成品油管道工艺方案优化设计研究

成品油管道通常采用顺序输送方式输送各种油品,沿途设有多个分输站.随着油品分输,流量呈阶梯状递减,管径也随之发生变化.针对成品油管道的特点,在对其工艺方案优化设计问题进行系统分析的基础上,根据优化变量为管材、管径、设计压力、出站压力和顺序输送周期等,约束条件主要有水力约束、强度约束、泵站特性约束等,建立了长输成品油管道工艺方案优化设计的数学模型.该模型的最优准则是:管道在设计寿命期内所需要的总费用现值最小.总费用现值包括管道初始投资费用、运行维护费用现值和能耗费用现值.     

地形起伏地区带分支输气管道优化设计

为了保证天然气管道系统设计方案的经济、安全、合理性,通过分析影响天然气长输管道总费用的各种因素,建立了复杂地形条件下天然气长输管道参数优化设计数学模型.在该模型中以管道系统建设时的一次性投资和在使用年限中所付出的总经营费用之和为目标,考虑管道系统的强度约束、稳定性约束、压气站进站气压约束以及参数约束等条件,并采用组合形方法进行求解,对我国山区复杂地形长输管道的优化设计有重要的指导意义.     

长输原油管道设计方案优化研究

研究了原油管道优化设计中考虑加减阻剂输送工艺时数学模型的建立及求解.首先建立了加减阻剂后水力坡降和减阻剂浓度与原油流量、粘度及管径关系的两个数学模型.用遗传算法优化技术分别求得两个模型中的回归参数,实例检验其最大误差仅为2.9750%.以此模型为基础,建立了加减阻剂与不加减阻剂时原油管道优化设计数学模型,采用混合离散变量遗传算法,混合离散变量复合形法与数据库技术相结合的策略来求解模型.这样既保证了最优解的可靠性、准确性,又加快了寻优速度.给出了原油管道优化设计数学模型的求解流程.算例表明,采用加减阻剂输送方案进行优化设计时,必须考虑减阻剂、电力、燃料价格对年折合费用、运行管理费用的影响.该算例的最优方案是:先按平均流量下不加剂进行优化设计;运行输量超过平均输量时,采用加剂输送工艺进行优化运行.     

长输管道线路优选评价研究

长输管道的线路优选是一个复杂的多指标综合决策问题.依据管道选线原则,建立长输管道线路优选评价指标体系,先后对评价指标体系和候选线路集进行集对分析,求解出评价指标体系和候选线路集的联系数矩阵,根据得到的联系数矩阵确定出各指标权重以及候选线路的优劣排序.计算表明,采用集对分析评价模型进行长输管道的线路优选,使用方法简便,评价结果直观、准确、可靠.     

热油管道间歇输送优化方案研究

热油管道在输送原油过程中,由于输油量的变化,必然导致输油方式的改变。当热油管道的输量不能满足最小输量时,应采用间歇输送工艺来解决。在分析热油管道工艺输送过程中目标函数和约束条件的基础上,给出了埋地热油管道间歇输送的数学模型,并对间歇输送方案优化模型进行简化及求解。对间歇输送与常规输送方案能耗费用进行理论分析,又以铁大线为例,对这2种输送方案的能耗费用进行对比分析。结果表明,间歇输送的动力费用比常规输送的动力费用减少9.36%,间歇输送的总费用比常规输送的总费用减少4.47%。     

原油管道顺序输送热力过程模拟

针对原油管道顺序输送过程中的热力问题,建立了二维非稳态传热的数学模型,采用有限差分法对模型进行求解,并开发了计算软件。对新大线管道交替输送不同国家原油的热力状况进行了模拟计算,计算结果可为制定管输方案提供理论依据。     

集输管网设计中增压点的处理方法

为减少建站费用和便于建成后的维护与看守,扩大了转油站的建站规模,使转油站管辖井数增多,集输半径增大,但导致一些油井单靠井口自身回压不足以把油井产出物送至计量站的问题.为解决该问题,在这些管道上建立混输增压泵站,建立增压点的判断模型,并求解这个模型.增压点判断以后,需对增设增压点的井组进行二次划分.编程得到了不同集输半径下的设计期末总费用,以及两类站的建站信息.示例油区在2 km的集输半径下节省投资约10.7%.     

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天然气集输管网的参数优化设计模型，属于非线性离散化最优组合问题，且目标函数具有多峰性，往往存在局部极小点，遗传算法对处理此类工程设计问题具有较大的优越性。为此，以管道建设费用为目标函数，以管道的稳态分析、各节点的流量、压力及管道的压力限制等为约束条件，建立了天然气集输管网的参数优化设计模型。采用遗传方法求解，并给出了计算机软件算法框图。利用该算法可以提高全局收敛性，从而加快系统的求解速度，并由此得到问题的最优解，是一种可取的优化算法。     

正交试验设计在管道扩建优化设计中的应用

为了获得长输天然气管道干线扩建设计的最优方案,早日实现管网系统赢利的目标,以管道总年值费为目标函数建立了天然气管道系统参数优化设计模型,运用正交试验设计方法对模型进行求解,分别给出了水力约束条件、稳定性约束条件、管道强度约束条件和边界约束条件,并提出了采用正交试验设计法进行管道扩建优化设计的9个基本步骤。通过正交试验设计,不仅获得了各扩建管道与已建管道年值费用最低的最佳方案,还得到了管道管径、压力、压力比和管道壁厚等工艺参数的最优组合,实现了整个管网系统的全局优化设计。实例应用结果表明,该设计结果符合工程实际,该设计方法具有编程计算简单、计算次数少和不易漏掉最优方案的优点。     

埋地热油管道稳定运行轴向温降分析

热油管道的轴向温降计算是否准确，直接影响到热油管道运行成本的高低，热油管道的运行成本主要是泵站和加热站的能量消耗，准确了解热油管道的轴向温降规律，才能准确计算出一定任务输量下，管道输油所需的加热站热负荷及泵站所需提供的能量。在研究了热油管道稳定运行时轴向温降的规律和原油物性的变化，建立了热油管道正常运行温度场的数学模型，用有限差分法进行了求解，编制了模拟计算软件，并以某管线为例计算了稳定运行时沿线的温度场。     

Hydraulic model optimization of a multi-product pipeline

An optimization model is established for a multi-product pipeline which has a known delivery demand and operation plan for each off-take station.The aim of this optimization model is to minimize the total pumping operation cost,considering not only factors including the energy equilibrium constraint,the maximum and minimum suction and discharge pressures constraints of pump stations,and pressure constraint at special elevation points,but also the regional differences in electricity prices along the pipeline.The dynamic programming method is applied to solve the model and to find the optimal pump configuration.     

热油管道稳态运行的两级递阶优化模型

长输热油管道实现最优化运行的目的是降低输油能耗。本文在对长输热油管道的运行过程进行系统分析的基础上,利用大系统的分解原则建立了一个稳态优化运行的两级递阶模型。该模型由两级子模型构成:(1)泵组合与管路最优匹配子模型;(2)输油温度优化子模型。模型求解的算法已被编成计算机程序,它适用于一般长输热油管道。文中给出了数值计算实例。最后对模型、算法及最优解进行了讨论。     

长输管道站内泵组合问题的启发式搜索算法

在用动态规划法求解长输管道最优匹配问题的过程中会遇到一类子问题—站内有效泵组合问题本文从有效泵组合的概念出发,针对串联和并联两种情况分别建立了有效泵组合问题的数学模型.这两个模型均属于组合优化问题,可采用启发式DFS法求解,且其求解过程可用二元搜索树形象的描述这种算法的效率在很大程度上取决于其采用的后退判决条件的有效性,为此,本文根据两个模型的特点建立了一组完整的后退判决条件实际应用表明,启发式DFS算法有较高的效率,可以有效地减少泵组合枚举量本文的概含和算法对长输管道及管网的最优匹配问题具有普遍意义.     

长输管道站间最优压头分配动态规划模型与算法

以全线的总动力费为目标函数.建立了长距离输油管道站间压头最优分配的动态规划模型HADP.考虑到一个泵站在开泵和压力越站两种情况一下的进站压力上限不同,该模型引入了状态特征数,从而巧妙地处理了压力越站问题.该模型允许泵站为密闭或开式流程,管线匕可设有分支点,各泵站的输油泵可采用级差调节或无级调速方式.针对HARP模型的特点.本文提出了一种适于在计算机上实现的“同步递推”算法.该算法的主要特点是各阶段的状态递推、函数递推、状态合并及去冗运算同步交又迸行,因而其具有较高的时间和空间效率.本文的模型和算法已编成通用的计算机程序,并已成功地应用于铁岭至秦皇岛输油管道.     

川西天然气集输管网系统最优规划研究

川西天然气集输管网系统庞大而复杂，而管网最优规划是在气田开发地面工程建设中必须首先解决的问题，它不仅涉及到从井口到一级集气站，从一级集气站到二级集气站等的管网布置，还涉及到各级和各个集气站的布局。文章针对效益和费用两个目标，建立了川西集输管网系统最优规划的数学模型，并应用资源优化ReO软件进行了仿真计算，得出了川西管网的最优规划方案。该管网系统最优规划研究成果，不仅适用于新建天然气管网系统，还适用于已建管网系统的评价和改造。     

Determination of Optimal Parameters of Distributive Gas Pipeline by Dynamic Programming Method

Abstract

In this article we present a model for determination of optimal parameters of main distributive gas pipelines by dynamic programming (DP) methods. The basic characteristic of this gas pipeline system is that the transported gas quantities are variables. This article presents DP techniques for solving the problem of minimizing investment costs of gas pipeline building. The main objective of this program is to determine the optimal location of compressor station and the optimal diameter of gas pipeline under the constraint of pressure value achievement for all users. The proposed model develops an improved numerical searching technique with the purpose of finding the optimal solution quickly.

Applications for this method for optimal parameter determination of gas pipelines and the results are exemplified by the design of a gas pipeline in Belgrade–Valjevo. The model presented will be applied in a feasibility study to define the optimal parameters of a future gas pipeline, South Stream, from the Russian Federation to central Europe.     

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北京规划建设管道总长度超过100 km的高压六环天然气管网，对这样高压力、长距离和多点供气管线的储气量计算和储气调峰能力进行准确计算与分析十分重要。根据城市高压外环供气特点建立了管道储气与用气负荷耦合模型，采用解析法求解，得到高压管道储气量与用气负荷关系的计算公式。又据北京市目前天然气负荷的波动规律，对拟建北京市高压天然气六环管道在不同压力和管径下的储气能力，以及门站定压和定流工况下的可用储气量进行了分析。经分析认为,若建设设计压力为4.0 MPa、管径为DN800的六环管道，在保证末端工作压力、门站按定流量供气的条件下，能用于城市负荷调峰的天然气量约为180×104 m3，相当于少建储气压力变化范围为1.0 ～0.4 MPa、拥有4个几何容积为1×104m3球罐的储罐站6座，从而节约了投资和城市用地。     

蚁群算法在天然气输送管道优化设计中的应用

针对天然气输送管道优化模型中设计变量多，约束条件复杂的特点，以管道建设投资、压气站投资和运行费用最小为原则，运用蚁群算法和MATLAB语言编制了天然气输送管道数学模型的优化仿真程序，并对管道的选型、设计压力、压气站个数、压缩比及站间距离进行了优化设计。优化仿真结果表明，在满足管道强度约束、稳定性约束、能量平衡约束及边界约束的前提下，达到了费用最小，且优化效果好于遗传算法。从而证明了蚁群算法应用于天然气输送管道的优化设计是可行的。     

同步优化失效概率与建设成本的天然气管网布局流程

目前,天然气长输管网布局优化基本上都是首先以最短路径或最低建设成本为优化目标,然后在已确定的优化布局基础上进行失效概率分析,而在管网运行期间由各种失效导致的风险损失却变得越来越不容忽视,因而在管网布局规划阶段就应该考虑失效造成的风险损失。为了在布局规划阶段实现失效概率和建设成本的同步优化,提出了一种新的布局优化流程:①基于已建管网或相似管网的失效概率和土壤成分数据进行Back-Propagation Network(BP)神经网络预测模型的训练和验证;②基于待优化管网初始敷设路径对应的土壤成分数据预测其失效概率,并与待优化管网的建设成本同时归一化处理;③将归一化后的失效概率与建设成本的乘积定义为得分;④利用最小生成树算法得出所需的最优布局。案例分析结果表明:①路径最短的优化布局通常仅能保证建设成本为最低,难以同时实现失效概率和建设成本同步最小;②得分最小的优化布局能实现失效概率最小,同时其建设成本最接近最小建设成本,以此实现失效概率和建设成本的同步优化;③管网的优化布局方案不应简单只考虑单一因素,应根据失效概率和建设成本的权重关系确定最优的布局方案,以实现经济效益最大化。结论认为,该研究成果可同步优化失效概率和建设成本,具有较大的推广应用价值。