成品油管道工藝優化設計分析

劉海斌

（廣州港發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

成品油管道輸送運行時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不同，并且油品之間會形成混合層。由于成品油管道中的介質物理特性不同，并且油品輸送位置和長度持續變化，也影響了成品油管道的管路特性，使得整個成品油管道線路的輸送運行情況發生變化。同時，成品油管道中不同油品液流斷面的點速時均不同，邊緣位置的油品流動速度比較慢，中間位置的油品流動速度相對較快，由于成品油管道途徑各個地區時存在較大落差，不同油品的混油界面不斷前移，是否經過翻越點、全線流量控制、泵節流量、進出站壓力、管道輸量等都處于變化狀態。同時，成品油管道在順序輸送不同油品時，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，成品油管道運行過程中，管道受到各種因素的影響，沿線會發生大幅度的壓力變化，通常情況下，成品油管道途經的地形地貌對于管道壓力變化有著直接的影響。

二、成品油管道工藝優化設計方法

（一）泵運行方式優化

成品油管道順序輸送過程中往往包含多種油品，通過優化泵運行方式，可以提高成品油管道運行效率。根據成品油管道運行公式和基本原理，結合實際運行參數，確定整個成品油管道的最大可行流量，計算各個輸送站的出站壓力，判斷是否需要對成品油管道進行節流或者投運輔助泵。根據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置不同的揚程，優化各泵站主泵站運行，應最大程度地降低能耗費用和管道能耗。

1.串聯運行

成品油管道順序輸送過程中，在泵機組的組合方式下，實現了 長輸管道的運行，管道全線在一段時間內，會有泵運行、組合參數，該參數是最優的。根據管道批次運行流量的不同，選用不同的泵進行串聯運行，例如某市一期管道，根據各站間的輸送流量和油品品號，計算出沿程磨阻，高程差以及翻越高點所消耗的壓頭損失，然后結合泵的額定揚程和流量選擇最佳的配泵運行。以某站為例，若出站流量低于為550m3/h選用1臺小泵即可；若出站流量高于550m3/h，低于650m3/h，可選用1臺小泵和1臺大泵進行串聯；若出站流量高于650m3/h，則需要2臺大泵進行串聯運行。通過科學的計算進行合理的配泵，可充分降低管道的能耗。

2.并聯運行

對于較大落成差的管道，一般采用并聯泵的方式，例如某管道，該站配備了三臺高揚程的大泵，由于下一站的地理位置較高，運行時一般采用兩臺泵并聯的方式運行，這樣方可能滿足管道運行的需要。結合成品油管道的運行參數和輸送油品特性，通過級差調節方式，一方面有效降低成品油管道節流能耗，另一方面提高成品油管道運行調整的靈活性。

（二）雜交差分進化法

傳統數值算法比如離散復合形法及外部近似法等，存在求解非線性混合整數規劃問題的局部搜索性及對初值敏感性強等缺陷，差分進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，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上發展了雜交差分進化算法，能夠實現全局尋優且收斂速度也較快。2006年，有人選取具有摻入和分輸的成品油管道干線系統進行分析，并以管道系統計算期內總費用現值最小為目標函數，在考慮管道強度約束、鋼管穩定性約束、流態約束等約束條件下建立了工藝方案優化設計數學模型，引進雜交差分進化方法，并對算法做了局部改進，采取動態處理約束條件。該方法對其它油氣管道工藝方案優化設計也具有指導意義。在泵站位置候選點確定的條件下，采用了賦權有向圖表示成品油管道工藝方案優化設計問題，通過調用Dijkstra算法，求解出了最短路徑作為最優方案。同時將最短路徑問題擴充為N條最短路徑問題，相應可求得次優、再次優等工藝方案，以供設計人員做多方案比選。

（三）混合離散變量法

混合離散變量法適合于求解既有連續變量又有離散變量的工程實際問題的數學規劃。2004年，根據最優化理論和成品油管道輸送特點建立了成品油順序輸送管道優化設計數學模型。該模型的目標函數是：順序輸送管道在其壽命期內的終值費用（即管道、泵站和油罐的建設投資費用，以及各年運行管理費用均按相同的年利率折算到設備壽命末年時的費用）最小。約束條件包括：水力約束條件、強度約束條件、流態約束條件、管道運行穩定約束條件、首末站罐容約束、管道規格約束條件、泵站數約束條件。然而，其優化模型流態約束條件要求雷諾數大于第二臨界雷諾數，管道都在粗糙區工作。實際運行中，輕油管道的流態多在水力光滑區，輸送低粘油品的較小直徑管道可能進入混合摩擦區，管道運行很難滿足該約束，故該約束條件的合理性有待論證。

（四）差分進化的算法

第一，為限制條件范疇內的處罰度信息間的聯系實施對應的調節；第二，在算法里面可行點適應值函數的整體費用里面加入處罰項；第三，應用進化代數的理念，高效調控算法里面不一樣適應值的偏差范疇，以明確最后的迭代要素；第四，明確不一樣泵站在已經確定圖中相應的頂點，計算不一樣狐段間的權值，明確最后的費用；第五，明確管道的內部壓力以及管徑具體的取值范疇，對于狐的權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候，運用循環調用Dijkstra算法，選取不一樣的路徑。

結語

總而言之，對于成品油管道工藝實施優化遭受著大量因素的影響，其優化程度對于經濟收益的好壞有著決定性的作用。伴隨經濟社會的迅猛進步，對于成品油有著更加大量的需求，所以對于成品油管道工藝的科學優化，不但能夠高效降低成品油在具體輸送環節所發生的損失，更加有助于管道的日常維護，進而降低成本費用，實現最佳化的經濟收益。