基于MATLAB的長輸成品油管線水力模型構建

陳云（中國石化銷售股份有限公司華東分公司，上海200050）

1 收集實際管道物理數據

本文首先收集了一條實際在用某長輸成品油管道的物理數據，該管道為支線架構，共5個站場，主線分為A首站、B中間站、C中間站、D末站、其中支線段在B站處與主線匯集，支線末站為E末站。

2 模型構建

該模型主要架構如下，模擬實際調度場景，用戶輸入相關參數（A首站配泵、B站、C站下載量）計算穩態工況下所有節點的參數情況（為簡化計算，本文僅考慮全線柴油工況，柴油密度定為840kg/m3）。

為避免節流，節能降耗，管道正常運行時，主線調節閥及末站下載調節閥均處于全開狀態，管線損耗以沿程摩阻損耗為主，管線運行人員在進行工況控制時，一般只會控制首站配泵組合以及中間下載站流量，而末站的流量無法直接控制。根據該特點，我們設定的模型的輸入量僅有3個，以模擬真實調度場景，即首站配泵模式、B站下載流量、C站下載流量，根據該部分輸入可直接計算出管線穩態工況。

本模型主要基于MATLAB平臺，共包含兩個M文件、Calculate.M 和Calculate_error.M，其中后者主要用于初始穩態的摩阻計算、泵的壓力模擬及補償、并根據全線流量消耗摩阻及泵提供的壓力輸出一個error 值，該值在Calculate.M 中得到引用，主要用于D站的流量計算。程序的初始穩態需要使用者提供3個參數、B站下載量、C站下載量、A站配泵模式。

為了簡化計算，本文假設管線流量和壓力的變化都是實時無滯后的，即循環計算查找穩態流量時不考慮瞬態影響。在知道A 站配泵、B 站、C 站下載量以后,需要計算D 站的下載量，根據站場設計流量區間，先設定D流量上下限區間（100～400）m3/h，在得到A站、B站、C站下載量后，分別取q2（D站下載量）=100和400 來分別計算E 站下載量以及全線的摩阻情況，并將這兩個情況下的摩阻分別同A站的泵出口壓力做差值（error值），再將兩個差值做乘積，根據這個乘積的正負來確定D站壓力是否處于合理區間。（如若泵出口壓力不夠，則差值為負，如果泵出口壓力大于摩阻，則差值為正）。

當error1×error2=0時，說明有一個值是合理的，則將error為0時的流量賦值給q2；當error1×error2＞0,說明兩個都為正或負，這種情況不可能發生，因為在該模型參數下，當E站運行時，無論配泵模式和中間站下載流量如何調節，始終不會發生D站穩態流量小于100m3/h或大于400m3/h的情況。當error1×error2＜0,說明一正一負，即合理流量應處于100～400，創建循環，當error1×error2＜0，取m=（qmin+qmax）/2，并用m 值計算出一個error3，再做比較，并重新賦值，如此循環，直至尋找到qmin基本等于qmax，即最合理的q2值。

主要計算程序部分如下所示：

while abs(q_max-q_min)＞0.000000001

error1=Calculate_Error(q_min,A_adjust,q_B,q_C)；error2=Calculate_Error(q_max,A_adjust,q_B,q_C)；if error1*error2==0 if error1==0 solution=q_min；else solution=q_max；end；break；elseif error1*error2＜0 m=(q_min+q_max)/2； error3=Calculate_Error(m,A_adjust,q_B,q_C)；if error3==0 solution=m；break；elseif error1*error3＜0 q_max=m； else q_min=m； end；else end； solution=m；end；q2=solution；

error 值的計算主要在Calculate_Error 中實現，主要邏輯是根據反算出的E站流量來計算全線的摩阻，并且同A站的泵出口壓力做差值。當error=0 時，我們即可認為全線摩阻已經配平，基本符合實際工況（在程序中，根據經驗，D 站、E 站所連油罐由于直通大氣，站外穩態壓力設置為0.2MPa）。

3 運行測試

在配置好某實際在用管道的物理參數后，在MATLAB中調試可得如下結果：A 站出站流量：763.9m3/h；B 站下載流量150 m3/h；C站下載流量140 m3/h；D站下載流量170.3 m3/h；E站下載流量303.6 m3/h。經過與管線實際運行情況比較，A 站、D 站、E站流量基本同實際一致，誤差均小于5m3/h，滿足使用要求。

4 結語

文章創新性的提出了一種基于MATLAB 的長輸管線水力模型構建方法，該方法可以拓展至所有管線，可大幅提升工藝人員工作效率，而且該架構可以在此基礎上進一步深化，繼續研究長輸管道的混油模型以及瞬變流模型，具有深化應用的價值。