[發明專利]一種基于管網輸送路徑的蒸汽優化計算方法及系統

在審

• 申請號: 202011012525.9
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112035991A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 王大濱;胡堃
• 申請（專利權）人: 中冶賽迪技術研究中心有限公司
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F111/02;G06F113/08;G06F113/14;G06F119/14
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發明涉及一種基于管網輸送路徑的蒸汽優化計算方法及系統，屬于自動化領域。該方法包括：首先通過將蒸汽管網的物理信息用拓撲圖的形式展示出來，再通過管道和節點之間的連接方式將管網信息用矩陣的形式表示出來。在管網連接矩陣中，用基于實際流體流動的方法快速而準確地找到氣源點到用戶點之間的所有輸送路徑。最后結合每個路徑中的阻力損失系數計算出該路徑的流量，并通過傳熱計算得到每條管道的冷凝損耗。結合蒸汽使用帶來的效益和蒸汽冷凝帶來的損失，通過調節不同蒸汽源和用戶處的蒸汽量，來使得蒸汽利用的收益達到最大。此方法可以更加快速而準確地計算出能源介質氣源點與用戶點之間的每條輸送路徑及其損耗，為蒸汽優化調度提供數據支持。

技術領域

本發明屬于自動化領域，涉及一種基于管網輸送路徑的蒸汽優化計算方法及系統。

背景技術

蒸汽的利用離不開管網的輸送過程，而鋼鐵企業中的能源介質管網通常是一個多汽源、多用戶、長跨距的復雜管網。由于管網內部缺少計量，往往很難搞清楚流體在管網中的輸送過程和輸送路徑。尤其是蒸汽管網，蒸汽的輸送過程往往伴隨著大量的冷凝損失，不同的輸送路徑造成的冷凝損失也是不同的，這也使得蒸汽的優化調度變得十分困難。因此一種能快速且準確找到各個氣源與用戶之間流體輸送路徑的計算和以此為基礎的蒸汽優化方法及系統對鋼鐵企業能源管理和蒸汽優化十分重要。

現有技術是通過以管網某個構件為起點遍歷管網所有節點，再提取出全部不重合的路徑，從而找到路徑的辦法。現有遍歷的方法是對遍歷到構件自身時，則停止遍歷當前路徑，則路徑當中會存在很多重復且與實際流動不符合的路徑，需要再對路徑進一步篩選和剔除；在完成初步篩選和剔除后，還需要對每個路徑中的節點屬性：起點(Start)或終點(End)，進行進一步判斷，最終得到有效節點組成的有效路徑。這樣遍歷的方法往往會找到大量無效的路徑，不僅會浪費大量計算資源，也會使整個程序運行的時間變長。

下面結合具體圖例說明這種遍歷方法存在的不足點：

如圖1所示，在上述的一個蒸汽管網中，圓點代表蒸汽源點，方塊代表蒸汽用戶點，在通過遍歷的方式進行路徑尋找時可能會出現下述的幾種情況：

在圖2所示找到的路徑中從汽源點(Start)①再回到汽源點(Start)②，這樣的路徑其實是不存在的，因為蒸汽不可能進入汽源點。利用遍歷的方法可以通過判斷路徑中各節點屬性：起點(Start)和用戶點(End)來剔除這樣的無效路徑。但是遍歷尋找和判斷剔除的過程會耗費較多的運算時間。

另外一種情況，通過遍歷的方法可能找到如圖3所示的從節點①到節點的路徑，路徑中也滿足僅存在一個汽源點(Start)和一個用戶點(End)。如果用遍歷的方法尋找路徑，這是一條有效路徑，但在實際情況中，路徑中的箭頭可能和管道內的流體流動方向相反，從而導致這條路徑其實是不存在或者無效的。

現有的一些蒸汽管網計算方法中，也可以通過水力-熱力的耦合計算得到蒸汽管網中的冷凝水量，例如先構建關聯矩陣后，利用流量節點方程組以及管段流量和壓力降的關系，寫成流量與阻抗之間的導納矩陣，通過矩陣相乘然后解方程的辦法進行水力計算；再通過同樣的方法寫出管段流量和溫度降的關系，寫成流量與熱阻之間的導納矩陣，通過矩陣相乘然后解方程的辦法進行熱力計算；再不斷迭代上述過程，從而形成水力-熱力的耦合計算求得蒸汽冷凝水量，這樣的水力-熱力迭代耦合計算的運算量非常大，所需要耗費的計算時間也相對較長。

在蒸汽的優化調度過程中，需要不斷地調整蒸汽源和用戶點處的流量，如果每次調整后都需要進行水力-熱力迭代耦合計算，那么整個優化過程將會因為耗費大量計算資源和計算時間而變得十分困難，無法響應蒸汽管網的實時變化。

發明內容