LPS软件说明书.doc

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产品版本
密级
LPS-2009-02-08
V 1.0
公开
产品名称：管道水力、热力计算软件
共 49页

文 档 作 者： 史博会、唐玉龙
说明书 校对： 李晓平
产 品 经 理： 李晓平
日期： 2009/2/08

中国石油大学（北京）油气储运系多相流实验室
版权所有 不得复制

可修改
目 录
1引言 1
1.1 编写目的 1
1.2 参考数据 1
2软件概述 1
2.1 软件功能 1
2.2 软件运行 2
2.3 软件结构 3
3软件使用过程 3
3.1 进入软件 4
3.2 基础数据准备 4
3.3 管道物理建模 15
3.4 进行稳态计算 31
3.5 进行瞬态计算 34
3.6 生成报告 43
4软件使用技巧 46

1引言
1.1 编写目的
LPS（LPS Liquid Pipeline Simulator）软件说明书能够为软件的使用者提供一个详细的软件功能和使用方法介绍。为更好的使用本软件提供必要的技术信息。
1.2 参考数据
微软软件使用说明书参考
2软件概述
根据模拟的时间进程与实际管道系统的运行过程是否同步，管道仿真可分为离线仿真和在线仿真。本软件（LPS Liquid Pipeline Simulator）是离线仿真，其独立于管道系统的运行过程，只需预先给定系统的边界条件和初始条件，就可以连续地确定系统工况随时间的变化过程，而在模拟过程中不必再输人新的信息。因此，离线仿真最适合预测未来工况，利用其超前性可以对几种运行方案进行分析及调整，从而优选出较合适的运行方案或指出给定条件下有无可行方案。
此软件的主要功能：能完成对长距离输油管道的水力和热力稳态及瞬态模拟计算。
其主要的优点：通用性较强，使用灵活方便，计算时间短，占用内存空间小，可以用来准确地模拟分析各种管网系统的稳态和瞬态过程。
2.1 软件功能
本软件是管输工程技术人员对管道进行水力热力计算的必备软件。本软件计算结果准确，稳定，操作可靠，能有效减少模拟瓶颈进行最优模拟。具体用途如下：
（1）能够实现管线的物理建模，实现管道的数字化和抽象化。
（2）能够实现设备仿真，具体设备包括：离心泵、泄压阀、截断阀、油罐、单向阀、加热炉、调节阀等。
（3）能够实现水力和热力的耦合。
（4）能完成任何所需数据及数据变化曲线的报告输出，报告清晰合理，数据可按分类或者用户定义以报表方式输出。用户可以建立在可视化的管线模型上，将计算结果直接输出。
（8）能实现图形化的交互工作环境，建模容易。人机交互界面友好，易于使用。
（9）通过双击元件实现属性的设定。用户可十分方便设置元件及管道的运行状态，如阀、泵的开启和关闭，调节阀调节位失效等。
2.2 软件运行
该软件为绿色软件，直接拷贝到某个目录下即可，无需其他特殊设置。注意，报表功能需要用到MS Word。
目录结构：
└─安装目录/文件夹（用户自定义）
└─Bin（主文件夹）
├─Block（截断阀）
├─Check（单向阀）
├─Config（系统配置）
├─Database（数据库）
├─Docs（文档）
├─Environment（环境参数）
├─Heating（加热炉）
├─Liquid（流体信息）
├─Pipeline（管道模型）
├─Pump（泵信息）
├─Relief（泄压阀信息）
├─SQL（数据库操作脚本）
├─Steel（钢材信息）
├─Tank（油罐信息）
├─Temp（临时目录）
└─Valve（调节阀信息）
本系统所有用到的文件都放置在相应的目录/文件夹下。
(1)计算机系统硬件
此软件包对硬件要求并不高，只要是 PII上的计算机都可以正常使用，但是我们推荐您使用 P III以上的计算机，这样可以保证软件运行有足够的速度和可靠性。 256M以上内存，10G 以上硬盘。
(2)操作系统平台
此软件是在WindowsXP操作系统下制作的，但是目前流行的Windows2003、Windows2000、Windows98和Window97均能正常使用本软件。
(3)软件支持
此软件是用Delphi开发，其中报告输出需要有Microsoft Word支持，也可以采用更高版本的OFFICE软件来支持。
2.3 软件结构
本软件具有良好的结构。文件结构简明、清晰、有层次性；程序结构自然并且便于维护。良好的结构是本软件稳定运行和方便维护的重要保障。软件结构框架简图如下：

3软件使用过程
该软件可以完成稳态、瞬态水力计算。基本使用流程可以概括为：准备基础数据、建立管道模型、进行计算等三个步骤。
1）所谓准备基础数据包括：
l 编辑油品物性数据、钢材物性。
l 编辑各种设备的性能数据。
l 准备“站点-里程”、“高程-里程”、“地温-里程”、“总传热系数-里程”文件。
2）所谓建立管道模型就是建立“管道”文件（参见3.3）。
3）进行计算包括稳态计算、瞬态计算两个部分。瞬态计算与稳态计算相比要复杂一些，需要进行方案设计（参见3.4、3.5）。
对于软件的使用过程，以“克乌”管线的模拟为例进行详细的介绍说明；
3.1 进入软件
双击LPS.exe，在软件的树形窗口和菜单选项中可以看到软件的基本功能包括：水力计算、基础数据和综合数据，具体如图1所示：

图 1
3.2 基础数据准备
不管模拟什么样的管道，被模拟管道所输送的流体信息、被模拟管道的钢材信息和管线中说使用的设备信息都必须提前准备好。
3.2.1 流体
管道中所流动的流体信息是进行管道数值模拟的必要信息，下面将通过“测试实例-克乌管线”所输送流体的建立实例，来介绍本软件流体建立的具体步骤。
第一步：点击软件界面树形窗口中“基础…”中的“流体”开始进行流体数据的组建（或者也可以通过菜单选项中的“基础数据——流体”点击进入如图2）。打开了“液体属性”子窗口如图3，界面介绍：工具栏——提供了常用功能的快捷按钮；子面板分两部分：“属性编辑”和“物性曲线”，一旦建立了完整的流体信息，在“物性曲线”面板就能通过曲线同步显示相关数据。

图 2

图 3
第二步：点击“新建”，输入流体的名称“测试实例-克乌管线-0#柴油”见图4，然后点击“OK”，在“属性编辑”面板中，就会显示出流体建立所需的基本信息“密度/粘度/饱和蒸汽压/弹性模量/热容/状态参数/温度”见图5。

图 4

图 5
第三步：点击“编辑”，输入流体的基本信息见图6。数据的格式可以是数值也可以是多项式（系数的幂级依次为0、1、2……）。然后点击“存盘”见图7，此时双击“属性编辑”中的任意属性，在“物性曲线”面板都会有图形同步显示相应的数据见图8。如此即完成了流体特性的输入。

图 6

图 7

图 8
其他类型的流体可以按此例进行数据信息准备。
3.2.2 钢材
管道的钢材信息是数值模拟的必要信息，下面将通过“测试实例-克乌管线”管道钢材信息建立的实例，来介绍软件钢材信息建立的具体步骤。
第一步：点击软件界面树形窗口中“基础…”中的“钢材”开始进行管道钢材数据的组建（或者也可以通过菜单选项中的“基础数据——钢材”点击进入如图9）。打开了“钢材属性”子窗口如图3，界面介绍：没有形成自己的菜单，主菜单没有变化；工具栏：提供了常用功能的快捷按钮；子面板仅有：“属性编辑”。

图 9

图 10
第二步：点击“新建”，输入流体的名称“测试实例-克乌管线-L450”见图11，然后点击“OK”，在“属性编辑”面板中，就会显示出流体建立所需的基本信息“密度/粘度/弹性模量/许用应力/泊松比/热容”见图12。

图 11

图 12
第三步：点击“编辑”，输入钢材的基本信息见图13。然后点击“存盘”见图14，如此即完成了流体特性的输入。

图 13

图 14
其他类型的钢材可以按此例进行数据信息准备。
3.2.3 设备维护
软件中所提供的设备“空设备/截断阀/泄压阀/离心泵/单向阀/油罐/加热炉/调节阀”。在进行测试模拟管道时，需要对管道的设备信息进行组建，“离心泵”和“截断阀”设备信息的建立实例，来介绍软件设备信息建立的具体步骤。
3.2.3.1 离心泵
第一步：点击软件界面树形窗口中“基础…”中的“设备维护”开始进行管道相关设备信息的组建（或者也可以通过菜单选项中的“基础数据——设备维护”点击进入如图15）。打开了“设备选择对话框”如图16。

图 15

图 16
第二步：选中“离心泵”见图17，然后点击“OK”之后，打开了“离心泵”窗口见图18，界面介绍：工具栏——提供了常用功能的快捷按钮；子面板分两部分：“属性编辑”和“物性曲线”，一旦建立了完整的离心泵信息，在“物性曲线”面板就能通过曲线同步显示相关数据。具体实例建立过程如下。

图 17

图 18
第三步：点击“新建”，输入流体的名称“测试实例-克乌管线-ZM I 480”见图19，然后点击“OK”，在“属性编辑”面板中，就会显示出流体建立所需的通用信息见图20。

图 19

图 20
第四步：点击“编辑”，首先输入“额定参数”见图21，然后进行“泵特性拟合”（关于泵的特性流量-扬程数据已经以.txt文档整理好），将预先整理好的数据进行拷贝，然后点击“粘贴数据”见图22，此时就可以点击“泵特性拟合”按钮见图23，点击“OK”。最后点击“存盘”见图24，此时双击“属性编辑”中的任意属性，在“物性曲线”面板都会有图形同步显示相应的数据见图25。如此即完成了离心泵特性的输入。其他类型的离心泵以此例进行数据信息准备。

图 21

图 22

图 23

图 24

图 25
3.2.3.2截断阀
第一步：点击软件界面树形窗口中“基础…”中的“设备维护”开始进行管道相关设备信息的组建（或者也可以通过菜单选项中的“基础数据——设备维护”点击进入如图26）。打开了“设备选择对话框”如图27。

图 26

图 27
第二步：选中“截断阀”见图28，然后点击“OK”之后，打开了“截断阀”窗口见图29，界面介绍：工具栏——提供了常用功能的快捷按钮；子面板分两部分：“属性编辑”和“物性曲线”，一旦建立了完整的截断阀信息，在“物性曲线”面板就能通过曲线同步显示相关数据。具体实例建立过程如下。

图 28

图 29
第三步：点击“新建”，输入流体的名称“测试实例-克乌管线-截断阀-球形”见图30，然后点击“OK”，在“属性编辑”面板中，就会显示出流体建立所需的通用信息见图31。

图 30

图 31
第四步：点击“编辑”，首先输入“额定参数”见图32。阀特性可以通过额定参数输入“特性曲线描述”也可以通过阀特性拟合见图33（此例选择前者），点击“OK”。最后点击“存盘”见图34，此时双击“属性编辑”中的任意属性，在“物性曲线”面板都会有图形同步显示相应的数据见图35。如此即完成了截止阀特性的输入。其他类型阀也可以按照此例进行数据信息准备。

图 32

图 33

图 34

图 35
其他设备，可以依据离心泵和截止阀数据建立的过程，按类似的步骤完成数据的建立，在此不再赘述。
3.3 管道物理建模
对于所模拟的管线，首先第一步就是进行管道物理建模。下面将通过“测试实例-克乌管线”管线模型的实例，来介绍软件进行管道物理建模的具体步骤。
第一步：点击软件界面树形窗口中“综合…”中的“管线”开始进行管线初始数据的组建（或者也可以通过菜单选项中的“综合数据——管线”点击进入如图36）。进入“管线维护”窗口，如图37。界面介绍：菜单：“管线操作-新建/打开/保存/关闭”、“导入数据-高程/地温/总传热系数k/站点数据/更新数据”、“其他设置-精度”、“稳态设置-流体/钢材”、“计算-离散化/计算/报告”；工具栏：提供了常用功能的快捷按钮；子面板分两部分：“管线信息”和“基本曲线/详细参数/设备参数/稳态参数”；一旦建立了完整的管线信息，在“基本曲线/详细参数/设备参数/稳态参数”就能通过图形、曲线、表格等形式同步显示相关数据。

图 36

图 37
第二步：点击“新建”，在对应的窗口处“管线名称”、“管线长度（km）”、“总站点数”，分别输入“测试实例-克乌管线”、“300”、“14”如图38。点击“OK”后建立的管线的初步框架，如图39。

图 38

图 39
第三步：导入数据，在进行数据导入之前，必须做的一项工作就是技术数据的准备：“高程-里程.txt（图40）”“地温-里程.txt（图41）”“总传热系数k-里程.txt（图42）”“站点数据-里程.txt（图43）”，同时将这些文件存入运行程序目录下的“Environment”文件夹下（图44）。准备好数据之后，点击菜单选项：“导入数据-高程/地温/总传热系数k/站点数据/更新数据”，首先导入站点数据，然后依次为高程、低温、总传热系数，导入具体流程如下（注意要时时点击“保存”）：（图45-图56）

图 40

图 41

图 42

图 43

图 44

图 45

图 46

图 47

图 48

图 49

图 50

图 51

图 52

图 53

图 54

图 55

图 56
第四步：编辑管线。子窗口“管线维护”中的子面板“管线信息”中选中首站（图57），然后点击工具栏上的“编辑”，该站的属性编辑窗口如图58，基本参数面板下的信息已经导入，下面开始编辑“管线几何参数（图59）”和“运行参数（图60）”，同时勾选“下游管线”“下游参数”，然后点击“OK”见图61，此时在首站之后其他各计算节点的管线信息和运行参数也同时能够存入系统。任意点开其他站点可以看到“基本参数、管线几何参数、运行参数”均已编辑完整，如有变径或者参数变化的站点，在选中相应的站点进行编辑即可。同时可以观察到子面板“基本曲线”中有管线里程和计算节点显示。

图 57

图 58

图 59

图 60

图 61
第五步：查看管线的基本信息。完成编辑之后“保存”“关闭”，同时关闭LPS。重新打开LPS.exe进入管线维护，打开“测试实例-克乌管线”，可以发现所有关于管线的信息都能在子面板“基本曲线（图62）/详细参数（图63）/设备配置/稳态参数”中显示。

图 62

图 63
第六步：添加流体和钢材信息。首先选中“管线信息”子面板中的首站如图63，然后点击“流体”按钮，选中基础数据准备过程中已经建立好的流体信息“测试实例-克乌管线-0#柴油.liquid”见图64，同理点击“钢材”按钮，选中基础数据准备过程中已经建立好的钢材信息“测试实例-克乌管线-L450.steel”见图65。由于流体和钢材信息是通过首站导入的，软件会自动将信息加载在首站后面的节点或者站点。如果有些站点的流体和钢材信息有变，可以单独选中相应的站点进行更改，这样同样会导致其后节点或者站点的流体和钢材信息改变，为了能够保证信息的准确，可以通过“详细信息”对各站点进行检测，如图66。

图 64

图 65

图 66
第七步：添加离心泵。以“金龙镇首站”为例进行说明。首先选中“金龙镇首站”，然后按键盘上的“Insert”，打开设备选择对话框，选中“离心泵”如图67，点击“OK”可以发现管线信息面板下“金龙镇首站”下添加了设备“离心泵”见图68。然后双击“离心泵.NONE”为泵选型，此时就又要利用初始数据准备的设备信息了，见图69，选中所需要的泵之后，在观察管线信息面板下“金龙镇首站”离心泵信息的变化如图70。若该泵站串联了4台泵，下面需要做的是选中已经添加好的泵，如图71，继续点击键盘按钮“Insert”，打开设备选择对话框，继续选中离心泵，按照第一台泵添加的方式进行添加即可。若存在并联泵，则首先选中该站，然后再点击键盘“Insert”来完成并联泵的添加。最终完成态见图72。删除设备方法很简单，就是选中要删除的设备，点击键盘按键“Delete”即可。

图 67

图 68

图 69

图 70

图 71

图 72
第八步：添加设备阀件。以“@1#手动截断阀”节点阀的添加为例，介绍具体的操作步骤。首先选中“@1#手动截断阀”，然后按键盘上的“Insert”，打开设备选择对话框，选中“截断阀”如图73，点击“OK”可以发现管线信息面板下“@1#手动截断阀”下添加了设备“截断阀”见图74。然后双击“截断阀.NONE”为截断阀选型，此时就又要利用初始数据准备的设备信息了，见图75，选中所需要的阀之后，在观察管线信息面板下“@1#手动截断阀”截断阀信息的变化如图76。按照测试管道的实际情况将所有的阀件按照这个步骤添加完毕后的最终态见图77。删除设备方法很简单，就是选中要删除的设备，点击键盘按键“Delete”即可。

图 73

图 74

图 75

图 76

图 77
第九步：管线的信息基本完成，点击“保存”。其中管线站点，设备等的信息都能在子面板“基本曲线/详细参数/设备配置/稳态参数”中查阅。
第十步：进行设备的配置。对于本软件，节点前有“@”不进行计算。因此对于本例实际的计算节点“金龙镇首站”、“703清管站”和“王家沟末站”。进入子面板“设备配置”的“设备使用情况”对涉及到的设备进行勾选见图78，然后点击“设置”，并保存。

图 78
3.4 进行稳态计算
第一步：点击软件界面树形窗口中“水力…”中的“稳态计算”（或者也可以通过菜单选项中的“水力计算——稳态计算”点击进入如图79）。进入“SteadyFrom”窗口，如图80。界面介绍，工具栏：提供了常用功能的快捷按钮；子面板分两部分：“管线信息”和“基本曲线/稳态参数/报告”；一旦选择了所要模拟的管线信息，在“基本曲线/稳态参数/报告”就能通过图形、曲线、表格等形式同步显示相关数据。

图 79

图 80
第二步：点击“打开”见图81，选择“测试实例-克乌管线”打开后如图82。

图 81

图 82
第三步：点击“离散化”之后如图83，随后就可以点击“计算”就完成了模拟管线的稳态计算，“基本曲线”全线的水头表示见图84，“稳态参数”见图85。

图 83

图 84

图 85
第四步：生成报告。在生成报告之前，必须保证word文档处于打开状态，报告能够通过后台导入到Word中，以.doc形式存储，为了在报告中显示的图形大小合适，此时要调整“SteadyFrom”窗口的大小，如图86，然后点击“报告”按钮，就会跳出一个报告文档如图87,保存该文件为“稳态计算生成报告”。这样就完成了稳态的计算。

图 86

图 87
3.5 进行瞬态计算
对于管道模拟的瞬态计算，必须先制定运行方案。
3.5.1 方案的设计
第一步：点击软件界面树形窗口中“综合…”中的“方案”（或者也可以通过菜单选项中的“综合数据——方案”点击进入如图88）。进入“ProjectFrom”窗口，如图89。界面介绍，菜单栏：管线操作；工具栏：提供了常用功能的快捷按钮；子面板分两部分：“管线信息”和“瞬态模拟方案”；

图 88

图 89
第二步：在进行新方案建立之前，要先打开所要模拟的管道，点击“打开”如图90。打开后管线信息就全部导入成功见图91。

图 90

图 91
第三步：设计方案
方案一：全线60S停输，模拟运行120S。
点击“新方案”见图92，点击“OK”之后，就会发现“瞬态模拟方案”面板中有一个新的方案生成如图93。首先选中“管线信息”中的“测试实例-克乌管线”此时所采取的操作是针对全线而言。我们拟设一个方案为全线在运行了60S时停输，模拟运行120S。具体步骤如下：首先点击“新动作”按钮，打开了“全线动作选择”对话框，选中“全线停输”并输入操作时间为60，见图94。点击“OK”，可以发现“瞬态模拟方案”信息有增加见图95；再点击“新动作”按钮，再次打开了“全线动作选择”对话框，选中“模拟结束”并输入操作时间为120，见图96。点击“OK”，可以发现“瞬态模拟方案”信息建立完全见图97；

图 92

图 93

图 94

图 95

图 96

图 97
方案二：首站30S停电，模拟运行120S
如果选中“管线信息”中的站点此时所建立操作是针对该站点而言。我们拟设新建立一个方案为首站在运行了30S时停输，模拟运行120S。具体步骤如下：在建立一个方案，如图98-99，新增加的方案点击“新动作”按钮，打开了“站点动作选择”对话框，选中“停电”并输入操作时间为30，见图100。此时点击“OK”，可以发现“瞬态模拟方案”信息有增加见图101；再次选中“测试实例-克乌管线”再点击“新动作”按钮，打开了“全线动作选择”对话框，选中“模拟结束”并输入操作时间为120，见图102。点击“OK”，可以发现“瞬态模拟方案”信息建立完全见图103；

图 98

图 99

图 100

图 101

图 102

图 103
其他类型的方案，可以依照类似的步骤进行自行的设计。
说明：图中时间增量，表示操作的时间增量，如果不作调整缺省状态为30，也可通过其旁边的状态条调整其大小，如图104。如果设计方案过程中发生错误可以选中错误的方案或错误的动作，点击“删除方案”或者“删除动作”按钮进行修改重新设计。

图 104
3.5.2 进行瞬态计算
第一步：点击软件界面树形窗口中“水力…”中的“瞬态计算”（或者也可以通过菜单选项中的“水力计算——瞬态计算”点击进入如图105）。会打开“方案选择”窗口，选中“Meno1:这是一个测试” 如图106，点击“OK”，进而打开了“瞬态模拟”窗口如图107，界面介绍，工具栏：提供了常用功能的快捷按钮；子面板分两部分：“管线信息”和“模拟方案/基本曲线/设备配置/日志A/日志B”；

图 105

图 106

图 107
第二步：点击“初始化”，此时发现“瞬态模拟”按钮可选见图108。此时把右边面板点到基本曲线，同时点击“瞬态模拟”计算停止时如图109。

图 108

图 109
第三步：点击“保存”，就把此方案的模拟结果保存起来了。
在进行下一个方案的模拟之前，必须再进入“综合…——管线”对管线的设备使用情况进行重新回复到稳定运行状态，即非事故态。然后依据类似的步骤，重新点击“水力…——瞬态计算”对所建的“Meno2:首站停电”进行模拟最后保存，具体见图示110-112。

图 110

图 111

图 112
3.6 生成报告
第一步：点击软件界面树形窗口中“水力…”中的“生成报告”（或者也可以通过菜单选项中的“水力计算——生成报告”点击进入如图113）。会打开“ReportForm”窗口见图114，点击“打开”，所有已建的方案就会在面板中显示如图115。

图 113

图 114

图 115
第二步：选中要生成报告的方案“Memo1：这是一个测试”如图116，单击“生成报告”，点击任意可选框“最大最小压力-时间/最大最小压力/分站曲线……”，可以看到可视化的曲线生成完毕，如图117。

图 116

图 117
第三步：生成文档。准备工作就是要把word软件处于打开状态，此时才能完成报告到文档的后台导入工作，如图118，完成之后把文档保存“方案一计算结果”如图119。

图 118

图 119
“Memo2：首站停电”报告的生成过程类似的步骤能够完成，在此不再赘述。
4软件使用技巧
（1）在进行瞬变计算过程中，为了能够实现提前的预保护措施，可以通过适时的对相应站点的设备进行操作。
（2）注意时时要进行保存，以防数据丢失；
（3）在生成报告时，一定要注意把word软件处于打开状态；
（4）对于瞬变计算中，方案设计是前提；
（5）不管模拟什么样的管道，被模拟管道所输送的流体信息、被模拟管道的钢材信息和管线中说使用的设备信息都必须提前准备好。
（6）在进行下一个方案的模拟之前，必须要对管线的设备使用情况进行重新回复到稳定运行状态，即非事故态。
（7）文档中说生成的报告的曲线图形的大小，与报告窗口直接相关。
（8）软件运行过程中可能出现的错误及处理如下：
表格 1

可能出现的错误
解决办法
(1)
点击计算时，无反应，或者提示出错
1.查看自己的数据是否输入全，或者与实际不符；2.保存后，关闭程序，重新运行。
(2)
粘贴报告时，出现提示RPC服务器不可用
原因是正在粘贴时把WORD文档关闭了，打开WORD文档后，重新粘贴即可。
(3)
连续弹出list index out of bounds对话框，机器变慢
1.站的位置没摆好，重新摆放站的位置，保存后，重新运行、计算。2.查看数据是否输全或输错。
(4)
管道参数栏目中流体选不上
1.看是否先选中管线，先选中管线。
2.保存后重新选择。
(5)
新管道命名与已命名管道重名,以前管线资料消失，新建管道的资料“不存在”的提示对话框
重新输入管道资料