SINET使用心得
艾晓欣
摘
要
本文主要介绍工艺计算模拟软件SINET的使用方法及心得体会 关键词
SINET 工程模拟
工艺计算
2.2 工程相关信息的定义
点击File下来菜单中的Project file选项可以弹出工程信息定义对话框，在这个对话框中主要可以定义“公司名称、项目名称、时间、版次校核、备注及安全系数”等信息，所定义的信息可以出现在打印输出报告中的顶部。安全系数是系统工程师根据项目要求人为规定的，在设定时应充分考虑系统安全性与工程经济性，该系数将参与计算并直接与系统阻力相乘从而得出最终的系统阻力。
1、概述
SINET是EPCON公司出版的工程计算模拟软件之一。该公司在1985年完成了第一代一体化系统工程模拟软件，1991年开发了视窗化的管道模拟软件，1993年完成了视窗化物性数据界面，1994年开发了软件的图形交互界面，2005年完成了API Technical Data Book的计算机综合交互应用系统。EPCON在工艺工程领域的造诣主要包括工艺模拟、工艺管道模拟、火炬系统管路模拟及安全阀分析等。
Engineer’s Aide SINET软件可以提供流体流动系统管径计算及管网分析，它可以通过模拟进行设备及管道系统的选型及计算，其中设备主要包括泵、风机、压缩机、换热器、流量计、调节阀、压力容器、储罐等。该软件可以基于液体、气体及气－液两相流流体进行有针对性的模拟计算，它的物性数据库中有将近2000种物性数据，同时可以解决超临界系统及非牛顿型流体系统的计算问题。
下面我将就软件的应用进行简单的介绍。在该介绍中系统的建立被分成有序的若干步骤，通过这些步骤的依次建立从而完成管路系统的创建。
2.3 系统流体类型
在化工工艺计算中，我们通常见到的流体有液体、气体、两相流等流体。对于计算来说不同流体的流型特点、适用条件、模拟方程都有所不同，所以在开始计算管路系统之前应首先定义体系中的流体类型。SINET软件可以模拟液体、气体、气－液两相流及非牛顿型流体。通过点击Options选项可以出现以下菜单。
2、应用程序介绍
2.1 定义单位体系
SINET默认的单位是英制单位，通过File下拉菜单中的Change Units选项可以在英制和SI单位间进行切换，从而选择适合自己项目的单位体系。同时该软件还可以建立长输管道的单位体系，关于这部分内容将在2.7章节中再做介绍。
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2.3.6泥浆
适用于不锈钢及PVC管道中《TAPPI Technical Information Sheet 408-4》所列写的泥浆物流。
2.4系统等温与否
在菜单栏中的Insulation选项中，可以选择系统是否为等温（Isothemal）系统,程序默认为等温。如果系统为非等温系统，则可以选择相应的保温材料或无保温，同时需要在性质选项中输入
2.3.1液体
菜单中前两个选项是液体流体选项，所不同的是一个基于体积流率，另一个基于质量流率。当选择体积流率选项时，等温环境将被强制定义，以避免进出口物料平衡不匹配的情况。 2.3.2非牛顿型流体
该流体同样分为基于体积流率和质量流率两个选项。幂定律型非牛顿型流体和宾汉塑性非牛顿型流体可以选择此选项。 2.3.3气体
该选项应用的前提条件是系统压力降小于40％进口压力。在这种情况下，系统物流性质将选取系统进出口两点物流平均温度、压力下的物性数据。 2.3.4可压缩气体
这个选项可以替代2.3.3中的气体选项，这个方法更为精确，但是如果选择此选项，那么软件将失去Automatic Sizing和Smart Fittings功能。 2.3.5两相流
选择此选项后，软件在计算过程中将进行闪蒸计算及平均条件下的气体、液体比率计算。
同时菜单栏中的Correlation被激活。其包括两选项：Beggs&Brill和Dukler。前者适用于有倾向性及立式管道，后者只适用于水平管道。当选择Dukler时，菜单栏中的Map被激活，这里包含了最普通的流体流型选项。
如果在下拉菜单选项中找不到合适的项，可以通过最后的Global data数据选项定义管道的相关数据。但是要注意当输入完相关数据点击OK后会出现以下对话框，如果选择Yes，流程中所有的管道参数均按此调整，如果选择No，则当前要创建的管道和以后创建的管道参数按
环境温度以便程序计算热损失。
当系统中物流温度存在变化，同时其密度、粘度随温度变化而变化时，系统应为非等温系统，通常热气体及两相流属于非等温系统。 2.5定义管道材质及粗糙度
点击菜单栏Pipe选项可以定义管道的材质及粗糙度，系统默认为CS/Wrought iron e=0.0018 in，其它选项可见插图。
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此调整。所以应用Global data选项需慎重。 的温度是一样的。Pre.&Temp.Dependent选项是针对高压或超临界流体而言，Peng-Robinson相平衡方程将用于确定超临界流体的压缩性，所有进口结点被假设为同样的温度。
2.6.2非牛顿型流体性质输入
对于非牛顿型流体，Power Law Index n等四项参数需要用户指定。 2.6定义流体性质
在定义流体性质前，首先要保证2.1、2.
2、2.3中的内容已经定义完毕，然后点击性质定义按钮打开输入性质对话框。对于2.3中不同的流体类型，其输入对话框的内容会略有不同，但是凡是橙色的部分均为输入项，蓝色的部分为输出项。
2.6.1 液体性质输入
流体类型为液体时，性质输入对话框如下：
2.6.3气体性质输入
类似液体性质输入对话框，只是增加了Avg.Pre.选项
在K-Factor菜单中选择热力学方法，方法的正确选择对于计算泡点、露点及等温闪蒸非常重要。其中UNIFAC和Flory-Huggins法在保证物性适用的前提下可以估算出活度系数。而UNIFAC是利用UNIFAC计算液侧、利用P-R E.O.S计算气相侧。另外两种方法Peng Robinson和Raoult’s Law对于计算活度系数没有贡献的K值物系则是适用的。
在Property Variation菜单中有Temperature Dependent选项和Pre.&Temp.Dependent选项。Temperature Dependent选项表示流体性质随温度的变化而变化，同时假设所有终端结点
2.6.4可压缩气体性质输入
在可压缩流体性质输入选项中多了Cp/Cv值选项和Z－Factor选项。
Cp/Cv值可以通过下拉菜单选择合适的值，如果没有也可以通过用户直接给定。Z－Factor用于计算压缩系数，其中的Papay Correlation选项一般用于大分子模型，它可以提高收敛性但是计算精确性会差一些。
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Convergence Options、Display Options、Unit Options、Miscellaneous Options、Computational Checks、Automatic Sizing Options、Smart Fittings等内容。下面就逐一进行介绍。
2.6.5两相流性质输入
两相流流体性质输入在前面各种流体输入中都有说明，只是在输出选项中略有增加，分为液相性质和气相性质。
2.7.1 Convergence Options
在此选项中可分别设定最大迭代次数、收敛判别标准和数值微分步长。其中最大迭代次数默认为50，最大可设定到100。收敛判别标准默认为0.01，这适用于大部分的化工系统，对于两相流系统建议设成0.1。数值微分步长默认值为0.01，建议不做改动。
2.6.6泥浆性质输入
首先根据已知物流特点选择Options中的泥浆类型，然后在填写相关的五项参数值即可。
2.7.2 Display Options
这个选项主要影响在软件工艺流程图上的显示设置。小数位数定义了显示小数点后数字的位数，背景色定义了绘图面板的颜色，结点间距为系统绘图默认的两结点间的距离，90度管道的复选框如果被选上那么流程中的结点之间的连接管线都为直角连接，不过这样可能会出现管线的交叉，不推荐使用。 2.7.3 Unit Options
定义系统的默认单位。长输管道中长度的英
2.7 用户参数选择
点击菜单栏中的File-User Preference选项可以弹出用户参数对话框，该对话框包括
制和公制单位分别为miles和km，体积流率的英制和公制单位分别为million standard cubic feet per day和million standard cubic meters per day。另一个是以Standard Barrels per Day所表示的液体体积流率选项。
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2.7.4 Computational Checks 可以帮助用户发现潜在的问题，用户可以设定最大流速、最大百米压降、是否存在两相流等内容，软件可以检查出计算过程中那些部分不满足用户设定要求。
2.7.5 Automatic Sizing Options 如果我们知道管径或者仅是模拟已经存在的系统，那么该选项是不需要的。如果我们设计一个新的系统，那么就可以根据给定的流速或压降让软件自动选择合适的管道直径（包括管道上诸如调节阀等管件），但是值得注意的是该选项只能应用在2.3.1和2.3.3两种物流体系下。 2.7.6 Miscellaneous Options 参考结点标高选项可以指定参考节点高度。在流程中所有比参考结点标高低的节点都显示为灰色阴影/边框，而所有比参考结点标高高的结点都显示为白色阴影/边框围绕。这样便于在流程中区分结点标高。 2.7.7 Smart Fittings Smart Fittings拥有大量的选项可以有选择性的打开或者关闭。当选择了这些选项并点击了“Apply to All Pipes”复选框，那么程序将按照定义好的规则在系统中自动增加管件。但是需注意的是一但选择并运行计算后，之前在主界面中输入的管件数量及定义就被Smart Fittings自动替换了，所以在应用该选项前最好做好备份工作。
2.8 绘制管道流程图
在绘制流程图的过程中，频繁的删除结点和管道是不被推荐的，这样容易引起错误。同时需注意的是当删除管道时，管道上面的管件等也一并被删除。删除结点时，与该结点连接的管道及管道上的附件均被删除。
在复制已有管网时需注意的是，一个单独的管道或设备是不能被复制的，至少应包括管道及其结点。 2.9 定义结点信息
结点的信息包括标高，压力或流率，其中压力和流率只有一个被允许定义。当结点是常压容器或压力容器时，只有压力项能被定义。 2.10 设定管件、阀门和设备 2.10.1 设定管道参数
点击管道使之高亮。在“Data Input”工具栏中会显示管道输入栏，在此可以输入相关数据。 或者也可以先点击管道呈选中状态，然后点击“Pipeline”工具栏中“Pipe Data”工具，显示“Pipe Data”窗口进行输入。在管道定义了长度后，流程中的管道线会由细变粗。
程序还可以实现封闭管道功能，通过封闭通向管网其他部分的管道来分离网络的各个部分。网络中任何管道被封闭，被分离部分的所有终端节点必须设定压力。分离部分的控制阀必须关闭
流量控制和压力控制。
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2.10.2 设定管件和手阀
选择设定管件和手阀的管道，呈选中状态。然后在管件定义界面上定义阀门、及大小头等管件。当管道被定义后，管道终点的箭头回由窄变宽。
如果有特殊管件和阀门需要定义，可以通过“Detailed Fittings”和“Detailed Hand Valves”窗口进行定义。
校正系数默认值为1.0
2.10.3.2 自定义设备
若系统中设备的流量与压力降关系已知，用户可以自己定义设备。在泵选项中选择Custom Equipment Curve，输入至少三组流量与压力降对
应数据，然后通过计算拟核出曲线。定义后流程中的图标为带十字的圆圈标记。 2.10.3.3 流量计
若管道尺寸由系统自动确定（在User Preferences 窗口选中管道规格自动计算选项），流量计也将自动确定。Flow Meters窗口顶部的Auto Size选项呈选中状态。
孔板的计算分为已知孔径尺寸计算压降和已知压降或控制流量要求计算孔径。
2.10.3 设定设备
在管道上设定设备时，管道上的设备以具体的图标显示在管道的中间部分，但是程序计算默认任何管道上的设备通常被假定位于管道的开始端。同时在定义设备时，推荐一个管道上宜只定义一个设备。 2.10.3.1 泵
用户可以至少设定五组流量和扬程的关系数据来确定泵的工作曲线。也可以通过Auto Selection选项计算模拟泵的扬程，进行泵的选型。对于高粘度的流体需要进行修正，系统粘度
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2.10.3.4 控制阀
若管道尺寸由系统自动确定（在User Preferences 窗口选中管道规格自动计算选项），控制阀尺寸也将自动确定。控制阀窗口顶部的Auto Size选项呈选中状态。
若管道尺寸由用户设定，窗口上部的自动计算尺寸以及压力降选项将不能使用。用户将选择控制阀的尺寸，然后确定开度。用户也可以定义控制流量或控制压力选项。但是需注意当选择了流量控制选项，管网终点下游出口必须要指定压力，不能指定流量。同样，当选择了压力控制选项，管网终点下游出口要指定流量，不能指定压力。
2.10.3.6 其它设备
任何一个管件，阀门以及设备，只要已知流量系数或压降，就可以设定在管道上，通过设备介质的温度变化也可以被指定，正值代表温度升高，负值代表温度降低。模型计算中直接设定压力降选项需要谨慎使用，此功能将可能会引起模型的不收敛。相反，定义K值不会影响模型的收敛，指定K值后压力降会随流量变化而变化。在该选项中最多可以添加五台设备。
2.10.3.5 换热器
在SINET中换热器选项的作用是确定不同换热器对管路压力降的作用。其中额定流量和压降在参数输入中非常重要，需要在换热器数据单中准确选择。程序可以根据输入计算出换热器的流量系数K值。K值的确定可以使程序计算出换热器在不同流量下的压力降。
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2.11 运行结果
当一个合理的系统模型建立之后，软件可以通过运行拟和出结果。迭代次数和收敛比例会在窗口中显示并可以保存打印。从收敛窗口可以了解到每一次迭代的运行过程。
管线上的调节阀被完全关闭，使得终端结点设定的流量不可能实现。可以通过在终端结点处设定压力代替流量来解决问题。 3) 某段管线流量由一个调节阀或流量控制
装置控制，而与该段管线相连的下游结点是一个终端结点，且在此结点处设定了流量。用户可以设定终端结点压力或者关掉流量控制。如果调节阀被用来控制某一流股的阀后压力，并且终端结点已经设定了压力值，这也可能产生错误。可以关闭调节阀压力控制，或者在终端结点处输入流量来解决问题。
4) 管网中存在几个相邻的闭路循环，而在闭
路循环中的设备设定了压降值。当用户在一个循环中加入两个或更多设定压降的设备时，就间接的确定了流体流动的方向。两个闭路循环共用管道方向的矛盾就
可能导致错误出现。
5) 进口压力值可能不足，达不到下游结点或
管道的边界条件。
6) 在同一个管路上既有调节阀又有孔板，并
且都被用来控制流量。即在同一管路上有不止一个设备用来控制流量。
7) 如果管网中有多个设定了不同开度的调
节阀，就会导致某些时候不能达到所需要的流量分布。在这种情况下，运行程序前将所有调节阀的开度调为100%。可以使运算收敛。
8) 当系统中只有一个调节阀并且该阀用来控
制流量，但运算依然不收敛。对于这种情况，关闭调节阀的流量调节功能，开度设为全开，然后运行模拟程序。注意有调节阀管线的流量。这一流量值是能够通过的最大值。如果所设定的调节阀控制流量值大于这一数值，那么运算是不会收敛的。 3.2物性输入、计算有误或物性不可查 2.12 输出报告
运行结果以管网图或工作表的形式浏览。设备的计算结果也可以在工作表中单独浏览。如果有需要用户也可以将输出结果导出到Excel文件中。 2.13 打印
无论是运行结果还是流程图都可以通过点击各自菜单中的File→Print选项，用于文件的打印。 2.14 保存
保存后的文件格式为“*.SD3” 和“*.IDO”，它们位于同一目录下，具有相同的文件名。
3、常见问题分析
3.1矩阵为奇异阵
1) 某个终端结点的流量被设定为0：正常情况下终端结点的流量不能设定为0，可以用一个非常小的值0.01代替
2) 到某个终端结点的管线被封闭，或者某段
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3.3管道编号问题
软件要求管道和节点编号从1开始且必须是连续的，之间不能有缺失。如果用户删除了某一管道或节点，那么它的编号会用于以后创建的管道或节点。新创建的管道或节点将自动使用缺失的管线或节点编号。查看节点数据表和管道数据表可以快速的确定缺失的管道和节点编号。黑色条即表明缺失的节点和管道号。 3.4迭代不收敛
1) 如果运行结果不收敛，首先可以看运行结果曲线图。如果曲线图中的曲线在最后的迭代次数中已经递减但是因为迭代次数到了的原因，那么就可以通过增加迭代次数来解决问题。如果曲线最后没有递减，而是平着的，那么增加迭代次数的方法是无效的。 2) 通常情况下系统收敛判别标准默认值为0.01，对于一个拥有100个结点以上的大系统来说可以将系统收敛判别标准适当增大一些，比如设定为0.1。
3) 设备的压降特征最好用K值表现而不是直接设定压力降。
4) 孔板尺寸非常小或者管道缩径非常小，使得管道里发生临界流。
5) 在设定管件数据时，扩径和缩径的输入信息应该为管径大小而非数量。
6) 系统动力不足，比如泵的扬程不够，不足以满足系统要求。
7) 系统管路产生临界流。用户可以通过扩大管径来解决此问题。
2) 可压缩气体及两相流物系中每一个管
件宜单独设置在一条管道上，管道长度可以规定成最短的0.01
3) User Preference中最大迭代次数、收敛
判别标准可以根据不同环境进行优化，但是数值微分步长不建议调整。 4) 在流程图添加泵设备时不宜放在第一
段管道上。
5) 在SINET中第一次计算出的换热器流
量系数K值有时会不准确。可以多点击计算几次获取终值。
6) 管道管件扩径和缩径处输入的是所在
管道的管径，不是个数。扩径默认在管道的末端，缩径默认在管道的起点。不过在计算过程中，最好不设定扩径和缩径，如果管道存在一定数量的扩径/缩径，计算容易算错。
7) 调节阀在软件中分为快开、线性和等百
分比三种类型，快开阀门的精度较差，线性调节阀的正常开度在60％较为合理，而等百分比的正常开度在80％较为合理。调节阀在流程中宜单独设置在一条管道上，管道长度可以规定成最短的0.01
8) 在一般管道系统中除第一个结点流量
为正值外，其它末端结点皆为负值。 9) 系统中的结点：起点为红色，终点为黑
色，中间的为白色。
10) 计算复杂管网系统，宜分块建立系统，
算好一块后再建下一块，不宜都建立好后再计算。
参 考 文 献
4、心得体会
1) 气体物系的管道长度如果较长，建议采用若干段较短管道代替长管。
《Engineer’s Aide Reference Guide—Pipeline Network Analysis》2007年 《化工流体流动与传质》，化学工业出版社 2000年9月第一版
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