PIPENET软件在工程项目中的应用案例

沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 1 PIPENET 软件在工程项目中的应用案例 PIPENET 软件是英国 SUNRISE 公司针对工程管网的设计和动态分析而开发的、专业的管网流体分析 系列软件，在国内、国际石油石化、化工、电力、海洋工程及造船等工程项目中已有广泛应用。 PIPENET 系列产品分为： 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 模块、消防模块、瞬态模块三个独立运行的模块，用户可以根据所要设 计的管网系统类型、以及所要模拟的工况选择相应的模块进行计算和仿真模拟。以下为三个模块的功能简介： 标准模块：PIPENET 标准模块用于工业管网稳态设计的数值计算及模拟仿真。其具体功能包括：管径 计算；泵、阀、孔板等设备选型；流场计算（系统各部件的压力、压损、流量、流速等）；异常工况（堵、 漏等）的模拟；系统优化等。 消防模块：PIPENET 消防模块用于消防管网稳态设计的数值计算及模拟仿真。其功用与标准模块大致 相同，但遵循与标准模块完全不同的消防规范（NFPA 美国消防规范、FOC 英联邦国家消防规范、GB 国标 消防规范），并符合上述规范对各行业消防系统设计的严格而特殊的各种强制性计算和布置要求，同时生成 国际通用的 NFPA 格式的消防计算书。 瞬态模块：用于工业管网和消防管网的动态分析、模拟仿真和数值计算。其具体功能包括：水击（汽锤） 分析、管道振动分析、动态力的数值计算、泵阀的启停设计、控制系统的动态响应模拟、关键设备（安全阀、 蓄能器、真空破坏阀、箱体等等）的选型和动态响应模拟等等，并提供数值计算报告、动态力的计算数值输 出、波形图的输出、编辑、比对等功能。 以下结合一些实际工程的应用案例，详细介绍 PIPENET 软件各模块的功能： １． 标准模块 1.1 化工厂塔顶吸气管道系统：优化设计 项目简介: 此项目业主为 BASF 中国,由国内一家化工设计院负责设计。设计完成后美国 BASF 总部要 求核算系统的吸气效果，该设计院不能提交计算报告，BASF 中国的项目负责人找到我单位，委托我单位计 算并优化系统。 管道系统原管径设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ： 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 2 管道系统原管径设计方案吸气量： 计算后发现 21 号管吸气量远低于其它管道的流量，该项目负责人要求将改管的管径调整为 DN150 后， 再行计算： 管道系统管径优化后的吸气量： 进行优化调整后，系统各管的吸气量基本能够满足设计要求。 该项目负责人表示：若不进行此项调整，如按原设计方案施工建造后，生产运行中系统将难免发生问 题，并且难以排查具体原因。 1.2 PX 装置安全阀后管道系统：分析与优化 项目简介: 此项目为国内一家化工设计院设计的 PTA 项目中 PX 装置的安全阀后排放管道系统。该项目 设计人员称：当安全阀起跳时，厂区噪音非常大、同时阀后排放管道震动剧烈。委托我单位分析原因并优化 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 3 系统。 该系统的流速要求：低于 200m/s 管道系统原管径设计方案以及流速计算结果： 经模拟计算发现：位于上图右侧上部的三根安全阀出口连接管的流速过高：达到 271m/s，远远超过 设计流速的要求 200m/s；并且下游的两个连接管的流速分别为 81m/s、162m/s 和 276m/s，流速非常不均 匀。经分析：管流流速高低不均是导致震动剧烈的原因之一，流速过高是噪音过大的主要原因，应当优化管 径，并重新校核计算。 系统优化后的管径以及流速计算结果： 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 4 1.3 小型冷却塔配水计算：管径计算与模拟优化 项目简介: 此项目为国内一家建筑工程设计院提供，该院主要从事电子工厂的厂房设计，据设计人员介 绍该类工厂通常装有小型的冷却水塔，需要对冷却水塔进行管径计算和配水分析，以下为设计人员提供的一 个小型塔配水分析的案例：（设计要求：每个出口喷嘴处的流量为 200m³/h） 管道系统布置方案： 管径计算结果： 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 5 配水计算结果： 优化后的管径及配水计算结果： 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 6 1.4 闭合式循环冷却水阻力平衡计算： 项目简介: 闭合式循环冷却水系统在石油石化、化工、海洋工程、船舶、电力等工程项目中广泛存在， 该类项目的主要特点是：系统阻力平衡不好调整，工程现场调试难度大、耗时长。为解决此类系统的调试模 拟问题，应诸多工程设计单位要求，我单位做了一个简单的项目例题详细描述 PIPENET 软件在闭合式循环 冷却水系统方面的模拟分析能力。 管道系统布置方案： 上图为该系统的平面布置图，管 1 与管 19 之间是水箱，图中有 1-9 个换热器，其中 1-3 号换热器的热 交换量为：300 KW 所需冷却水流量：300 m³/h 阻力为：3 barg; 4-6 号换热器的热交换量为 200 KW 所 需冷却水流量：200 m³/h 阻力为：2 barg; 7-9 号换热器的热交换量为：100KW 所需冷却水流量：100 m ³/h 阻力为：1 barg. 模拟分析步骤：首先，可以使用 PIPENET 标准模块进行管径计算，然后基于计算出的管径以及各换热 器所需的水量进行管径优化调整（如项目已经建造完毕，管径无法变更的话，可以通过孔板或节流阀进行阻 力平衡调整）。 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 7 管径计算： 流量计算： 管径优化结果： 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 8 加装孔板（节流阀）优化结果： 加装泵以后系统的流量分布： 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 9 ２． 消防模块 2.1 自动布管： PIPENET 消防模块是国际工程界普遍认可的消防系统水力计算软件，该软件具有自动布管功能: 选择 好系统所需的喷淋头后，根据所要保护的平面面积、罐体尺寸（包括球罐），软件可以依据相应的规范自动 实现布管功能，并显示喷淋强度。 平面自动布管与喷淋强度显示： 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 10 立罐自动布管与喷淋强度显示： 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 11 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 12 球罐自动布管与喷淋强度显示： 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 13 2.2 楼宇消防系统管网水力计算: 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 14 2.3 化工厂消防系统管网水力计算: 2.4 电厂消防系统管网水力计算: 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 15 2.5 钻井平台消防系统管网水力计算: 2.6 大型石油储备库管网水力计算: 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 16 ３． 瞬态模块 3.1 主蒸汽管汽锤分析 3.1.1 项目简介 • 火力发电厂主蒸汽系统 • 600MW 超临界机组 • 压力：242 bar-a（汽轮机旁压力） • 温度：569 C • 锅炉容量：1900tons/hr • 管道类型：P91 • 管道尺寸：420.7mmID579.7mmOD (主管参数) • 306.4mmID425.4mmOD（汽轮机或锅炉分支管） • 274.6mmID383.6mmOD（旁通阀分支管） • 主蒸汽阀：2257  bar/hr,m3 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 17 • 旁通阀： 132  bar/hr,m3 • 安全阀： 219  bar/hr,m3 3.1.2 设计目标 • 分析由于主蒸汽阀快关造成的动态力。 • 分析汽轮机跳闸后的蒸汽重新分配量。 • 计算结果可以用于应力分析软件, 比如 CAESAR II, 从而评估系统的安全性。 • 保护汽轮机、锅炉、旁路阀门、管道等。 • 优化支撑结构和阻尼器。 3.1.3 分析工况: 汽轮机关闭过程中旁通阀关闭 在该方案中，主蒸汽阀门在汽轮机关闭后 0.2 秒内快速关闭。旁通阀始终保持关闭，安全阀在短时间内 快速打开，以避免主蒸汽系统超压损害。如下图所示： 主蒸汽阀门入口压力与其开度的变化关系如下： 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 18 由上图可见，主蒸汽阀门关闭后，主蒸汽系统汽轮机位置处的最大压力达到了 280bar-g。 接下来分析一下安全阀的变化。 由上图分析可见，主蒸汽阀门关闭后，安全阀能够将锅炉位置处系统的最大压力控制在 275bar-g 以下。 安全阀完全打开，但最终保持 95%的开度。 动态力变化如下图： 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 19 本方案中，单位长度动态力最大值约为 4.3KN/m。 汽轮机关闭过程中旁通阀打开 在方案中，旁通阀始终保持关闭状态。如果旁通阀与安全阀一样能够卸压，其在汽轮机关闭后迅速打开， 有效泄放压力，并回收部分蒸汽。参数设置如下： 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 20 主蒸汽阀入口压力及其开度变化曲线如下图： 可见，主蒸汽阀门关闭后，汽轮机位置处系统的最大压力到达了 280bar-g。 下面看一下安全阀变化情况。如下图所示： 汽轮机关闭后，安全阀能够将锅炉出口位置处的压力限制在 275bar-g 以下。安全阀完全打开，最终保持 66%的开度。 旁通阀开度与通过流量变化情况如下图所示： 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 21 由上图可见，旁通阀完全打开后，通过流量约为 600tons/hr。在入口压力为 250bar-a 下，旁通阀的设计过 流量为 570tons/hr。但是，本方案中，汽轮机关闭后，旁通阀的实际入口压力达到了 272bar-a。 动态力的变化情况如下图： 本方案中，单位长度瞬态力最大值约为 4.3KN/m。 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 22 3.2 循环冷却水系统水锤分析 3.2.1 项目简介 • 中国核电厂的冷却水系统. • 海水直接进入冷却水系统. • 管材用碳钢管和混凝土管. • 冷却水泵:流体通流能力 2x100%, Qr = 27.6 m3/s, Hr = 18.5 m • 冷凝器: 两联箱, 单回程, N = 2x14367, ID = 21.225mm, L = 16.5 m • 虹吸井: A = 80 m2, H = 7 m • 碳钢管: DN2400 (泵房), DN2700 (主厂房） • 混凝土管: DN2700, DN3200 & DN3400 3.2.2 设计目标 • 分析由于泵的启停造成的水锤. • 分析减小水锤的措施. • 对真空破坏阀和虹吸井进行优化. 3.2.3 分析工况 1—主冷却泵的跳闸没有任何保护措施 • 主泵跳闸 10s 以后. • 同时出口蝶阀用两阶段关闭来减少水锤力. • 在开始的 10s 阀门迅速关到 15%.然后用 35s 将阀门完全关闭. 计算结果 1：最大压力为 17.51barg，并且系统的最小压力下降到汽化压力（-0.977barg）. 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 23 计算结果 2：泵倒转的最大速度达到 0.9 rev/sec. 即：大约是额定转速的 32%. 计算结果 3：在冷凝器的下游管道中水蒸气的汽化量能够增加到 50 立方米, 在这么大的空泡溃灭的时候 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 24 会产生危险的水锤. 计算结果 4：当泵关闭后虹吸井的液位降到 3.8m. 此时虹吸井有足够大的尺寸来阻止空气回流到系统中 去。 3.2.4 分析工况 2 — 使用真空破坏阀、关闭主冷却水泵。 在冷凝器上的出口安装的一组真空破坏阀 (DN150)，从而保护系统免受由于空泡溃灭造成的巨大水锤。 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 25 计算结果 1：最大压力下降到了 3.21barg. 计算结果 2：在冷凝器下游的管没有发生汽化. 冷凝器上游管的汽化量减少到了 2.6 立方米。 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 26 3.2.5 分析工况 3 —冷却水泵断电后在 6s 内重新开启 首先切断泵的电源，然后在 6s 内恢复 计算结果 1：最大压力是 3.26barg，并且未产生汽化 . 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 27 计算结果 2：未发生泵的反转和流体回流. 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 28 3.3 冷却塔管网水锤和喘振分析 该项目是位于我国广东省的一座大型乙烯厂的自备电厂项目，厂内有４座同规格的冷却水塔。 管道为 GRP 管，瞬态下压力波动的幅度不允许超过 1Barg,压强最高值不允许超过 8 Barg. 经模拟分析,阀门 240s 线性关闭,可以有效控制管道压强以及压力波动的幅度. 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 29 3.4 电厂供水系统动态分析: 管道系统末端抬升了 170 多米。 通过对系统的水柱拉断弥合水锤模拟分析,并对系统真空破坏阀的选型、安装位置、个数进行优化选型， 消除了系统存在的超压破坏风险。 同时 PIPENET 具有强大的组合控制元件，可模拟该类系统中的压力波动预止阀的动态响应： 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 30 3.5 消防主环网系统的动态分析 PIPENET 瞬态模块可模拟消防系统的冲水响应时间、空管冲水、空泡水锤、满水水锤等等各种操作动 作因素导致的系统超压，并帮助设计人员找到合理的解决方案。 3.6 化工厂冷却水系统事故成因分析： 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 31 沃山科技（北京）有限公司 WOSHANTECH 地址：北京市昌平区立汤路 186 号甲龙德紫金广场 4 号楼 601 室 邮编：102218 电话：010-81772308；84816136 传真：010-84816136 http://www.woshantech.com； E-mail: info@woshantech.com 32 项目简述： 该项目是位于迪拜的一个化工厂的冷却水系统，业主是卡塔尔石油，设计建造商为一家意大利的著名工 程公司。该系统一启泵就会导致系统某处破裂，并困扰了该工程公司三年一直没有得到彻底解决，无奈之下 只得将破裂处缠裹住运行. 应业主要求, 承包商委托 SUNRISE 公司分析事故原因. 模拟结构显示固定支架 定位不合理, 精确预见了破裂的部位. 为工程改进提供了理论依据. 至今没有再次破裂的报告. 下图为该系统的模型图：