輸油管道生產(chǎn)運行方案優(yōu)化技術(shù)研究

李欣妍

[摘 要]本文主要針對國內(nèi)外的輸油管道線路優(yōu)化運行所做的工作進(jìn)行相關(guān)的分析從眾多的優(yōu)化方案中選擇遺傳算法來解決所建立的數(shù)字模型中的問題，并且對于其中的遺傳算法的概念、計算步驟、特點、運行參數(shù)等進(jìn)行逐一的介紹，同時還編寫了輸油管道優(yōu)化運行管理的軟件。在此之前通過對中哈輸油管道線路和孤羅東輸油管道線路所進(jìn)行的優(yōu)化分析中，指出了提出當(dāng)影響運行費用的各參數(shù)變化時，具體所應(yīng)該實施的方案，也找出了運行費用和各參數(shù)變化之間的規(guī)律，其結(jié)果和實際一致。

[關(guān)鍵詞]管道線路； 優(yōu)化分析； 數(shù)據(jù)化

中圖分類號：TE368 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）21-0398-01

引文

輸油管道線路是石油化工行業(yè)的命脈，是國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分之一。它的運行管理涉及到國家多個方面的大型系統(tǒng)工程。隨著我們國家的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，對于石油原油的需求量越來越大，近幾年來，數(shù)條支持長距離運輸和跨國境運輸?shù)妮斢凸艿老嗬^建成。針對于如此巨大的管道建設(shè)，管道能否正常優(yōu)化運行，節(jié)能降耗，對于實現(xiàn)管道運輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展具有重要意義。

一、提出問題及研究的意義

輸油管道線路的運行管理涉及到國家的政治、經(jīng)濟(jì)、社會、安全、技術(shù)以及生態(tài)環(huán)境等多個方面。在未來的十年里，我們國家將增加新的原油運輸管道約6500KM，國內(nèi)的原油總管道長度將逼近20000km大關(guān)，最終將形成能夠覆蓋東、西部大部分煉化企業(yè)的綜合性原油調(diào)運系統(tǒng)，形成一張貫穿東西部的大型原油干線的大網(wǎng)，如此就能夠確保我國煉化企業(yè)原油資源。

因此，如何實現(xiàn)管道的安全運行、節(jié)能、低耗、保護(hù)環(huán)境、提高系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)收益，才是科研攻關(guān)和優(yōu)化運行管理的目標(biāo)，輸油管道優(yōu)化運行解決的正是如何在確保完成輸油任務(wù)的前提下，盡可能的降低輸油損耗，尋找一個最優(yōu)、最經(jīng)濟(jì)的輸送方案。

輸油管道優(yōu)化運行是以管線系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)、流程以及外部環(huán)境為基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)之上合理的執(zhí)行出管道線路的輸油計劃和運行方案，讓整條線路在規(guī)定的時間內(nèi)完成輸油任務(wù)的同時運行費用達(dá)到最低。

為此選擇科學(xué)的、先進(jìn)的優(yōu)化決策方法，針對管線運行中各個分項進(jìn)行分析，從其中找出差距，從差距中找出改進(jìn)的方向，為提高管道線路的經(jīng)濟(jì)效益，提供科學(xué)的依據(jù)，進(jìn)而達(dá)到管道整體優(yōu)化運行的目的。

二、國內(nèi)外輸油管道優(yōu)化管理的現(xiàn)狀

輸油管道運輸?shù)膬?yōu)化運行問題從二十多年前就引起了我們國家的關(guān)注并開始著手準(zhǔn)備。所謂的優(yōu)化運行，一般情況下就是指在給定的管道的內(nèi)、外部條件的前提下，通過方案的調(diào)整使得管道中某一個或幾個技術(shù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，所以又被稱為運行方案的優(yōu)化。在反應(yīng)管道運行收益的技術(shù)經(jīng)濟(jì)的指標(biāo)體系中，只有能耗和能耗的費用受運行方案的影響是最大的，所以國內(nèi)外油氣管道運輸行業(yè)不約而同地將能耗或者是能耗費用最低當(dāng)作管道優(yōu)化運行的最優(yōu)準(zhǔn)則，以至于在某種程度上能耗最優(yōu)化成了管道優(yōu)化運行的代名詞。我國的輸油管道優(yōu)化運行的研究明顯帶有中國特色。而國外主要側(cè)重于等溫的輸油管道或者是成品油順序輸送管道，我們國家的研究則是著重于加熱輸送方式的原油管道。

油氣管道的最優(yōu)化研究起源于管道線路的優(yōu)化運行。在五十年代的時候，蘇聯(lián)的學(xué)者就提出熱油管道中“最優(yōu)加熱溫度”這樣的概念。針對于當(dāng)時所采用的牛頓流的熱油管道線路的流型，使用微分法導(dǎo)出了最優(yōu)出站的各個參數(shù)的關(guān)系式。六十年代初美國人講動態(tài)規(guī)劃法應(yīng)用于等溫密封輸油管道的站間的壓力分配，又確定站內(nèi)最優(yōu)泵的組合。這是外國學(xué)者們早期在管道運輸領(lǐng)域中從理論上對現(xiàn)在的優(yōu)化運行所做出的貢獻(xiàn)。在國外的油氣動力系統(tǒng)中，還有不少是采用熱機(jī)作為原動力的。為了能使油氣管道中的油泵和壓縮機(jī)正常運轉(zhuǎn)，每年都要耗費大量的燃料。因此在外面有不少公司對燃料的消耗進(jìn)行了最優(yōu)化研究。

在20世紀(jì)80——90年代，我國學(xué)者針對于我國國情所展開的系統(tǒng)開展的熱油管道優(yōu)化運行研究，在優(yōu)化理論、模型、算法、軟件等方面取得過具有實用意義的成效，但是很遺憾，這些成果并未能真正投入到我國的管道運行行業(yè)。

三、優(yōu)化方法

（一）優(yōu)化問題就是追求優(yōu)化目標(biāo)的問題，能夠達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)的方案就是優(yōu)化方案。尋找優(yōu)化方案的方法就是優(yōu)化方法。優(yōu)化方法是一種最近幾年興起的應(yīng)用性很強(qiáng)的方法，在第二次世界大戰(zhàn)之后，在經(jīng)濟(jì)、局勢、科技等多個領(lǐng)域的迫切需要下，以及運籌學(xué)、控制論、系統(tǒng)工程、計算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展的環(huán)境下，為優(yōu)化方法的發(fā)展提供的基礎(chǔ)條件。如今，優(yōu)化方法已經(jīng)逐步成為各行業(yè)發(fā)展不可缺少的技術(shù)了。尤其是在管道工程領(lǐng)域中至今還存在著大量的問題需要優(yōu)化方法的發(fā)展加以解決。

（二）在工程設(shè)計中優(yōu)化方法有多種類型，有著不同的分類方法。如果按照設(shè)計變量數(shù)值的不同，可以將優(yōu)化方法分為單變量優(yōu)化和多變量優(yōu)化；如果按照約束條件的不同，則可以分為無約束優(yōu)化和有約束優(yōu)化；如果按照目標(biāo)函數(shù)數(shù)量的不同，又能分成單目標(biāo)和多目標(biāo)；按照求解方法，可以分為準(zhǔn)則法和數(shù)學(xué)規(guī)劃法。

所謂的準(zhǔn)則法就是根據(jù)力學(xué)和其他原則，構(gòu)造最優(yōu)的準(zhǔn)則，滿足應(yīng)力準(zhǔn)則和優(yōu)化準(zhǔn)則等準(zhǔn)則；然后利用這些準(zhǔn)則的實際運用情況尋求最優(yōu)解。數(shù)學(xué)規(guī)劃法是根據(jù)解極值問題的數(shù)學(xué)原理，再運用數(shù)學(xué)的歸納法來解出最優(yōu)解。數(shù)學(xué)規(guī)劃法按照設(shè)計問題優(yōu)化求解的特點，又分為了線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃以及動態(tài)規(guī)劃。

近幾年來，又出現(xiàn)一些新的優(yōu)化算法：遺傳算法、混沌優(yōu)化、進(jìn)化規(guī)劃、模擬退火、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其混合優(yōu)化策略等，通過不斷的模擬揭示某些自然的現(xiàn)象或者過程促進(jìn)發(fā)展，同時也為復(fù)雜問題的解決提供了新的思路和手段。因為這些算法所構(gòu)造的直觀性和自然機(jī)理，所以又被稱為智能優(yōu)化算法。

結(jié)束語

本文根據(jù)國內(nèi)企業(yè)油氣運輸耗能大，且又是國民經(jīng)濟(jì)的命脈這一問題，提出了輸油管道優(yōu)化運行的必要性和重要性，并調(diào)查了大部分國內(nèi)外輸油管道優(yōu)化運行的現(xiàn)狀。

通過對輸油管道優(yōu)的化運行方法分析，對優(yōu)化方法的特點和分類的歸納總結(jié)，本文對于輸油管道線路優(yōu)化運行的研究有了清晰的概念：確保完成輸油任務(wù)并盡可能的降低輸油過程中的能耗量，尋找最優(yōu)、最經(jīng)濟(jì)的輸送方案。

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