白狼城—小河輸油管道運行參數優化

張乃祿 王曉明 趙自愿 徐菁 周國華

1西安石油大學電子工程學院；2西安石油大學石油工程學院3延長油田股份公司靖邊采油廠

白狼城—小河輸油管道運行參數優化

張乃祿1；2王曉明2趙自愿2徐菁2周國華3

1西安石油大學電子工程學院；2西安石油大學石油工程學院3延長油田股份公司靖邊采油廠

白狼城—小河輸油管道工程的管道優化設計采用的是遺傳算法。計算結果表明，運行參數較優化前有所減小，優化后運行總費用可節省9.3萬元/年，經濟效益提高了5.61%。為了有效消除因電價上漲所帶來的影響，可通過提高輸送溫度來降低泵的揚程，從而降低運行費用。當燃料價格上漲帶來較大影響時，可提高輸送壓力，降低輸送溫度。

輸油管道；運行參數；優化模型；遺傳算法

輸油管道優化運行是降低輸油成本的有效措施，是近幾年油氣田地面工程與儲運研究領域的一個熱點問題。本文基于最優化理論與最優化問題原理，對白狼城—小河輸油管道進行優化運行研究。建立了管輸運行總費用的優化數學模型，根據輸油管道優化運行問題的特點，采用遺傳算法對輸油管道優化模型進行了求解，并研究了影響管輸運行費用的因素及其之間的變化規律，為實現輸油管道優化運行，提高在役管線的經濟效益，降低運行總費用提供了一定的科學依據。

1 優化模型建立

白狼城—小河輸油管道工程是延長油田陜北集輸系統的重要組成部分，全線長約40km，承擔著沿線各采油區原油輸至相應聯合站進行處理并外輸的任務。

該管道工程主要包括：白狼城～11#聯合站，全場11.57km，管徑DN133mm，年設計輸量21萬噸；11#～10#聯合站，管線全長12.88km，管徑DN133mm，年設計輸量29.6萬噸；10#聯合站～小河集油站，管線全長15.79km，管徑DN159mm，年設計輸量29.65萬噸。

1.1 優化目標函數與約束條件的建立

1.1.1 目標函數的建立

選取輸油管道熱泵站的年動力費和熱力費用之和作為優化運行數學模型中的目標函數，即

1.1.2 約束條件的建立

（1）熱力約束。

式中Tmax為原油物性、輸油管的安全、瀝青防腐層三者中允許最高溫度。

（2）水力約束。

（3）管道強度約束。

（4）泵機組特性約束。為了保證完成輸油任務，熱泵站的排量應略大于或等于任務輸量Q，熱泵站提供的能量等于管路系統消耗的能量。當單臺泵不能滿足輸油任務的要求時，可考慮泵機組的串、并聯工作方式。

1.2 優化數學模型

2 優化計算

2.1 遺傳算法及優化計算結果

白狼城—小河輸油管道工程的管道優化設計采用的是遺傳算法。其優化前、后運行參數及費用對比見表1。通過對比可以看出，優化后運行參數有所減小，不但滿足了輸送要求，而且降低了運行成本。優化后總費用可節省9.3萬元/年，經濟效益提高了5.61%；動力費用較優化前每年可節省3.2%；熱力費用每年可節省8.16%。白狼城～11#聯合站，優化前后總費用相對較高，熱力費用占比例較大，主要是因為在這個管段加熱溫度及加熱熱程比較高，導致熱力費用相當高。該管段出站壓力較大，但年輸量較其他管段較小，所以動力費用相對其他管段差別不大。11#～10#聯合站，優化前后動力費用所占比例較大，主要是因為年輸量大所致。加熱溫度及加熱熱程較低使得熱力費用相對其他管段較低。10#聯合站～小河，優化前后動力費用與熱力費用所占比例相當。雖然年輸量很大，但輸送壓力較小使得動力費用相對不是很大。

2.2 影響優化結果因素分析

從各因素對優化后總費用的影響結果可以看出，電力價格波動10%，總運行費用變化5.03%。電力價格的高低對運行費用的影響很大。為了有效消除因電價上漲所帶來的影響，可通過提高輸送溫度來降低泵的揚程，從而降低運行費用。燃料油價格波動10%，總運行費用變化4.967%。燃料價格的變化對運行費用的影響很大，當燃料價格上漲帶來較大影響時，可提高輸送壓力，降低輸送溫度，從而降低運行費用。原油的黏度隨著溫度的降低而增大，而動力費用卻相應增加，所以提高輸送壓力，降低輸送溫度必須控制在一定范圍之內，才可實現一定的經濟效益。年輸量上漲10%，總運行費用上漲9.75%，年輸量下降10%，總運行費用下降9.81%，所以輸量的變化對運費用影響也很大。

表1 優化前、后運行參數及費用對比

3 結論

（1）白狼城—小河集輸系統輸油管道以運行總費用（動力費用和熱力費用）最低為目標函數，建立了輸油管線運行參數優化數學模型；選取運行參數（出站壓力、出站溫度）作為優化參數，采用遺傳算法進行優化求解。

（2）計算結果表明，優化后運行參數有所減小，運行總費用可節省9.3萬元/年，經濟效益提高了5.61%，不但滿足了輸送要求，而且達到了降低原油輸送成本的目的。

（3）電力價格、燃料油價格、年輸量對運行費用的影響較大。要充分利用電力價格或燃料油價格較低的機會實現運行費用相對較低的目標。同時，年輸量也必須控制在經濟輸量范圍之內。

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.021