輸油場站操作指導系統(tǒng)研制＊

李亞平張華德高煒欣

(1.中國石化管道儲運分公司 江蘇徐州) (2.西安石油大學電子工程學院 陜西西安)

輸油場站操作指導系統(tǒng)研制＊

李亞平1張華德1高煒欣2

(1.中國石化管道儲運分公司 江蘇徐州) (2.西安石油大學電子工程學院 陜西西安)

分析了管道輸油場站工藝流程的特點,提出利用連通圖來描述場站工藝流程。通過對連通圖節(jié)點進行分類,使得具體調(diào)度任務的操作問題轉化為計算連通圖的輻射狀子圖問題。針對輸油場站連通圖包括了有向圖和無向圖的特點,改進傳統(tǒng)的搜索算法,使之可以針對調(diào)度任務,自動計算出操作步驟?；谠撍惴?建立了場站操作指導系統(tǒng)。

輸油場站;搜索算法;圖論;操作步驟

0 引 言

管道輸油在現(xiàn)代油品運輸中起著及其重要的作用,場站是整個管道輸油操作的核心。場站的轉運效率影響著整個輸油的效率,常常會成為油品運輸操作過程的瓶頸。因此,在調(diào)度任務下達后,根據(jù)當前工況,快速確定合理的輸油流程,保證輸油系統(tǒng)整體的效率,是非常關鍵的技術問題。

一般情況下,在調(diào)度任務下達后,確定各閥組和泵組的開關情況主要涉及以下幾個因素:

1)當前工況,由于場站的進油操作和出油操作可能同時發(fā)生,因此閥門開關選擇不當容易引起“串油”現(xiàn)象;

2)油品外輸管道的管徑,由于油品外輸時選擇管道的管徑不同,導致需要采用不同揚程的輸油泵,與之相匹配的輸油泵也隨之發(fā)生變化。

對于工藝仿真系統(tǒng),國內(nèi)外很多學者開展了卓有成效的研究。文獻[1]應用最優(yōu)化理論建立了成品油管道優(yōu)化運行數(shù)學模型,并用動態(tài)規(guī)劃方法進行求解,但沒有涉及閥門如何動作以保證流向正確。文獻[2]對仿真系統(tǒng)的構成進行了研究,但未涉及如何關聯(lián)場站的各種設備。文獻[3]列舉了一些目前國際上比較通用的商業(yè)軟件,給出了開發(fā)國內(nèi)輸油管道軟件的建議。文獻[4]針對管道壓力、流量等參數(shù)的計算進行了研究。還有大量文獻對管道瞬變流動的求解方法進行了研究,常見的有:特征線法[5]、顯式差分法[6]、隱式有限差分法和迦遼金(Galerkin)法[7～8]等。

從大量文獻資料來看,已有的研究大都集中在對管道和泵等設備的運行機理進行描述并展示。對管道瞬變流動的求解還不能完全真實的反映實際運行情況。而在針對調(diào)度任務,根據(jù)場站結構確定具體操作步驟方面的研究目前還未見文獻報道。特別是針對輸油場站的幾何建模方面的研究顯得更加不足。

本文通過分析國內(nèi)某特大輸油場站的特點,給出建立場站幾何模型的方法。在此基礎上,提出一種可以針對調(diào)度任務,自動計算出操作步驟的算法。論文建立了場站操作指導系統(tǒng),某特大輸油場站對改系統(tǒng)的實際運行表明,所研制的系統(tǒng)可行,能夠較明顯地減輕現(xiàn)場勞動強度,提高生產(chǎn)效率。

1 場站分析

輸油場站的任務,主要可以分為“存儲”和“外輸”兩個部分。存儲是處于商業(yè)或國家戰(zhàn)略的需求,將油品存于儲油罐內(nèi)。調(diào)度任務下達的方式一般是給出來油位置和具體的儲油罐,需要操作人員確定中間閥的開關狀態(tài)。圖1所示為一大型場站的商儲區(qū),調(diào)度任務下達后,工作人員通過確定閥的開關狀態(tài)來實現(xiàn)油品輸入或輸出正確的油罐。

分析圖1可知,場站所涉及的裝置主要有:(1)電動閥;(2)泵組;(3)集油管;(4)油罐。各裝置之間通過管道相連。部分管道可以雙向輸油,部分管道(如圖1中和輸油泵相連的管道)只能單向輸油。

高校文書檔案具有真實性，必須是準確、客觀和真實的，必須與其所記述的各項活動相符合，而不能是虛構、偽造和假冒的。文書檔案還具有服務性，能夠直接為學校管理服務，材料來源于管理之中，反過來又服務于學?？茖W管理。

圖1 某場站工藝流程圖

2 幾何模型的建立

如果將場站的裝置視為節(jié)點,裝置之間的連接管道視為連接線的話,圖1所示的場站可以用圖2來描述各裝置之間的連接關系。

圖2 幾何模型圖

為了清楚的用圖2所示的連通圖來表示工藝流程,本文中節(jié)點主要分為三類:(1)閥門,用符號v表示;(2)泵,用符號P表示;(3)空節(jié)點用符號N表示;(4)特殊裝置(如計量站),在圖中直接標出。四種類型的節(jié)點中,空節(jié)點表明該節(jié)點在工藝流程中只起中轉的作用,集油管就是一種典型的空節(jié)點。

從圖論的角度來看,場站從整體上是一個無向圖,但局部是有向圖,例如計量站有明確的進口和出口,油品只能單向流動。

一般而言,下達到場站的調(diào)度任務僅僅指明來油位置和存儲位置。例如:“1號入口來油經(jīng)計量間至G-103”就是一典型的調(diào)度任務。從圖1利用計算機直接確定執(zhí)行該調(diào)度任務需要開那些閥門相對較難實現(xiàn),但從圖2可以清楚的發(fā)現(xiàn),確定操作過程實際是一個明確了“始點”和“終點”的輻射狀連通圖的搜索過程。我們可以利用深度或廣度的搜索方法計算出可行的輻射狀連通圖,搜索出圖中所涉及的節(jié)點即是我們需要打開的閥和泵。

3 場站結構的存儲

輸油場站所涉及的SCADA系統(tǒng)具有很強的獨立性,一般而言現(xiàn)場計算機不允許和外部網(wǎng)絡直接相連。很多場站甚至也不允許計算機外接存儲設備,因此場站的數(shù)據(jù)只能取自后臺實時數(shù)據(jù)庫。實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)僅僅描述了場站各裝置的性能和狀態(tài),但對各個裝置鏈接的幾何結構并沒有涉及。因此,本文建立節(jié)點表和管道表來存儲圖2所示連通圖,以便保存整個場站的連接結構。

表1 節(jié)點表

通過表1所示的數(shù)據(jù)表,可以將所有節(jié)點信息保存在數(shù)據(jù)庫中。由于圖2所示的連通圖是一個有向圖和無向圖的組合,因此本文用數(shù)據(jù)庫中ValveType字段來定義閥的輸入輸出屬性,以此對管道的有向和無向進行區(qū)分。當ValveType為Input時表示該閥門只能向與其相連的裝置進油,當ValveType為Output時表示該閥門只能通過與其相連的裝置出油,當ValveType為Null時表示該閥門所連管道沒有固定的流向。在表1基礎上,本文建立表2所示的管道表,通過表1和表2可以完整的表示整個場站的裝置結構。

表2 管道表

表2中的W1和W2對應著表1中的Serial字段值。

4 算法確定

和一般圖論中對圖的搜索不同,圖2所示的幾何模型圖是一個有向圖和無向圖的結合。搜索出的工藝流程圖由于涉及到泵和計量站,因此也是一個包含了有向圖和無向圖的輻射網(wǎng)。本文通過如圖3所示算法,利用傳統(tǒng)深度搜索算法確定操作步驟。

圖3 搜索算法

利用圖3所示算法確定操作步驟時需特別注意:(1)在利用傳統(tǒng)深度搜索算法進行搜索時,如有某一節(jié)點的工況為投運狀態(tài),為避免串油,算法在搜索到該節(jié)點時及應立即回溯;(2)節(jié)點類型為閥門、泵和特殊裝置時,如該節(jié)點為投運狀態(tài),則與之直接相連的空節(jié)點也應為投運狀態(tài),否則在搜索出的操作流程可能導致串油。

5 系統(tǒng)研發(fā)

輸油場站操作指導系統(tǒng)的研發(fā),分為界面研發(fā)和算法實現(xiàn)兩個部分。現(xiàn)場操作人員習慣于工控的界面,工控開發(fā)系統(tǒng)雖然在監(jiān)視和界面開發(fā)上有獨特的優(yōu)勢,但無法實現(xiàn)復雜的搜索算法,也很難實現(xiàn)真正的面向?qū)ο缶幊獭?/p>

因此,本文利用delphi開發(fā)環(huán)境進行系統(tǒng)研發(fā),通過建立一個后臺計算類實現(xiàn)圖3所示的搜索算法。在界面研發(fā)方面,為了逼真的顯示工藝流程,我們開發(fā)了泵、閥門和管道等可用于其它編程環(huán)境的工控組件,利用這些工控組件方便的實現(xiàn)了場站工藝流程圖。在對管道控件進行研發(fā)時,為了克服SCADA系統(tǒng)自帶工控無法顯示管道中油品流動及其方向,導致現(xiàn)場操作人員難以判斷具體流程的問題,我們在管道控件中加入定時器,可以通過控制定時器的時間控制屏幕上所顯示的管道中油品流動速度,更加逼真的展示現(xiàn)場工況,指導操作。

輸油場站操作指導系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫、計算程序和基于工況組態(tài)的系統(tǒng)界面三部分組成。系統(tǒng)的結構圖如圖4所示。

圖4 輸油場站操作指導系統(tǒng)系統(tǒng)結構簡圖

本系統(tǒng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用SQL結構化數(shù)據(jù)查詢語言進行管理和維護。

整個系統(tǒng)的界面如圖5所示,利用圖5所示的系統(tǒng),我們對一真實的調(diào)度任務:“1號入口來油經(jīng)計量間至G-103”進行操作指導,計算出的結果如圖5所示,和現(xiàn)場有經(jīng)驗的操作人員做出的處理完全一致。我們對某大型場站全天調(diào)度任務進行了操作指導計算,正確率為100%,證明本文所提算法和所研發(fā)的系統(tǒng)可靠、有效。

圖5 系統(tǒng)界面

6 結 論

1)工藝流程圖可以用一個連通圖來進行描述,針對調(diào)度任務,通過搜索連通圖可以確定操作流程。

2)所研發(fā)的操作指導系統(tǒng)可以投入使用。該系統(tǒng)屬于專用的軟件系統(tǒng)。與通用的軟件相比,它在指導運行人員操作方面效果更好。

3)通過在管道控件中集成定時器,管道可以顯示油品的流動方向和流動速度,仿真效果在這一方面較很多專業(yè)仿真系統(tǒng)更好。

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[2] 鄒祥文,宮 敬,于 達.油庫仿真系統(tǒng)設計[J].計算機仿真,2004,21(1)

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PI,2010,24(6):60～63

This paper analyses the characteristics of station of long-distance oil transmission pipeline,and proposes to use a connected graph for describing the process of the station.By classifying the nodes of the connected graph,the problem of how to operate for a specific scheduled task can be translated to the problem of how to calculate a radial sub-graph of the connected graph.For the connected graph of the oil transmission station includes directed graph and undirected graph,we improve the traditional search algorithm.The improved algorithm can calculate operation steps for a specific scheduled task automatically.Based on the algorithm,we set up oil transmission station operational guidance system,the real application of the system shows that the algorithm and the system is practical and reliable.

Key words:oil transmission station;search algorithm;graph theory;operation step

Development of oil transmission station operational guidance sys-tem.

Li Yaping,Zhang Huade and Gao Weixinwei.

TM715

B

1004-9134(2010)06-0060-04

陜西省教育廳專項科研計劃項目,基金編號:08jk411

李亞平,男,1973年生,高級工程師,工學學士(研究生在讀),1996年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學通信工程專業(yè),主要研究方向為企業(yè)信息化規(guī)劃與發(fā)展,現(xiàn)在中國石化管道儲運分公司工作。郵編:221008

2009-12-25編輯:劉雅銘)