长吉输油管道优化运行研究

　　摘要：在对长吉输油管道系统分析的基础上，建立了长吉输油管道优化运行的数学模型，将这个数学模型看作二维资源分配问题，即把全线总压头和全线总热负荷在各站间进行最优分配，运用动态规划的方法求解。计算结果表明，该模型具有实际应用价值。
　　1.前言
　　长吉输油管道西起长春市绿源区西新乡，途经双阳区、永吉县至吉林市吉化炼厂，全长150.045km，正常管段采用323.9*6，材质16Mn螺旋焊缝钢管，设计工作压力6.0Mpa。全线分七座输油站，其中四个热泵站和三个泵站，按流程顺序依次为长春输油站、大南泵站、双阳输油站、岔路河泵站、永吉输油站、九站泵站和吉林输油站。该管道担负着向吉化炼厂输送大庆原油的任务，年输量400万吨，每年要消耗大量的热能和电能，因此，运行管理的一项重要指标就是降低运行能耗，为了实现这一指标，在对长吉输油管道系统分析的基础上，建立了长吉输油管道优化运行的数学模型，将这个数学模型看作二维资源分配问题，即把全线总压头和全线总热负荷在各站间进行最优分配，运用动态规划的方法求解，为实现优化运行提高企业经济效益提供科学的决策依据。
　　
　　2.决策变量及数学模型
　　对于一条正在运行的热油管线，影响输油管道运行经济性及分析结果的因素很多，大致可归纳如下。
　　（1）已知因素。如输量、管径、原油物性、管道及站间长度、各站泵炉配备及性能、沿线起伏高差等．
　　（2）条件已知因素。如全年沿线地温变化、不同输量、不同埋设地域的沿线温降压降．结蜡及对管道运行的影响等因素．可通过多年生产记录、凋度经验及某些实际测试获得．通过分析这些因素对沿线土壤散热进行估算，并以相应方式处理并存人数据库以供调用。此外．站内摩阻、过泵油流温升、管道附件摩阻等也归人此类．此类因素对正确分析经济运行有较大的影响。
　　（3）输送工艺条件。如管道承压、最大允许油温、设备最大负荷、进站压力和进站油温要求等，此类因素以约束条件出现．合理与否直接影响最优方案的确定及可实施性。
　　（4）管道敷设及运行方式。管道敷设及运行方式为需要通过建立不同模型和相应处理方法加以解决的因素，如敷设单管道还是平行双管道，分输及合输要求及位置，故障停泵所需对原输送方案的优化调整等，模型及处理方法正确合理与否，将直接影响分析结果。
　　（5）直接与运行方案有关的因素。直接与运行方案有关且对经济性有直接影响的因素，如泵炉开站位置及匹配方式，进出站油温管压控制参数，增压泵、调速泵启用位置及相应要求，此类因素与人为决策有关．可通过优化分析获得。
　　2.2优化数学模型
　　根据动态规划法的思想，从空间上把长吉输油管道优化运行问题按照全线的泵站数划分为6个阶段，按照油流的方向，从首站开始油流每到达一站作为一个阶段，直到某站为止。第k阶段的状态变量定义为该站的进站温度和进站压力，决策变量定义为该站给油流增加的温度和有效压头，状态变量和决策变量都是二维变量。
　　3.求解方法
　　用动态规划法求解二维资源分配问题时，实际问题中通常采用逐次逼近法和粗格子点法，本文考虑热油管道优化运行问题有其自身特点，即压力优化是以温度已知为前提的，温度优化时又要满足压力限制，应用逐次逼近法求解时收敛速度很快，所以本文采用逐次逼近法求解这个二维资源分配问题，把二维资源分配问题转化为一维问题求解。
　　（1）在进站温度已知的前提下，对压力优化，把总压头在全线各泵站之间进行最优分配，确定最优开泵方案。
　　（2）在开泵方案给定的前提下，对温度优化，以期减小节流损失，把总热负荷在全线各站之间进行最优分配，确定各站最优热负荷。在确定各阶段状态时，对进站压力和进站温度在可行区间内按某一步长离散，这样各阶段的状态数是限定的，从而避免了动态规划法的致命弱点“维数灾难”。以上模型和算法构成了长吉输油管道优化运行计算的理论基础。
　　4计算实例及对比分析
　　算例1在现有设备的基础上，以2001年7月份为例，对长吉线实际运行费用与优化运行的结果进行比较。计算结果见表1。
　　表1实际运行费用与优化运行费用相比
　　输量
　　吨/天 实际费用
　　万元/天 优化费用
　　万元/天 节省费用
　　万元/天 单位能耗节省
　　元/（吨公里）
　　7671.989 5.01105 3.97258 1.03847 0.009024
　　11173.981 7.10478 6.93672 0.16806 0.001003
　　12032.466 8.76506 7.86806 0.897 0.00497
　　
　　算例2在现有设备的基础上，在长春输油站、双阳输油站和永吉输油站在安装一台型号为8X13DA-B的进口泵，对长吉线实际运行费用与优化运行的结果进行比较。计算结果见表2。
　　
　　表2实际运行费用与考虑推荐优化运行费用相比
　　输量
　　吨/天 实际费用
　　万元/天 优化费用
　　万元/天 节省费用
　　万元/天 单位能耗节省
　　元/（吨公里）
　　7671.989 5.01105 3.97258 1.03847 0.009024
　　11173.981 7.10478 6.82347 0.28131 0.001678
　　12032.466 8.76506 7.64386 1.1212 0.006212
　　
　　5结论
　　1． 针对长吉输油管道的特点，建立了长吉输油管道优化运行的数学模型。
　　2． 采用动态规划的方法求解长吉输油管道的优化模型。
　　3． 对长吉输油管道进行优化计算，计算结果表明优化运行能够降低输送油品的单位能耗。
　　4． 针对长吉输油管道的现有设备，提出在在长春输油站、双阳输油站和永吉输油站在安装一台型号为8X13DA-B的进口泵，并进行优化计算，计算结果表明安装进口泵后，能进一步降低输送油品的单位能耗。