)；ri為地面管線內半徑，ro為地面管線外半徑，rins為絕熱層外半徑，單位均為米；其中，地面管線對空氣的強迫對流換熱包括絕熱層外表面至大氣的對流換熱和管外壁至大氣的輻射換熱；所述絕熱層外表面至大氣的對流換熱系數hfc'，其計算公式如下：上式中，λa為空氣的導熱系數，單位千卡/(米·小時·攝氏度)；Re為雷諾數，通過下式計算得到：Re＝νaDs/υa上式中，νa為風速，單位米/秒；υa為空氣的運動粘度，單位平方米/秒；Ds為絕熱層外徑，單位米；其中C，n根據Re按照預定規則進行選取；管外壁至大氣的輻射換熱系數hfc"，其計算公式如下：上式中，ε為管壁外黑度，無因次量；Ta為空氣平均溫度，單位攝氏度；Tw為絕熱層外壁溫度，單位攝氏度。作為一種優選的實施方式，采用如下的計算公式計算絕熱層外表面溫度：上式中，hf為液膜層對流換熱系數，hp為污垢層對流換熱系數，λp為地面管線的導熱系數，千卡/(米·小時·攝氏度)；ri為地面管線內半徑，ro為地面管線外半徑，rins為絕熱層外半徑，單位均為米；q為單位時間內，單位長度地面管線中中的熱損失，單位千卡/(小時·米)；Ts為蒸汽溫度，單位攝氏度；Tw為絕熱層外壁溫度，單位攝氏度。作為一種優選的實施方式，所述根據能量平衡定律計算干度步驟包括：建立如下能量控制方程：將注汽井口蒸汽干度x|z＝L＝xu作為初始條件，求解上述方程，得到注汽鍋爐出口的蒸汽干度計算表達式從而，鍋爐出口的蒸汽干度計算公式為：上式中，q為單位時間單位長度地面管線中蒸汽的熱損失，單位千卡/(小時·米)；z為計算位置與鍋爐出口的距離，單位米；G為飽和蒸汽質量流量，單位千克/小時；Lv為汽化潛熱，千卡/千克；xu為注汽井口(地面管線末端)蒸汽干度，無量綱；上述汽化潛熱Lv為干飽和蒸汽的熱焓與飽和水的熱焓之差，其計算公式為：Lv＝273×(374.15-T)0.38＝hg-hl；hl為飽和水的熱焓，單位kcal/kg，其計算公式為：hl為飽和水的熱焓，單位千卡/千克；其計算公式為：hg＝12500+1.88T-3.7×10-6T3.2上式中，T為蒸汽溫度，單位攝氏度。為達到上述目的，本發明還提供一種注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數的計算方法，包括：獲取計算參數，所述計算參數包括：注汽井口蒸汽壓力、溫度、干度，注汽速率，地面管線參數，地面管線外環境參數，計算步長；根據所述計算參數，計算注汽鍋爐出口至注汽井口蒸汽的熱損失量；根據所述計算參數，通過動量守恒定律建立地面管線中蒸汽壓降梯度的控制方程，確定地面管線任意位置蒸汽溫度和壓力；根據所述計算步長在所述地面管線長度上劃分管線微元段，并建立能量控制方程，以所述注汽井口干度作為初始條件，通過相互耦合的熱損失、壓力、干度迭代計算，確定注汽鍋爐出口處蒸汽的干度。作為一種優選的實施方式，取鍋爐出口為坐標原點，蒸汽沿管線流動方向為Z軸方向，根據動量守恒原理，建立地面管線中蒸汽壓降梯度的控制方程：根據所述控制方程，運用數值方法將整個地面管線分成若干計算步長，每一個計算步長長度為△z，在每一段內對上式進行積分；令vm＝(vout+vin)/2獲得確定地面管線任意位置蒸汽壓力的計算公式：上式中，pin為地面管線的每個計算步長的入口處的蒸汽壓力，單位兆帕；pout為地面管線的每個計算步長的出口處的蒸汽壓力，單位兆帕；fm為濕蒸汽流體的摩擦阻力系數，無量綱；ρm為濕蒸汽流體的密度，單位千克/立方米；νm為濕蒸汽流體的平均速度，單位米/秒；vin為地面管線的每個計算步長的入口處的蒸汽速度，單位米/秒；vout為地面管線的每個計算步長的出口處的蒸汽速度，單位米/秒；g為重力加速度，單位米/平方秒；ri為輸氣管線內徑，單位米；A為流動截面積，單位平方米；G為濕蒸汽流體的質量流量，單位千克/秒；所述ρm飽和濕蒸汽的平均密度計算公式如下：ρm＝Hgρg+(1-Hg)ρl上式中ρl為飽和水的密度，其與蒸汽溫度T的關系式如下：ρl＝0.9967-4.615×10-5T-3.063×10-6T2上式中ρg為飽和蒸汽的密度，其計算公式如下：ρg＝5.9×10-4+3.2×10-4(T/100)4.5上式中，T為蒸汽溫度，單位攝氏度；p為蒸汽壓力，單位兆帕；上式中fm為濕蒸汽的摩擦阻力系數，其根據平均壓力和平均溫度下飽和濕蒸汽的雷諾數Re確定；Hg為飽和蒸汽的體積含汽率，其計算公式如下：上式中，x為蒸汽干度，無因次量；ρg為飽和蒸汽的密度，單位千克/立方米；ρl為飽和水的密度，單位千克/立方米。作為一種優選的實施方式，地面管線內蒸汽為飽和濕蒸汽，計算地面管線任意位置蒸汽溫度的公式為：Tin＝195.94pin0.225-17.8上式中，Tin為地面管線的每個計算步長的入口處的蒸汽溫度，單位攝氏度；pin為地面管線的每個計算步長的入口處的蒸汽壓力，單位兆帕。作為一種優選的實施方式，所述確定注汽鍋爐出口處蒸汽的干度包括以下步驟：設定所述管線微元段上的預設干度降；根據能量平衡定律計算干度，反復迭代，當所述管線微元段干度降計算值與設定值之間滿足第二預定精度時，確定所述管線微元段的干度降；循環計算至整個地面管線，確定注汽鍋爐出口處蒸汽的干度。作為一種優選的實施方式，所述根據能量平衡定律計算干度步驟包括：建立如下能量控制方程：將注汽井口蒸汽干度x|z＝L＝xu作為初始條件，求解上述方程，得到地面管線任意位置蒸汽干度計算表達式其中：C1＝G(hg-hl)從而，鍋爐出口蒸汽干度計算公式為：上式中，hg為飽和蒸汽的焓，單位千卡/千克；hl為飽和水的焓，單位千卡/千克；x為蒸汽干度，無因次量；g為重力加速度，單位米/平方秒；G為注汽井口蒸汽排量，單位千克/小時；q為單位時間內，單位管線長度熱損失，單位千卡/(小時·米)；ρm為飽和濕蒸汽密度，單位千克/立方米；A為管線橫截面積，單位平方米；θ為管線傾角，單位度；所述ρm飽和濕蒸汽的平均密度計算公式如下：ρm＝Hgρg+(1-Hg)ρl上式中ρl為飽和水的密度，其與蒸汽溫度T的關系式如下：ρl＝0.9967-4.615×10-5T-3.063×10-6T2上式中ρg為飽和蒸汽的密度，其計算公式如下：ρg＝5.9×10-4+3.2×10-4(T/100)4.5上式中，T為蒸汽溫度，單位攝氏度；p為蒸汽壓力，單位兆帕；Hg為飽和蒸汽的體積含汽率，其計算公式如下：上式中，x為蒸汽干度，無因次量；ρg為飽和蒸汽的密度，單位千克/立方米；ρl為飽和水的密度，單位千克/立方米。為達到上述目的，本發明還提供一種地面注汽管線內蒸汽熱力參數計算裝置，包括：參數獲取模塊，用于獲取計算參數，所述計算參數包括：注汽井口蒸汽壓力、溫度、干度，地面管線參數，地面管線外環境參數；熱損失確定模塊，用于根據所述計算參數，迭代計算注汽鍋爐出口至注汽井口蒸汽的熱損失量；干度確定模塊，用于在忽略地面管線內壓力、重力變化的條件下根據能量平衡定律建立能量控制方程，確定注汽鍋爐出口處蒸汽的干度。為達到上述目的，本發明還提供一種地面注汽管線內蒸汽熱力參數計算裝置，包括：參數獲取模塊，用于獲取計算參數，所述計算參數包括：注汽井口蒸汽壓力、溫度、干度，注汽速率，地面管線參數，地面管線外環境參數，計算步長；熱損失確定模塊，用于根據所述計算參數，迭代計算注汽鍋爐出口至注汽井口蒸汽的熱損失量；壓力溫度確定模塊，用于根據所述計算參數，通過動量守恒定律建立地面管線中蒸汽壓降梯度的控制方程，確定地面管線任意位置蒸汽溫度和壓力；干度確定模塊，用于根據所述計算步長在所述地面管線長度上劃分管線微元段，并建立能量控制方程，以所述注汽井口干度作為初始條件，通過相互耦合的熱損失、壓力、干度迭代計算，確定注汽鍋爐出口處蒸汽的干度。本發明的特點和優點是：本發明所述注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數的計算方法，通過獲取注汽井口蒸汽壓力、溫度、干度，將所述地面管線內蒸汽壓力進行數值分析，建立蒸汽沿著地面管線壓力方程，確定蒸汽沿著地面管線任意點的壓力，從而確定注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數，從而為鍋爐蒸汽注入參數設計提供可靠依據。進一步的，由于所述熱損失、干度的計算是基于溫度的函數，本發明所述注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數中依托上述獲得的準確的溫度，根據能量平衡定律，建立能量控制方程，通過循環計算求解地面管線上注汽鍋爐出口的蒸汽的熱損失和干度值，故，本申請所獲得的注汽鍋爐出口的蒸汽的熱損失和干度值精度也較高。參照后文的說明和附圖，詳細公開了本發明的特定實施方式，指明了本發明的原理可以被采用的方式。應該理解，本發明的實施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權利要求的精神和條款的范圍內，本發明的實施方式包括許多改變、修改和等同。針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。應該強調，術語“包括/包含”在本文使用時指特征、整件、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、整件、步驟或組件的存在或附加。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發明實施例中一種注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數的計算方法的步驟圖；圖2是本發明實施例中一種注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數的計算方法的步驟圖；圖3是本發明實施例中一種地面注汽管線結構示意圖；圖4是本發明實施例中一種注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數的計算裝置的示意圖；圖5是本發明實施例中一種注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數的計算裝置的示意圖。具體實施方式為了使本
技術領域：
的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。需要說明的是，當元件被稱為“設置于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施方式。除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的
技術領域：
的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發明。本文所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。請參閱圖1，為本發明實施例中一種地面注汽管線內蒸汽熱力參數計算方法的步驟圖。本發明所述一種注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數的計算方法，包括如下步驟：S10、獲取計算參數，所述計算參數包括：注汽井口蒸汽壓力、溫度、干度，地面管線參數，地面管線外環境參數；S12、根據所述計算參數，迭代計算注汽鍋爐出口至注汽井口蒸汽的熱損失量；S14、在忽略地面管線內壓力、重力變化的條件下根據能量平衡定律建立能量控制方程，確定注汽鍋爐出口處蒸汽的干度。具體的，所述根據所述計算參數，迭代計算注汽鍋爐出口至注汽井口蒸汽的熱損失量(步驟S12)包括：首先，設定所述管線上的預設絕熱層外表面溫度；在本實施方式中，在設定所述管線上的預設絕熱層外表面溫度時，可以根據注汽井口測得的蒸汽的溫度值來進行設定，例如注汽井口蒸汽的溫度為300攝氏度，則可以設定絕熱層外表面溫度為低于注汽井口蒸汽溫度的某一數值，例如可以為200攝氏度，以利于減少迭代的次數。再通過所述預設絕熱層外表面溫度計算所述管線總熱阻，請參閱圖3，地面管線由外之內分別可為氣膜層、絕熱層、管壁、污垢層、液膜層；其中，根據下述公式進行計算地面管線的總熱阻R：上式中，R為地面管線總熱阻值，R1為地面管線內蒸汽與液膜層對流換熱的熱阻值，R2為地面管線內蒸汽與污垢層對流換熱的熱阻值，R3為管壁的熱傳導的熱阻值，R4為絕熱層熱傳導的熱阻值，R5為地面管線對空氣的強迫對流換熱的熱阻值，單位均為(米·小時·攝氏度)/千卡；hf為液膜層對流換熱系數，hp為污垢層對流換熱系數，hfc為絕熱層外表面上強迫對流熱系數，單位均為千卡/(平方米·小時·攝氏度)；λp為地面管線的導熱系數，千卡/(米·小時·攝氏度)；ri為地面管線內半徑，ro為地面管線外半徑，rins為絕熱層外半徑，單位均為米。當然，當地面管線的結構不同時，對應的其地面管線總熱阻值R也可作適應性的改變，此處不再贅述。在本實施方式中，地面管線對空氣的強迫對流換熱包括絕熱層外表面至大氣的對流換熱和管外壁至大氣的輻射換熱；具體的：所述絕熱層外表面至大氣的對流換熱系數hfc'，其計算公式如下：上式中，λa為空氣的導熱系數，單位千卡/(米·小時·攝氏度)；Re為雷諾數，通過下式計算得到：Re＝νaDs/υa上式中，νa為風速，單位米/秒；υa為空氣的運動粘度，單位平方米/秒；Ds為絕熱層外徑，單位米；其中C，n根據Re按照預定規則進行選取。在本實施方式中，所述參數C，n可根據Re按照表1進行選取。表1Re5-8080-5×1035×103-5×104>5×104C0.810.6250.1970.023n0.400.460.60.8在本實施方式中，管外壁至大氣的輻射換熱系數hfc"，其計算公式如下：上式中，ε為管壁外黑度，無因次量；Ta為空氣平均溫度，單位攝氏度；Tw為絕熱層外壁溫度，單位攝氏度。在本實施方式中，可以先通過預設絕熱層外表面溫度利用上述公式計算管外壁至大氣的輻射換熱系數hfc"，再通過管外壁至大氣的輻射換熱系數hfc"計算出地面管線的總熱阻R。然后，通過所述管線總熱阻R計算管線輸氣沿程熱損失q；其中，可以采用如下的計算公式計算單位長度地面管線中的熱損失q：上式中，q為單位時間內，單位長度地面管線中的熱損失，單位千卡/(小時·米)；Ts為蒸汽溫度，單位攝氏度；Ta為環境溫度，單位攝氏度；R為單位長度地面管線中的總熱阻值，單位(米·小時·攝氏度)/千卡。在本實施方式中，根據上述計算出的管線輸氣沿程熱損失q，再采用如下的計算公式計算絕熱層外表面溫度的計算值：上式中，hf為液膜層對流換熱系數，hp為污垢層對流換熱系數，λp為地面管線的導熱系數，千卡/(米·小時·攝氏度)；ri為地面管線內半徑，ro為地面管線外半徑，rins為絕熱層外半徑，單位均為米；q為單位時間內，單位長度地面管線中中的熱損失，單位千卡/(小時·米)；Ts為蒸汽溫度，單位攝氏度；Tw為絕熱層外壁溫度，單位攝氏度。最后反復迭代，當所述絕熱層外表面溫度計算值與設定值滿足第一預定精度時，確定所述管線絕熱層外表面溫度，以獲得注汽鍋爐出口至注汽井口蒸汽的熱損失。在本實施方式中，所述第一預定精度可根據實際精度要求進行設定，所述第一預定精度設定的值越小，相對來說，獲得的絕熱層外表面溫度越精確，相應地，獲得的所述管線的熱損失的精度也越高。綜上所述，所述反復迭代的過程具體的包括：通過設定絕熱層外表面溫度，獲得相應的總熱阻，通過所述總熱阻獲得相應的熱損失，通過所述獲得的熱損失獲得所述絕熱層外表面溫度計算值。在本實施方式中，所述忽略地面管線內壓力、重力變化的條件下根據能量平衡定律建立能量控制方程，確定注汽鍋爐出口處蒸汽的干度(步驟S13)包括：由于不考慮地面管線壓力、重力變化，所以可以忽略飽和蒸汽動能、位能的改變。因此根據能量平衡定律建立如下能量控制方程：由于h＝hgx+hl(1-x)＝Lvx+hl所以將注汽井口蒸汽干度x|z＝L＝xu作為初始條件，求解上述方程，得到注汽鍋爐出口的蒸汽干度計算表達式上式中，q為單位時間單位長度地面管線中蒸汽的熱損失，單位千卡/(小時·米)；z為計算位置與鍋爐出口的距離，單位米；G為飽和蒸汽質量流量，單位千克/小時；Lv為汽化潛熱，千卡/千克；xu為注汽井口(地面管線末端)蒸汽干度，無量綱。其中，z＝0時獲得鍋爐出口蒸汽干度計算公式為：上述汽化潛熱Lv為干飽和蒸汽的熱焓與飽和水的熱焓之差，單位千卡/千克；在本實施方式中，汽化潛熱Lv的計算公式為：Lv＝273×(374.15-T)0.38＝hg-hl；hl為飽和水的熱焓，單位千卡/千克，其計算公式為：hl為飽和水的熱焓，單位千卡/千克；其計算公式為：hg＝12500+1.88T-3.7×10-6T3.2上式中，T為蒸汽溫度，單位攝氏度。請參閱圖2，為本發明實施例中一種注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數的計算方法的步驟圖，本發明所述地面注汽管線內蒸汽熱力參數計算方法包括如下步驟：步驟S20、獲取計算參數，所述計算參數包括：注汽井口蒸汽壓力、溫度、干度，注汽速率，地面管線參數，地面管線外環境參數，計算步長。在本步驟中，所述地面管線參數包括：地面管線外徑、內徑、長度、外壁黑度、導熱系數、絕熱層厚度、保溫材料導熱系數。所述地面管線外環境參數包括：空氣導熱系數、風速、空氣運動粘度、環境溫度。另外，所述計算參數還可以包括：注汽井口蒸汽排量。步驟S22、根據所述計算參數，迭代計算注汽鍋爐出口至注汽井口蒸汽的熱損失量；在本步驟中，首先，設定所述管線上的預設絕熱層外表面溫度；在本實施方式中，在設定所述管線上的預設絕熱層外表面溫度時，可以根據注汽井口測得的蒸汽的溫度值來進行設定，例如注汽井口蒸汽的溫度為300攝氏度，則可以設定絕熱層外表面溫度為低于注汽井口蒸汽溫度的某一數值，例如可以為200攝氏度，以利于減少迭代的次數。再通過所述預設絕熱層外表面溫度計算所述管線總熱阻，請參閱圖3，地面管線由外之內分別可為氣膜層、絕熱層、管壁、污垢層、液膜層；其中，根據下述公式進行計算地面管線的總熱阻R：上式中，R為地面管線總熱阻值，R1為地面管線內蒸汽與液膜層對流換熱的熱阻值，R2為地面管線內蒸汽與污垢層對流換熱的熱阻值，R3為管壁的熱傳導的熱阻值，R4為絕熱層熱傳導的熱阻值，R5為地面管線對空氣的強迫對流換熱的熱阻值，單位均為(米·小時·攝氏度)/千卡；hf為液膜層對流換熱系數，hp為污垢層對流換熱系數，hfc為絕熱層外表面上強迫對流熱系數，單位均為千卡/(平方米·小時·攝氏度)；λp為地面管線的導熱系數，千卡/(米·小時·攝氏度)；ri為地面管線內半徑，ro為地面管線外半徑，rins為絕熱層外半徑，單位均為米。當然，當地面管線的結構不同時，對應的其地面管線總熱阻值R也可作適應性的改變，此處不再贅述。在本實施方式中，地面管線對空氣的強迫對流換熱包括絕熱層外表面至大氣的對流換熱和管外壁至大氣的輻射換熱；具體的：所述絕熱層外表面至大氣的對流換熱系數hfc'，其計算公式如下：上式中，λa為空氣的導熱系數，單位千卡/(米·小時·攝氏度)；Re為雷諾數，通過下式計算得到：Re＝νaDs/υa上式中，νa為風速，單位米/秒；υa為空氣的運動粘度，單位平方米/秒；Ds為絕熱層外徑，單位米；其中C，n根據Re按照預定規則進行選取。在本實施方式中，所述參數C，n可根據Re按照表1進行選取。表1Re5-8080-5×1035×103-5×104>5×104C0.810.6250.1970.023n0.400.460.60.8在本實施方式中，管外壁至大氣的輻射換熱系數hfc"，其計算公式如下：上式中，ε為管壁外黑度，無因次量；Ta為空氣平均溫度，單位攝氏度；Tw為絕熱層外壁溫度，單位攝氏度。在本實施方式中，可以先通過預設絕熱層外表面溫度利用上述公式計算管外壁至大氣的輻射換熱系數hfc"，再通過管外壁至大氣的輻射換熱系數hfc"計算出地面管線的總熱阻R。然后，通過所述管線總熱阻R計算管線沿程熱損失q；其中，可以采用如下的計算公式計算單位長度地面管線中的熱損失q：上式中，q為單位時間內，單位長度地面管線中中的熱損失，單位千卡/(小時·米)；Ts為蒸汽溫度，單位攝氏度；Ta為環境溫度，單位攝氏度；R為單位長度地面管線中的總熱阻值，單位(米·小時·攝氏度)/千卡。在本實施方式中，根據上述計算出的管線沿程熱損失q，再采用如下的計算公式計算絕熱層外表面溫度的計算值：上式中，hf為液膜層對流換熱系數，hp為污垢層對流換熱系數，λp為地面管線的導熱系數，千卡/(米·小時·攝氏度)；ri為地面管線內半徑，ro為地面管線外半徑，rins為絕熱層外半徑，單位均為米；q為單位時間內，單位長度地面管線中中的熱損失，單位千卡/(小時·米)；Ts為蒸汽溫度，單位攝氏度；Tw為絕熱層外壁溫度，單位攝氏度。最后反復迭代，當所述絕熱層外表面溫度計算值與設定值滿足第一預定精度時，確定所述管線絕熱層外表面溫度，以獲得注汽鍋爐出口至注汽井口蒸汽的熱損失量。在本實施方式中，所述第一預定精度可根據實際精度要求進行設定，所述第一預定精度設定的值越小，相對來說，獲得的絕熱層外表面溫度越精確，相應地，獲得的所述管線的熱損失的精度也越高。綜上所述，所述反復迭代的過程具體的包括：通過設定絕熱層外表面溫度，獲得相應的總熱阻，通過所述總熱阻獲得相應的熱損失，通過所述獲得的熱損失獲得所述絕熱層外表面溫度計算值。步驟S24、根據所述計算參數，通過動量守恒定律建立地面管線中蒸汽壓降梯度的控制方程，確定地面管線任意位置蒸汽溫度和壓力；在本步驟中，為了建立蒸汽在地面管線內流動的數學模型，做如下假設：①、注汽井口蒸汽參數(注汽速率、壓力、溫度及干度)保持不變；②、蒸汽在地面管線內的流動為一維穩定流動。在理想情況下，蒸汽和水均勻混合，流速相同，可以把汽水混合物看成是均勻流體。基于上述假設，取鍋爐出口為坐標原點，蒸汽沿管線流動方向為Z軸方向，根據動量守恒原理，建立地面管線中蒸汽壓降梯度的控制方程：根據所述控制方程，運用數值方法將整個地面管線分成若干計算步長，每一個計算步長長度為△z，在每一段內對上式進行積分；在預測沿整個地面管線的壓力分布時，運用數值方法將整個地面管線分成若干段，每一段長度為△z，在每一段內對上式進行積分。由于所以令vm＝(vout+vin)/2則有從而，獲得確定地面管線任意位置蒸汽壓力的計算公式：上式中，pin為地面管線的每個計算步長的入口處的蒸汽壓力，單位兆帕；pout為地面管線的每個計算步長的出口處的蒸汽壓力，單位兆帕；fm為濕蒸汽流體的摩擦阻力系數，無量綱；ρm為濕蒸汽流體的密度，單位千克/立方米；νm為濕蒸汽流體的平均速度，單位米/秒；vin為地面管線的每個計算步長的入口處的蒸汽速度，單位米/秒；vout為地面管線的每個計算步長的出口處的蒸汽速度，單位米/秒；g為重力加速度，單位米/平方秒；ri為輸氣管線內徑，單位米；A為流動截面積，單位平方米；G為濕蒸汽流體的質量流量，單位千克/秒。所述ρm飽和濕蒸汽的平均密度計算公式如下：ρm＝Hgρg+(1-Hg)ρl上式中ρl為飽和水的密度，其與蒸汽溫度T的關系式如下：ρl＝0.9967-4.615×10-5T-3.063×10-6T2上式中ρg為飽和蒸汽的密度，其計算公式如下：ρg＝5.9×10-4+3.2×10-4(T/100)4.5上式中，T為蒸汽溫度，單位攝氏度；p為蒸汽壓力，單位兆帕；上式中fm為濕蒸汽的摩擦阻力系數，其根據平均壓力和平均溫度下飽和濕蒸汽的雷諾數Re確定。其中，摩擦阻力系數fm的計算方式有多種，本實施方式并不作具體限制。具體的，摩擦阻力系數fm的計算可以采用Orkiszewski方法，霧流摩擦系數可根據氣體雷諾數(Re)g和液膜相對粗糙度進行計算，具體公式如下上式中，D為輸氣管線直徑，單位米；vsg為氣體表觀流速，vsg＝Qg/A，單位為米/秒。實驗表明，霧流時液膜相對粗糙度在0.001～0.5之間，具體數值需要根據Nw用下面公式計算：上式中，σ為平均溫度、平均壓力下液膜的表面張力，單位牛頓/米。當Nw≤0.005時，有：當Nw>0.005時，有：μg＝(0.36T+88.37)×10-4上式中，μg為飽和蒸汽粘度，米帕斯卡·秒；μl為飽和蒸水粘度，米帕斯卡·秒；T為蒸汽溫度，單位攝氏度。在本實施方式中，Hg為飽和蒸汽的體積含汽率，其計算公式如下：上式中，x為蒸汽干度，無因次量；ρg為飽和蒸汽的密度，單位千克/立方米；ρl為飽和水的密度，單位千克/立方米。在本實施方式中，地面管線內蒸汽為飽和濕蒸汽，計算地面管線任意位置蒸汽溫度的公式為：Tin＝195.94pin0.225-17.8上式中，Tin為地面管線的每個計算步長的入口處的蒸汽溫度，單位攝氏度；pin為地面管線的每個計算步長的入口處的蒸汽壓力，單位兆帕。步驟S26、根據所述計算步長在所述地面管線長度上劃分管線微元段，并建立能量控制方程，以所述注汽井口干度作為初始條件，通過相互耦合的熱損失、壓力、干度迭代計算，確定注汽鍋爐出口處蒸汽的干度。由于地面管線的熱損失導致飽和蒸汽能量(包括位能和內能)的降低，從而導致蒸汽干度的降低，同時由于管線中壓力的變化，導致飽和蒸汽動能的改變。從而，根據能量平衡定律，建立如下能量控制方程：將注汽井口蒸汽干度x|z＝L＝xu作為初始條件，求解上述方程，得到地面管線任意位置蒸汽干度計算表達式其中：C1＝G(hg-hl)上式中，hg為飽和蒸汽的焓，單位千卡/千克；hl為飽和水的焓，單位千卡/千克；x為蒸汽干度，無因次量；g為重力加速度，單位米/平方秒；G為注汽井口蒸汽排量，單位千克/小時；q為單位時間內，單位管線長度熱損失，單位千卡/(小時·米)；ρm為飽和濕蒸汽密度，單位千克/立方米；A為管線橫截面積，單位平方米；θ為管線傾角，單位度。其中，z＝0時獲得鍋爐出口蒸汽干度計算公式為：所述ρm飽和濕蒸汽的平均密度計算公式如下：ρm＝Hgρg+(1-Hg)ρl上式中ρl為飽和水的密度，其與蒸汽溫度T的關系式如下：ρl＝0.9967-4.615×10-5T-3.063×10-6T2上式中ρg為飽和蒸汽的密度，其計算公式如下：ρg＝5.9×10-4+3.2×10-4(T/100)4.5上式中，T為蒸汽溫度，單位攝氏度；p為蒸汽壓力，單位兆帕；Hg為飽和蒸汽的體積含汽率，其計算公式如下：上式中，x為蒸汽干度，無因次量；ρg為飽和蒸汽的密度，單位千克/立方米；ρl為飽和水的密度，單位千克/立方米。具體的，在步驟S26中，所述確定注汽鍋爐出口處蒸汽的干度包括以下步驟：S260、設定所述管線微元段上的預設干度降；在設定所述管線微元段上的干度降時，可以根據經驗值進行設定，以利于減少迭代的次數。例如，經過統計獲得干度在預定步長內降低的范圍，所述干度降可選擇在所述統計獲得的范圍內的某一數值。具體的，例如，經過統計干度百米內降低0.014至0.18之間，所述干度降可設定為0.015。S262、根據能量平衡定律計算干度，反復迭代，當所述管線微元段干度降計算值與設定值之間滿足第二預定精度時，確定所述管線微元段的干度降；所述第二預定精度可根據實際精度要求進行設定，所述第二預定精度設定的值越小，相對來說，獲得的所述管線微元段的干度降越精確。S263、循環計算至整個地面管線，確定注汽鍋爐出口處蒸汽的干度。在本實施方式中，循環計算至整個地面管線，具體可以從鍋爐出口的第一管線微元段，依次向井口方向選取，循環計算，直至井口。綜上所述，按照如下步驟計算鍋爐出口的蒸汽熱力參數：(1)以井口的蒸汽參數為計算起點(pi，xi，G)；(2)取地面管線一段長度△z，假設在△z長度內蒸汽的干度降△xi和壓力降△pi，則該段的平均干度xavi＝xi-△xi/2和平均壓力pavi＝pi-△pi/2，根據pavi查處相應的平均飽和溫度Tavi(Tavi＝195.94Pavi0.225-17.8)和其他物性參數ρl、ρg、μl、μg、Hg、Hl，為后面計算飽和濕蒸汽的平均密度ρm和摩擦阻力系數fm的計算做準備，根據動量守恒定律和理想氣體定律計算出△z長度上的壓力降△Pi’。將計算值△Pi’與假定值△pi比較，反復迭代，直到∣△Pi-△Pi’∣/△Pi<ε為止，得到該段的進口壓力pi+1和對應的飽和溫度Ti+1，作為下一△z的初值。同時計算飽和溫度Ti+1、飽和壓力pi+1下的焓值hli+1、hgi+1，為計算該段的蒸汽干度做準備。(3)假定地面管線外表面溫度Twi，利用公式計算hr、hc，從而計算出總熱阻和熱損失qi，再將熱損失qi代入地面管線管內到保溫層外壁傳熱計算公式，得到管線外表面溫度Twi’，反復迭代，直到∣Twi-Twi’∣/Twi<ε為止，最后求出熱損失qi。(4)由能量平衡方程計算蒸汽的干度xi，反復迭代，直到∣xi+1-(xi-△xi)∣/(xi-△xi)<ε，否則重復上述(2)-(4)計算步驟，并將計算得到的干度xi+1作為下一△z的初始干度值。(5)取下一△z，重復上述(2)-(5)計算步驟，直到整個地面管線計算完畢，得到管線任意位置pi、Ti、xi、qi(i＝0,1,…,N)，包括鍋爐出口處蒸汽參數。借由以上技術方案可以看出，本實施方式所述注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數的計算方法，通過獲取注汽井口蒸汽壓力、溫度、干度，將所述地面管線內蒸汽壓力進行數值分析，建立蒸汽沿著地面管線壓力方程，確定蒸汽沿著地面管線任意點的壓力，從而確定注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數，從而為鍋爐蒸汽注入參數設計提供可靠依據。進一步的，由于所述熱損失、干度的計算是基于溫度的函數，本發明所述注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數的計算裝置中依托上述獲得的準確的溫度，根據能量平衡定律，建立能量控制方程，通過循環計算求解地面管線上注汽鍋爐出口的蒸汽的熱損失和干度值，故，本申請所獲得的注汽鍋爐出口的蒸汽的熱損失和干度值精度也較高。請參閱圖4，一種地面注汽管線內蒸汽熱力參數的計算裝置，包括：參數獲取模塊20，用于獲取計算參數，所述計算參數包括：注汽井口蒸汽壓力、溫度、干度，地面管線參數，地面管線外環境參數；熱損失確定模塊22，用于根據所述計算參數，迭代計算注汽鍋爐出口至注汽井口蒸汽的熱損失量；干度確定模塊24，用于在忽略地面管線內壓力、重力變化的條件下根據能量平衡定律建立能量控制方程，確定注汽鍋爐出口處蒸汽的干度。請參閱圖5，一種地面注汽管線內蒸汽熱力參數的計算裝置，包括：參數獲取模塊20，用于獲取計算參數，所述計算參數包括：注汽井口蒸汽壓力、溫度、干度，注汽速率，地面管線參數，地面管線外環境參數，計算步長；熱損失確定模塊22，用于根據所述計算參數，迭代計算注汽鍋爐出口至注汽井口蒸汽的熱損失量；壓力溫度確定模塊24，用于根據所述計算參數，通過動量守恒定律建立地面管線中蒸汽壓降梯度的控制方程，確定地面管線任意位置蒸汽溫度和壓力；干度確定模塊26，用于根據所述計算步長在所述地面管線長度上劃分管線微元段，并建立能量控制方程，以所述注汽井口干度作為初始條件，通過相互耦合的熱損失、壓力、干度迭代計算，確定注汽鍋爐出口處蒸汽的干度。借由以上技術方案可以看出，本實施方式所述注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數的計算裝置，通過獲取注汽井口蒸汽壓力、溫度、干度，將所述地面管線內蒸汽壓力進行數值分析，建立蒸汽沿著地面管線壓力方程，確定蒸汽沿著地面管線任意點的壓力，從而確定注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數，從而為鍋爐蒸汽注入參數設計提供可靠依據。進一步的，由于所述熱損失、干度的計算是基于溫度的函數，本發明所述注汽鍋爐出口的蒸汽熱力參數的計算裝置中依托上述獲得的準確的溫度，根據能量平衡定律，建立能量控制方程，通過循環計算求解地面管線上注汽鍋爐出口的蒸汽的熱損失和干度值，故，本申請所獲得的注汽鍋爐出口的蒸汽的熱損失和干度值精度也較高。本文引用的任何數字值都包括從下限值到上限值之間以一個單位遞增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之間存在至少兩個單位的間隔即可。舉例來說，如果闡述了一個部件的數量或過程變量(例如溫度、壓力、時間等)的值是從1到90，優選從20到80，更優選從30到70，則目的是為了說明該說明書中也明確地列舉了諸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。對于小于1的值，適當地認為一個單位是0.0001、0.001、0.01、0.1。這些僅僅是想要明確表達的示例，可以認為在最低值和最高值之間列舉的數值的所有可能組合都是以類似方式在該說明書明確地闡述了的。除非另有說明，所有范圍都包括端點以及端點之間的所有數字。與范圍一起使用的“大約”或“近似”適合于該范圍的兩個端點。因而，“大約20到30”旨在覆蓋“大約20到大約30”，至少包括指明的端點。披露的所有文章和參考資料，包括專利申請和出版物，出于各種目的通過援引結合于此。描述組合的術語“基本由…構成”應該包括所確定的元件、成分、部件或步驟以及實質上沒有影響該組合的基本新穎特征的其他元件、成分、部件或步驟。使用術語“包含”或“包括”來描述這里的元件、成分、部件或步驟的組合也想到了基本由這些元件、成分、部件或步驟構成的實施方式。這里通過使用術語“可以”，旨在說明“可以”包括的所描述的任何屬性都是可選的。多個元件、成分、部件或步驟能夠由單個集成元件、成分、部件或步驟來提供。另選地，單個集成元件、成分、部件或步驟可以被分成分離的多個元件、成分、部件或步驟。用來描述元件、成分、部件或步驟的公開“一”或“一個”并不說為了排除其他的元件、成分、部件或步驟。應該理解，以上描述是為了進行圖示說明而不是為了進行限制。通過閱讀上述描述，在所提供的示例之外的許多實施方式和許多應用對本領域技術人員來說都將是顯而易見的。因此，本教導的范圍不應該參照上述描述來確定，而是應該參照所附權利要求以及這些權利要求所擁有的等價物的全部范圍來確定。出于全面之目的，所有文章和參考包括專利申請和公告的公開都通過參考結合在本文中。在前述權利要求中省略這里公開的主題的任何方面并不是為了放棄該主體內容，也不應該認為發明人沒有將該主題考慮為所公開的發明主題的一部分。當前第1頁1 2 3