在油田應用輸油管道仿真系統的淺析

馬潔

【摘要】輸油管道仿真是以油氣儲運輸送工藝中，管內原油穩定流和瞬變流的數學描述及求解為核心，綜合應用油氣儲運、流體力學、計算機、自動化、網絡通信等多學科知識的前沿技術。輸油管道仿真技術已成為提升油田管道管理水平的有效途徑，是實現管道智能化管理的重要手段。根據油田目前輸油管道系統的現狀，文中結合仿真技術的內容和要求，客觀分析了影響構建油田輸油管道仿真系統的一些因素，并提出應對措施和建議，為構建油田輸油管道仿真系統進行了有益的思考。

【關鍵詞】輸油管道;數學模型;仿真;管理

一、油田應用輸油管道仿真系統的現狀

在油田的生產中，輸油管道就象油田的主動脈一樣，對油田的正常運轉起著不可替代的作用。隨著生產管理向安全、經濟、高效目標的時代邁進，對輸油管道的運行管理提出了更高的要求。根據輸送任務的不同，要保證包括首末站、增壓站、注入站（甚至分輸站）及中間管道這樣一個完整的管道體系，在系統內外部條件給定的前提下，能夠隨時動態地協調沿線各單元及配套系統的供能設備運行，合理調配生產工藝參數，使全系統始終處于安全平穩的最優化的運行狀態一管道的技術經濟指標最佳，整個系統以最低的能耗完成輸送任務，要實現這種管理要求是十分復雜的。另外，要保障管道系統在發生閥門誤關閉、泵站突然停電、管道泄漏、凝管、堵塞、管道破裂、地震等突發事件時的安全，能夠及時根據管道沿線工況的變化，提前預警或在事件發生后用最短的時間確定相應的調節方案和處理措施，這都是現代管道科學管理的要求。

輸油管道的計算機仿真技術正是為了滿足現代管道科學管理要求而發展起來的。到目前為止，世界上許多著名的管道公司花費了大量的人力物力從事管道仿真技術的研究，開發出了功能強大、使用靈活的仿真軟件，比較知名的有TLNET、SPS等，通過實際生產的驗證和應用，取得了非常好的使用效果。國內的有關公司和大學等研究單位從上世紀90年代開始，在引進和消化國外技術的基礎上，在管道仿真軟件應用和開發方面做了大量的工作，促進了管道仿真技術在我國的發展，管道的仿真管理代表著目前輸油管道管理的最高水平。

二、油田應用輸油管道仿真系統存在的不足

輸油管道系統是包括管線和沿線各站的一個統一的水力、熱力體系，只有進行全線的統一管理和調度，才能實現系統最優化運行，才能充分發揮自動化系統的作用。目前輸油管道系統只是完成了數據采集功能，基本沒有實現數據的在線處理和運行優化以及聯鎖控制，如油罐液位超高自動切斷進口閥，油罐低液位聯鎖停泵，加熱爐在停輸后自動聯鎖停爐等。沒有實現真正意義上的數據分析處理，造成采集數據沒有實現綜合性、關聯性分析。工藝流程操作中的很多數據是關聯的，如流量計的數據跟油罐液位之間的關系、各點壓力、溫度變化先后等，對于這些數據進行智能分析，可以迅速發現流程誤操作、發現油罐跑油事故、及早發現儀表故障等;如通過輸油泵前后壓力、溫度、流量、電量數據，可得出輸油泵效率，通過對輸油管道進出壓力、溫度、流量、地溫等數據的分析，可以計算出輸油效率，進而用于指導調度生產等具有重要的意義。輸油站庫均沒有高壓泄壓就地保護設施，在事故狀態或全線統一調控的情況下，不能滿足工藝過程對系統安全的要求。由于各種原因，仍然需要大量的人工參與數據的錄取和記錄、計算、傳遞，這樣就增加了出現諸如手工計算日報產生誤差這種人為誤差的幾率，并降低效率，對于機械的、常規的工作應充分發揮數字化系統的功能，減少人為的誤差。

三、油田應用輸油管道仿真系統的建議

（一）對采集的歷史數據進行妥善管理

輸油管道的仿真系統的核心是建立對本管道系統水力瞬變流的全面準確描述，主要難點體現在邊界條件的準確模擬。每一個管道系統，其具體組成的系統單元不同，位置各異。由于管道運行控制是通過對各站設備的操作來實現的，而設備的動作、調節會產生擾動，沿線各站場工藝流程不同，流動發生變化時對管道的影響也不同，管道動態過程產生的壓力波到達各種邊界時發生的通過和反射情況與各站的流程有關，所以必須針對不同的管道系統，根據該系統中管道上設置的設備、站場等單元的特性和各種操作補充計算方程（邊界條件）。由于各站的流程和設備復雜多變，則對這些多種多樣邊界條件的數學描述必須完整準確、有針對性。對于已建管道系統運行的歷史數據，尤其是一些關鍵參數及突發事件時系統采集的各種可靠數據，為建立和求解這些復雜的邊界條件提供了的基礎數據，成為了重要的實際參考依據。同時，要求值班人員對現場采集的數據及時比對，發現數據有偏差時，盡快對現場儀器儀表進行檢查或標定，確保數據記錄的可靠性。

（二）建立完整的管道系統相關基礎數據庫

在仿真系統運行時需要用到的管道系統主要基礎數據有：①線路數據：管道的全程縱斷面數據，管線轉角位置，變徑點、中間截斷閥參數;②油品數據：粘度、密度、比熱、飽和蒸汽壓、體積膨脹系數;③設備數據：輸油泵參數（額定轉速、額定功率、泵特性曲線參數、調速特性參數），泄壓閥參數（直徑、特性曲線、最大泄流量）等;④站場數據：輸油泵（種類、聯結方式、臺數、控制方式），電價，站內摩阻，泄壓閥種類，調節閥種類，調節設定值，流程控制設定參數，參數聯鎖邏輯等等。

（三）在仿真軟件的選擇和開發上要注重實際及長遠規劃

目前，國內外的各種仿真軟件種類很多，各有特點和長處。每一個管道運營企業都有自己的管理模式和特點，其建立的輸油管道仿真管理系統主要圍繞本企業生產過程控制、生產管理、經營管理來開展工作。在實現以上工作內容時，建立一套符合本企業管道自身生產實際和管理特點的管道仿真系統，把握好經濟性和實用性的平衡。最后，要建立一支有經驗的運行操作隊伍

由于管道仿真軟件屬于專業軟件，在軟件的維護及功能的深層次使用中，需要不僅熟悉輸送工藝，而且要比較熟悉計算機和自動化、數字通信方面的復合型人才，這樣才能發揮仿真系統的作用，達到智能化管理輸油管道的目的。