成品油管道工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

劉海斌

（廣州港發(fā)石油化工碼頭有限公司，廣東 廣州 511458）

一、成品油管道輸送特點(diǎn)

成品油管道輸送運(yùn)行時(shí)往往包含兩種或者兩種以上的油品，不同油品之間的水力狀態(tài)不同，并且油品之間會(huì)形成混合層。由于成品油管道中的介質(zhì)物理特性不同，并且油品輸送位置和長度持續(xù)變化，也影響了成品油管道的管路特性，使得整個(gè)成品油管道線路的輸送運(yùn)行情況發(fā)生變化。同時(shí)，成品油管道中不同油品液流斷面的點(diǎn)速時(shí)均不同，邊緣位置的油品流動(dòng)速度比較慢，中間位置的油品流動(dòng)速度相對(duì)較快，由于成品油管道途徑各個(gè)地區(qū)時(shí)存在較大落差，不同油品的混油界面不斷前移，是否經(jīng)過翻越點(diǎn)、全線流量控制、泵節(jié)流量、進(jìn)出站壓力、管道輸量等都處于變化狀態(tài)。同時(shí)，成品油管道在順序輸送不同油品時(shí)，若遇到一些大落差，相鄰油品的密度存在較大差異，如柴油和汽油，成品油管道運(yùn)行過程中，管道受到各種因素的影響，沿線會(huì)發(fā)生大幅度的壓力變化，通常情況下，成品油管道途經(jīng)的地形地貌對(duì)于管道壓力變化有著直接的影響。

二、成品油管道工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

（一）泵運(yùn)行方式優(yōu)化

成品油管道順序輸送過程中往往包含多種油品，通過優(yōu)化泵運(yùn)行方式，可以提高成品油管道運(yùn)行效率。根據(jù)成品油管道運(yùn)行公式和基本原理，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，確定整個(gè)成品油管道的最大可行流量，計(jì)算各個(gè)輸送站的出站壓力，判斷是否需要對(duì)成品油管道進(jìn)行節(jié)流或者投運(yùn)輔助泵。根據(jù)成品油管道的最大承壓能力，由于不同油品的批次輸送流量不同，不同位置的泵站需要設(shè)置不同的揚(yáng)程，優(yōu)化各泵站主泵站運(yùn)行，應(yīng)最大程度地降低能耗費(fèi)用和管道能耗。

1.串聯(lián)運(yùn)行

成品油管道順序輸送過程中，在泵機(jī)組的組合方式下，實(shí)現(xiàn)了 長輸管道的運(yùn)行，管道全線在一段時(shí)間內(nèi)，會(huì)有泵運(yùn)行、組合參數(shù)，該參數(shù)是最優(yōu)的。根據(jù)管道批次運(yùn)行流量的不同，選用不同的泵進(jìn)行串聯(lián)運(yùn)行，例如某市一期管道，根據(jù)各站間的輸送流量和油品品號(hào)，計(jì)算出沿程磨阻，高程差以及翻越高點(diǎn)所消耗的壓頭損失，然后結(jié)合泵的額定揚(yáng)程和流量選擇最佳的配泵運(yùn)行。以某站為例，若出站流量低于為550m3/h選用1臺(tái)小泵即可；若出站流量高于550m3/h，低于650m3/h，可選用1臺(tái)小泵和1臺(tái)大泵進(jìn)行串聯(lián)；若出站流量高于650m3/h，則需要2臺(tái)大泵進(jìn)行串聯(lián)運(yùn)行。通過科學(xué)的計(jì)算進(jìn)行合理的配泵，可充分降低管道的能耗。

2.并聯(lián)運(yùn)行

對(duì)于較大落成差的管道，一般采用并聯(lián)泵的方式，例如某管道，該站配備了三臺(tái)高揚(yáng)程的大泵，由于下一站的地理位置較高，運(yùn)行時(shí)一般采用兩臺(tái)泵并聯(lián)的方式運(yùn)行，這樣方可能滿足管道運(yùn)行的需要。結(jié)合成品油管道的運(yùn)行參數(shù)和輸送油品特性，通過級(jí)差調(diào)節(jié)方式，一方面有效降低成品油管道節(jié)流能耗，另一方面提高成品油管道運(yùn)行調(diào)整的靈活性。

（二）雜交差分進(jìn)化法

傳統(tǒng)數(shù)值算法比如離散復(fù)合形法及外部近似法等，存在求解非線性混合整數(shù)規(guī)劃問題的局部搜索性及對(duì)初值敏感性強(qiáng)等缺陷，差分進(jìn)化算法作為一種有效的全局搜尋方法，具有魯棒性、并行性等特點(diǎn)，但其具有易陷于局部極小值等缺陷。1998年，Chou等在差分算法的基礎(chǔ)上發(fā)展了雜交差分進(jìn)化算法，能夠?qū)崿F(xiàn)全局尋優(yōu)且收斂速度也較快。2006年，有人選取具有摻入和分輸?shù)某善酚凸艿栏删€系統(tǒng)進(jìn)行分析，并以管道系統(tǒng)計(jì)算期內(nèi)總費(fèi)用現(xiàn)值最小為目標(biāo)函數(shù)，在考慮管道強(qiáng)度約束、鋼管穩(wěn)定性約束、流態(tài)約束等約束條件下建立了工藝方案優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，引進(jìn)雜交差分進(jìn)化方法，并對(duì)算法做了局部改進(jìn)，采取動(dòng)態(tài)處理約束條件。該方法對(duì)其它油氣管道工藝方案優(yōu)化設(shè)計(jì)也具有指導(dǎo)意義。在泵站位置候選點(diǎn)確定的條件下，采用了賦權(quán)有向圖表示成品油管道工藝方案優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，通過調(diào)用Dijkstra算法，求解出了最短路徑作為最優(yōu)方案。同時(shí)將最短路徑問題擴(kuò)充為N條最短路徑問題，相應(yīng)可求得次優(yōu)、再次優(yōu)等工藝方案，以供設(shè)計(jì)人員做多方案比選。

（三）混合離散變量法

混合離散變量法適合于求解既有連續(xù)變量又有離散變量的工程實(shí)際問題的數(shù)學(xué)規(guī)劃。2004年，根據(jù)最優(yōu)化理論和成品油管道輸送特點(diǎn)建立了成品油順序輸送管道優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型。該模型的目標(biāo)函數(shù)是：順序輸送管道在其壽命期內(nèi)的終值費(fèi)用（即管道、泵站和油罐的建設(shè)投資費(fèi)用，以及各年運(yùn)行管理費(fèi)用均按相同的年利率折算到設(shè)備壽命末年時(shí)的費(fèi)用）最小。約束條件包括：水力約束條件、強(qiáng)度約束條件、流態(tài)約束條件、管道運(yùn)行穩(wěn)定約束條件、首末站罐容約束、管道規(guī)格約束條件、泵站數(shù)約束條件。然而，其優(yōu)化模型流態(tài)約束條件要求雷諾數(shù)大于第二臨界雷諾數(shù)，管道都在粗糙區(qū)工作。實(shí)際運(yùn)行中，輕油管道的流態(tài)多在水力光滑區(qū)，輸送低粘油品的較小直徑管道可能進(jìn)入混合摩擦區(qū)，管道運(yùn)行很難滿足該約束，故該約束條件的合理性有待論證。

（四）差分進(jìn)化的算法

第一，為限制條件范疇內(nèi)的處罰度信息間的聯(lián)系實(shí)施對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)；第二，在算法里面可行點(diǎn)適應(yīng)值函數(shù)的整體費(fèi)用里面加入處罰項(xiàng)；第三，應(yīng)用進(jìn)化代數(shù)的理念，高效調(diào)控算法里面不一樣適應(yīng)值的偏差范疇，以明確最后的迭代要素；第四，明確不一樣泵站在已經(jīng)確定圖中相應(yīng)的頂點(diǎn)，計(jì)算不一樣狐段間的權(quán)值，明確最后的費(fèi)用；第五，明確管道的內(nèi)部壓力以及管徑具體的取值范疇，對(duì)于狐的權(quán)值范疇作出必要地論述；第六，在明確起管道建造最短路徑的時(shí)候，運(yùn)用循環(huán)調(diào)用Dijkstra算法，選取不一樣的路徑。

結(jié)語

總而言之，對(duì)于成品油管道工藝實(shí)施優(yōu)化遭受著大量因素的影響，其優(yōu)化程度對(duì)于經(jīng)濟(jì)收益的好壞有著決定性的作用。伴隨經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅猛進(jìn)步，對(duì)于成品油有著更加大量的需求，所以對(duì)于成品油管道工藝的科學(xué)優(yōu)化，不但能夠高效降低成品油在具體輸送環(huán)節(jié)所發(fā)生的損失，更加有助于管道的日常維護(hù)，進(jìn)而降低成本費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)最佳化的經(jīng)濟(jì)收益。