同步優(yōu)化設(shè)計(jì)在輸油管線實(shí)際中的應(yīng)用分析

鄭利輝

[摘 要]在分析輸油管道傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與輸油管道傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程的基礎(chǔ)上，深入分析同步優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容，通過提出合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)手段促進(jìn)輸油管線的合理布置，目的在于提高輸油管線的合理安置。

[關(guān)鍵詞]輸油管線；同步；優(yōu)化設(shè)計(jì)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：S895 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）18-0175-01

0 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步，對(duì)于石油需求量逐漸增大，管道輸送是目前最為主要的石油輸送方式，所以輸油管道的建設(shè)數(shù)量持續(xù)增大，一躍成為了當(dāng)前最為主要的輸油輸送方式，為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。石油是一種易燃、易爆物質(zhì)，所以一旦發(fā)生泄漏現(xiàn)象，就必然會(huì)造成重大的危害。

1 輸油管道的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法-分步設(shè)計(jì)法

輸油管道的設(shè)計(jì)需要考慮到很多方面的因素，其中包含了確定管道直徑、站址、輸送設(shè)備型號(hào)、工藝過程以及整個(gè)管道的成本計(jì)算；準(zhǔn)確的確定中間熱泵站的工藝流程圖、平面布置圖以及管道安裝總圖。管道的工藝設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是設(shè)計(jì)委托書或者是設(shè)計(jì)任務(wù)書中所標(biāo)明的輸油性質(zhì)、種類以及管線運(yùn)營狀態(tài)，其中應(yīng)該保證管徑、泵站數(shù)量以及具體的設(shè)計(jì)位置等等參數(shù)。工藝設(shè)計(jì)要進(jìn)行有關(guān)的參數(shù)計(jì)算，并且要充分的考慮到整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性要求。設(shè)計(jì)初始參數(shù)還應(yīng)該充分考慮到溫度、密度、工作流量、管道材料、保溫層厚度、設(shè)備的型號(hào)以及經(jīng)濟(jì)性等方面的要求。

1.1 輸油管道傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程

工藝設(shè)計(jì)的過程中，必須要更具整體工程的經(jīng)濟(jì)性要求來選擇最佳的管徑數(shù)據(jù)參數(shù)。然后是充分考慮到整個(gè)輸送工藝、管子材質(zhì)、厚度以及種類等等，進(jìn)而確定最佳的工藝技術(shù)參數(shù)，具體的設(shè)計(jì)過程如下所示：

1.1.1 優(yōu)選管徑

設(shè)計(jì)計(jì)算過程，最初要確定的是管徑數(shù)據(jù)。管徑的選擇要能夠滿足經(jīng)濟(jì)流速的基本要求，該參數(shù)是充分考慮到在輸油工作中各項(xiàng)費(fèi)用之間的要求來確定的，但是我國還沒有更好的進(jìn)行該數(shù)據(jù)的分析和研究。熱油管道中，管徑的逐漸增大會(huì)導(dǎo)致散熱量的增加，從而就會(huì)導(dǎo)致熱能費(fèi)用的提升。所以選擇使用熱油管道的經(jīng)濟(jì)性會(huì)高于不加熱管道。目前我國所使用的熱油管道經(jīng)濟(jì)流速為1.5～2.0m/s，這個(gè)數(shù)據(jù)只是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，僅供參考。

1.1.2 確定和布置加熱站、泵站

確定最佳的泵站、加熱站方面的控制，主要是計(jì)算管道熱力與水利參數(shù)。

1.1.3 管道保溫的選擇

首先就是要選擇最佳的保溫材料。選擇最佳的保溫材料之后，在充分考慮了經(jīng)濟(jì)性條件下選擇最佳的保溫層厚度。管道傳熱系數(shù)減小、增大保溫層，就能夠更好的減少熱量損失，降低能源消耗、節(jié)約資金，但是卻會(huì)導(dǎo)致保溫層的費(fèi)用升高，同時(shí)還存在的一個(gè)問題就是保溫層厚度達(dá)到了一定的厚度之后，其保溫效果也就很難再有大幅提升。在實(shí)際工作中，可以選擇不同的保溫層厚度來分別計(jì)算其傳熱系統(tǒng)，并且更加準(zhǔn)確的計(jì)算管道熱力與工藝，選擇最佳的泵站、加熱站以及系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算出具體的經(jīng)濟(jì)效益參數(shù)，然后通過將所有的方案進(jìn)行全面的比較從而確定最佳的工藝參數(shù)。在一些特殊情況下，加熱站的距離以及油溫已經(jīng)明確確定，在進(jìn)行保溫層厚度計(jì)算時(shí)可以通過沿程溫降公式來確定管道傳熱系數(shù)，在根據(jù)熱阻計(jì)算公式最終確定保溫層厚度參數(shù)。

2 輸油管線的同步優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 采用熱經(jīng)濟(jì)學(xué)原理進(jìn)行同步設(shè)計(jì)與計(jì)算

2.1.1 同步優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程

熱經(jīng)濟(jì)學(xué)原理的同步法在工作中充分的考慮到了具體的經(jīng)濟(jì)效益和費(fèi)用，然后根據(jù)這些具體參數(shù)來確定管徑、壁厚以及保溫層厚度，采用最佳的設(shè)計(jì)方法。輸油管道同步設(shè)計(jì)費(fèi)用就包含了初始投資費(fèi)用——管材、保溫層以及其他的輔助材料與施工費(fèi)用；管道安裝之后的運(yùn)行費(fèi)用中包含了動(dòng)力費(fèi)用、熱力消耗費(fèi)用以及設(shè)備的維修和折舊費(fèi)用等等。同時(shí)設(shè)計(jì)法中主要是根據(jù)管徑、壁厚以及保溫層的參數(shù)來設(shè)計(jì)一個(gè)非線性的模型，將設(shè)計(jì)模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和分解，從而采取最佳的輸油管道與保溫層的設(shè)計(jì)方案，以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益的提升。

2.1.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的建立

保溫?zé)嵊凸艿赖目傮w費(fèi)用就包含了初始投資費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用的總和。初始投資費(fèi)用中包含了管材費(fèi)用、保溫層費(fèi)用以及具體的施工費(fèi)用等等；運(yùn)行費(fèi)用主要指的是管道在安裝結(jié)束之后的整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)費(fèi)用、運(yùn)行中動(dòng)力損失和熱力損失費(fèi)用以及人工費(fèi)用等等。

2.1.3 同步優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

同步設(shè)計(jì)法中主要是采取更加合理的設(shè)計(jì)方案來確定管徑、壁厚以及保溫層厚度，并且實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的設(shè)計(jì)。但是這種方法存在非常明顯的缺陷，也就是無法保證經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要是因?yàn)槠涫艿搅烁鞣N費(fèi)用、貸款利率、還款年限等方面的限制，所以其結(jié)果也會(huì)存在較大的變動(dòng)情況。這些經(jīng)濟(jì)因素都會(huì)直接造成整個(gè)設(shè)計(jì)工作的優(yōu)化結(jié)果。

3.工藝流程的優(yōu)化

3.1 原油集輸網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化

原油輸送系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)于能量的消耗也非常嚴(yán)重，所以在進(jìn)行優(yōu)化的過程中存在很大的難度，主要包含了以下兩個(gè)方面：參與優(yōu)化與拓?fù)洳季謨?yōu)化。參數(shù)優(yōu)化主要指的是在設(shè)計(jì)的過程中選擇最佳的管徑、摻水量以及管網(wǎng)能耗的優(yōu)化，并且確定目標(biāo)函數(shù)，通過其參數(shù)的約束條件來確定最佳參數(shù)。拓?fù)洳季謨?yōu)化就是更好的滿足處理能力的要求下，來更加準(zhǔn)確的確定井與站之間的參數(shù)，保證輸油管線長(zhǎng)度最小。

3.2 管道進(jìn)站工藝流程的優(yōu)化

管道進(jìn)站工藝優(yōu)化是當(dāng)前輸油管道設(shè)計(jì)中非常重要的方面，尤其對(duì)于那些建設(shè)時(shí)間比較早的進(jìn)站管道工程中，由于設(shè)備老化嚴(yán)重或者存在很多功能不足的情況，不能滿足新要求，也達(dá)不到節(jié)能、高效的基本要求，而全面進(jìn)行重新建設(shè)投資費(fèi)用比較高，需要立即進(jìn)行系統(tǒng)改造，可以采取優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。管道優(yōu)化進(jìn)站設(shè)計(jì)需要充分的考慮下面幾點(diǎn)：

①合理的運(yùn)用管線進(jìn)站余壓，從而更好的降低能源消耗。

②合理布置輸油油泵，進(jìn)而可以確定管道以及閥門的數(shù)量，有效的降低管路內(nèi)摩阻參數(shù)。

③選擇符合工程要求的設(shè)備，確保其滿足節(jié)能、降耗以及高效的基本要求。

④油品進(jìn)入到罐體內(nèi)應(yīng)該及時(shí)密閉，避免造成消耗，也不會(huì)存在環(huán)境污染的影響。

4.順序輸送的優(yōu)化

輸送順序的優(yōu)化要以整個(gè)系統(tǒng)極為安全為前提條件，同時(shí)將整個(gè)工程的投資和運(yùn)行成本降到最低，并且充分的了解不同的輸油管道所具備的特點(diǎn)，綜合考慮到技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)變量參數(shù)，進(jìn)而可以更好的建立優(yōu)化模型數(shù)據(jù)，從而得出求解方法。輸送順序的優(yōu)化最為關(guān)鍵的就是確定出最為合理的循環(huán)次數(shù)，在輸送的過程中充分的降低油量的損耗，通常情況下都依據(jù)油品的物理性質(zhì)以及化學(xué)性質(zhì)來確定輸送順序。在工作中以某一年度內(nèi)的循環(huán)周期次數(shù)作為主要參數(shù)來分析，循環(huán)次數(shù)越少就說明該中油品一次性的輸送量比較大，也就會(huì)造成嚴(yán)重的石油損失。所以在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該充分的考慮到輸送的優(yōu)化，并且綜合考慮到整個(gè)油罐區(qū)的運(yùn)營成本以及油量順序，進(jìn)而可以優(yōu)化輸送順序。

5.結(jié)束語

原油管道的主要作用就是將石油進(jìn)行輸送，實(shí)現(xiàn)了煉油廠到使用終端的連接，施工效率非常高且可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離運(yùn)輸。在工作中，加強(qiáng)輸油管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以大大提升資源利用率，降低能源消耗，對(duì)于石油行業(yè)的發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用并且實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)

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