成品油管道工艺设计论文

1.成品油工艺系统的特点

成品油的输出管道中的工艺系统主要根据首站、管道、中间的接收站、中间泵站以及分输站和末尾站构建而成，在一些落差比较大的地段，还要建设相关的减压站。其中建设管道系统的外部环境包含着管道的其他子系统以及掩埋管道的土壤等。成品油的输管道的工艺是一个即连续又统一的输出系统。对与单根成品油的输出管道，在它的输出方向已经确定的情况中，对其的优化方案主要是对泵站管道的设置以及钢管规格的选择上。在建设成品油的管道中，其中的工艺系统是管道建设中的主要投资部分，而成品油泵站和管道的建设投资在总的投资量中也占据了比较大的比例，因此应将两种相结合来进行成品油管道工艺方案的优化设计。

2.管道工艺设计方案优化的决策变量

描述成品油管道工艺设计方案中的变量就是优化管道工艺方案中的设计变量。选择相应的决策变量的基本前提就是，一旦将决策变量的值确定之后，成品油管道工艺设计的优化方案方向就确定下来了。在成品油管道工艺设计中的工艺方案涉及到泵站和管道这两个方面。其中泵站分为泵站中的机组配置以及连接方式，还有泵站位置等进行设计。而管道可分为管径、管道材料以及管道壁厚来进行设计。在对成品油的管道进行设计时，一旦成品油的输出种类、输出走向以及输出的流量等因素确定的情况下，那么成品油的管道工艺的优化设计方案就确定下来了。从数学方面来讲，这些因素都可以成为数学模型中的优化决策变量，根据相关的设计准则可以选择一组关联程度相对较低的决策变量来对成品油的管道工艺进行优化设计。还有在成品油输出管道的设计中，还需要对输出管道的建设附近设置几个泵站来给成品油的输出提供相应的压力能，因此应充分的利用管道路线的强度来设置压力值。也以将泵站的压力能作为决策变量，这样的话使成品油的输出管道中承担的压力就会相差无几，从而有利于设备的维修保养，进而减少投资成本以及管道运行使用的相关维护费用。

3.目标函数和约束条件

对成品油的管道工艺方案进行优化设计的前提是在满足多种约束条件下，从而寻找质量最好的管径、管材、设计压力、管道壁的厚度、泵站的数量以及位置、操作的压力、成品油的输送顺序以及管道的首站和末尾站，还有各种成品油的储罐设置等等因素进行组合，使设计的管道工艺方案能在规定时期中获得最大化的经济效益。在对管道设计中，对成品油的工艺方案进行优化设计的基本前提以及相关原则是：(1)将成品油的输出管道按照分输站点来进行划分为几个管段，其管段之间的管径要相同；(2)按照相同的温度对管道工艺进行设计；(3)管段之间的压力设计要相同；(4)不考虑对成品油的建设进行分期投资和分时间断进行建设；(5)各种成品油输出时的体积和流量要相等。还有在管径以及其他的相关参数作为基础对成品油的输送顺序进行研究，因考虑到对成品油的输送量跟管道中的内径相关，因此可以将成品油的输送顺序优化放在这个管道工艺设计方案中进行统一探究。(1)目标函数根据我国现今的管道建设情况，可以选择在管道系统中的建设和运行中的总费用值用最小F作为目标函数，在进行管道建设以及运行中的费用进行计算时，为了简化计算，可以只探究跟管道工艺设计方案相关的一些费用项。在对成品油管道的总费用进行计算时可以根据管道的线路、泵站以及储油罐和相关的混油处理这四个部分来进行计算，从而得出目标函数表达式，如下图所示：minC=Cpipe+Cpipemain+Cstation+Cstationmain+Coperation+Cad(2)约束条件在对成品油管道工艺方案进行优化设计中的约束条件包括强度的约束、水利的约束、工艺操作的相关条件约束以及钢管的相关规格约束和流态约束等等。①钢管强度的约束条件，根据相关的规定（即GB50253-2003），管道泵站的出站压力要满足管道的强度相关要求。②钢管运行稳定的约束条件。在管道建设中为了防止钢管在施工建设期间以及运行期间因外部的一些压力过大导致钢管产生弯曲现象，因此GB50253-2003中对钢管的壁厚和钢管的外径的比对进行了相关规定：A.管径约束Di∈{D}，B.壁厚约束δi∈{δ}DI。③管道钢管中的规格约束，因为成品油的输送管道所用的钢管的按照相关的标准规则进行制造的，因此在对成品油中管道工艺设计中要根据相关的标准来进行设计管径和管道的壁厚。④管道中水压的约束条件，就是任何的动力水压必须要大于最小的动力水压。⑤水力约束条件，成品油在管道中的流动速度必须跟水压维持供需平衡的关系。

4.优化管道工艺的方法

对成品油管道工艺方案的优化程序可以分别分为内外两个层次，所谓的外层就是输送顺序的周期优化，而内层就是管道中管道的壁厚以及管径等参数的优化。由于相关的总费用值跟输送顺序的周期之间的关系是单峰函数，因此在优化成品油输送顺序周期时可以采用一维搜寻法来进行优化。由于内层的优化相关的数学模型是属于非线性混合整数，因此不能使用相关的通用优化方法来进行求解。差分进化算法可以作为一种全局搜寻方法，因其具体不需要其他的辅助信息以及鲁棒性等特点，可以应用于其他领域当中。为了使函数的求解变得简单些，可以将压力离散设计为离散值，还要采用相关的实数编码制，来对相应的函数值进行处理，可以用以下方法进行处理：(1)对违法约束条件的进行惩罚，违法约束程度越大所受到的惩罚也将越大；(2)将可行点数相适应的函数值作为管道建设的总费用现值（即总利润值），而对非可行点要进行相关的惩罚项，相关的算法完结条件就是需要其中一代的最差和最好的个体中的适应值之差要小于0.1%。因为在建设成品油管道之前，就已经对各个分输站的建设位置已经确定下来了，又因，在通常的建设情况下，对管道优化设计的人员都希望将管道中建设的分输站和泵站进行合并，这样不仅可以节约一部分投资建设费用，还可以给运行后的管理和维护带来许多的便利。在进行成品油管道系统总体工艺方案的优化设计时可以运用赋权有向图来表示，在设计成品油管道泵站的位置时，所选择的建设点必须要对应图的顶点，根据对管道中管径和压力所允许的设计取值范围，从而可以确定两个顶点之间有没有弧。当这两个顶点之间没有弧时，设计弧的权值可以为无穷大。我们所说的最短路径就是指两个顶点之间的权值为最小的路径。因此，从起点算起到终点之间所有的路径集合起来的最小权值路径就是成品油管道工艺方案中的最优化方案。在实际的设计应用过程中，需要对管道工艺的设计方案进行综合对比，因此就需要对最短路径进行扩展，形成多条最短路径。对最短路径的求解步骤：(1)先计算出每个成品油管道的最大流量和最小流量；(2)然后确定管道中每个管段间的管径；(3)确定一个成品油输送顺序周期；(4)随意选择管道中的两个泵站位置在满足约束条件下计算出管道的总费用值；(5)改变管道输送顺序周期，运用一维搜索法进行搜寻，从而确定管道的最佳壁厚、管径、以及输送顺序周期和设计压力；(6)运用差进化算法计算出多条最短路径；最后对设计的管道工艺方案进行校核。通过以上的对最短路径的计算，可以在管道泵站选择位置确定的前提下，将对管道优化设计方案转化成最短路径，然后进行求解，不仅有利于对管道建设中的问题进行分析，还有利于求出最佳的管道工艺方案的优化。

5.结语

综上所述，优化成品油管道工艺方案设计到诸多方面的因素，其优化程度直接影响到经济效益的高低。所以在对成品油管道工艺方案进行优化时，首先，可以在管道泵站设置确定的情况下，将管道工艺的优化为题转成最短路径问题进行相关求解。其次，还可以根据传统的函数算法来进行求解，同时对设计算法进行相应的改进和创新，再经过实际的比例从而得出更优的管道工艺方案。再次，还可以编辑一些成品油的管道工艺方案优化设计的相应软件，可以给成品油管道工艺方案进行优化设计提供相应的辅助和参考，从而设计出更好的成品油管道工艺设计方案。随着我国社会经济的不断发展，对成品油的需求量也在不断的增加，因此对成品油管道工艺的合理设计优化，不仅可以有效的减少成品油在管道输送中成品油的损耗，更有利于在运行中对管道的维护，还可以最大化的提高经济效益。

作者:梁丽珊 单位:广东中化石油化工设计有限公司

【参考文献】

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