克—烏管道稠稀油混輸的優化運行

克—烏管道稠稀油混輸的優化運行

袁亮1買斌虎2石遠1沈曉燕1

1新疆油田公司工程技術研究院2新疆油田公司重油公司

針對克—烏管道稠稀混輸要求，建立了以稀油摻混比例最小以及管輸過程能耗最低的多目標函數的稠稀混輸運行方案優化數學模型。將主觀賦權與客觀賦權有機結合，確定了不同子目標函數值的組合權重。以稠油輸送任務6 000 t/d為例，對克—烏管道混輸運行方案進行優化模擬計算，確定該任務輸量下，稀稠比例6∶4為最優，同時給出管線運行的相關優化參數。

稠稀混輸；能耗；多目標函數；優化；組合權重

新疆油田隨著風城超稠油SAGD開采技術的突破和建設新疆大慶的需要，風城稠油產量不斷增加，部分超稠油需通過已建的克—烏兩條管道進行摻稀油外輸。因此，有必要開展克—烏管道混輸優化運行技術研究，在確保完成稠油輸送任務的前提下，減小稀油摻混比例，降低輸油能耗，提高在役管道的經濟效益。

1 稠稀油混輸優化模型建立

整體設定輸油能耗最低和稀油摻混比例最小兩個優化目標，采用非線性多目標規劃方法構建目標函數。

式中C為日輸油能耗（kJ/d）；a1為權重；N為稠稀油摻混比例；a2為權重；Cp為熱泵站動力能耗（kJ/d）；Ch為熱力能耗（J/d）；i為站號；n為熱泵站號；G′、G″為兩條管道日輸混油量（t/d）（注：兩條線的輸量分配額優化方法比較簡單，這里不作說明）；H′i、H″i為兩條管道第i站的泵提供的揚程（m）；η′pi、η″pi為兩條管道第i站的泵效率；c為原油比熱容（kJ/(kg·℃)）；T′ri、T″ri分別為兩條管道第i站的出站溫度（℃）；T′zi、T″zi為兩條管道第i站的進站溫度（℃）；η′hi、η″hi為兩條管道第i站加熱爐效率。

出站溫度約束為

進站溫度約束為

出站壓力約束為

進站壓力約束為

泵站特性約束為

加熱爐特性約束為

式（6）～（11）中：Pri為第i站出站壓力（Pa），為第i站允許最高出站壓力（Pa）；Pzi為第i站進站壓力（Pa）；為第i站允許最低進站壓力（Pa）；為第i站最高升壓值（Pa）；Ai、Bi分別為第i站泵站系數；Q為體積流量；m為原油流態系數；ΔTi為第i站最大升溫值（℃）；Sri為第i站加熱爐有效熱負荷（kW）；為第i站最大出站溫度；為第i站最低進站溫度。

2 求解過程

具體求解過程見圖1。

圖1 多目標優化迭代計算流程

本文采用極大型評價指標進行量綱的歸一化處理。

將層次分析法和熵值法確定的權重進行組合，得到新的組合權重。

（3）令α和β表示主、客觀方法的相對重要程度，滿足0≤α≤1，0≤β≤1，且α+β=1，滿足

3 模擬計算

以輸送稠油任務6 000 t/d為例對混輸運行方案進行模擬計算，計算結果見表1。

表1 目標值評價結果

由表1看出，在稀油比例最小的情況下由于沿線溫降較大，摩阻大，能耗損失巨大，目標值較大；而日輸油能耗最低的方案，由于稀稠油比例較大，其目標值也不是最小。最終確定稀稠油比例為6∶4作為最優輸送方案。

從運行數據可以反映出各站需控制的出站溫度和出站壓力情況，為克—烏管道今后的生產運行提供參考。

4 結論

（1）針對克—烏管道稠稀混輸要求，建立了以稀油摻混比例最小以及管輸過程能耗最低的多目標函數的稠稀混輸運行方案優化數學模型。

（2）將主觀賦權與客觀賦權有機結合，確定了不同子目標函數值的組合權重。

（3）以稠油輸送任務6 000 t/d為例，對克—烏管道混輸運行方案進行優化模擬計算，確定該任務輸量下，稀稠比例6∶4為最優，同時給出管線運行的相關優化參數，為今后克—烏管道不同任務輸量下的高效運行提供理論支持。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.011