输油场站操作指导系统研制＊

李亚平张华德高炜欣

(1.中国石化管道储运分公司 江苏徐州) (2.西安石油大学电子工程学院 陕西西安)

输油场站操作指导系统研制＊

李亚平1张华德1高炜欣2

(1.中国石化管道储运分公司 江苏徐州) (2.西安石油大学电子工程学院 陕西西安)

分析了管道输油场站工艺流程的特点,提出利用连通图来描述场站工艺流程。通过对连通图节点进行分类,使得具体调度任务的操作问题转化为计算连通图的辐射状子图问题。针对输油场站连通图包括了有向图和无向图的特点,改进传统的搜索算法,使之可以针对调度任务,自动计算出操作步骤。基于该算法,建立了场站操作指导系统。

输油场站;搜索算法;图论;操作步骤

0 引 言

管道输油在现代油品运输中起着及其重要的作用,场站是整个管道输油操作的核心。场站的转运效率影响着整个输油的效率,常常会成为油品运输操作过程的瓶颈。因此,在调度任务下达后,根据当前工况,快速确定合理的输油流程,保证输油系统整体的效率,是非常关键的技术问题。

一般情况下,在调度任务下达后,确定各阀组和泵组的开关情况主要涉及以下几个因素:

1)当前工况,由于场站的进油操作和出油操作可能同时发生,因此阀门开关选择不当容易引起“串油”现象;

2)油品外输管道的管径,由于油品外输时选择管道的管径不同,导致需要采用不同扬程的输油泵,与之相匹配的输油泵也随之发生变化。

对于工艺仿真系统,国内外很多学者开展了卓有成效的研究。文献[1]应用最优化理论建立了成品油管道优化运行数学模型,并用动态规划方法进行求解,但没有涉及阀门如何动作以保证流向正确。文献[2]对仿真系统的构成进行了研究,但未涉及如何关联场站的各种设备。文献[3]列举了一些目前国际上比较通用的商业软件,给出了开发国内输油管道软件的建议。文献[4]针对管道压力、流量等参数的计算进行了研究。还有大量文献对管道瞬变流动的求解方法进行了研究,常见的有:特征线法[5]、显式差分法[6]、隐式有限差分法和迦辽金(Galerkin)法[7～8]等。

从大量文献资料来看,已有的研究大都集中在对管道和泵等设备的运行机理进行描述并展示。对管道瞬变流动的求解还不能完全真实的反映实际运行情况。而在针对调度任务,根据场站结构确定具体操作步骤方面的研究目前还未见文献报道。特别是针对输油场站的几何建模方面的研究显得更加不足。

本文通过分析国内某特大输油场站的特点,给出建立场站几何模型的方法。在此基础上,提出一种可以针对调度任务,自动计算出操作步骤的算法。论文建立了场站操作指导系统,某特大输油场站对改系统的实际运行表明,所研制的系统可行,能够较明显地减轻现场劳动强度,提高生产效率。

1 场站分析

输油场站的任务,主要可以分为“存储”和“外输”两个部分。存储是处于商业或国家战略的需求,将油品存于储油罐内。调度任务下达的方式一般是给出来油位置和具体的储油罐,需要操作人员确定中间阀的开关状态。图1所示为一大型场站的商储区,调度任务下达后,工作人员通过确定阀的开关状态来实现油品输入或输出正确的油罐。

分析图1可知,场站所涉及的装置主要有:(1)电动阀;(2)泵组;(3)集油管;(4)油罐。各装置之间通过管道相连。部分管道可以双向输油,部分管道(如图1中和输油泵相连的管道)只能单向输油。

高校文书档案具有真实性，必须是准确、客观和真实的，必须与其所记述的各项活动相符合，而不能是虚构、伪造和假冒的。文书档案还具有服务性，能够直接为学校管理服务，材料来源于管理之中，反过来又服务于学校科学管理。

图1 某场站工艺流程图

2 几何模型的建立

如果将场站的装置视为节点,装置之间的连接管道视为连接线的话,图1所示的场站可以用图2来描述各装置之间的连接关系。

图2 几何模型图

为了清楚的用图2所示的连通图来表示工艺流程,本文中节点主要分为三类:(1)阀门,用符号v表示;(2)泵,用符号P表示;(3)空节点用符号N表示;(4)特殊装置(如计量站),在图中直接标出。四种类型的节点中,空节点表明该节点在工艺流程中只起中转的作用,集油管就是一种典型的空节点。

从图论的角度来看,场站从整体上是一个无向图,但局部是有向图,例如计量站有明确的进口和出口,油品只能单向流动。

一般而言,下达到场站的调度任务仅仅指明来油位置和存储位置。例如:“1号入口来油经计量间至G-103”就是一典型的调度任务。从图1利用计算机直接确定执行该调度任务需要开那些阀门相对较难实现,但从图2可以清楚的发现,确定操作过程实际是一个明确了“始点”和“终点”的辐射状连通图的搜索过程。我们可以利用深度或广度的搜索方法计算出可行的辐射状连通图,搜索出图中所涉及的节点即是我们需要打开的阀和泵。

3 场站结构的存储

输油场站所涉及的SCADA系统具有很强的独立性,一般而言现场计算机不允许和外部网络直接相连。很多场站甚至也不允许计算机外接存储设备,因此场站的数据只能取自后台实时数据库。实时数据库中的数据仅仅描述了场站各装置的性能和状态,但对各个装置链接的几何结构并没有涉及。因此,本文建立节点表和管道表来存储图2所示连通图,以便保存整个场站的连接结构。

表1 节点表

通过表1所示的数据表,可以将所有节点信息保存在数据库中。由于图2所示的连通图是一个有向图和无向图的组合,因此本文用数据库中ValveType字段来定义阀的输入输出属性,以此对管道的有向和无向进行区分。当ValveType为Input时表示该阀门只能向与其相连的装置进油,当ValveType为Output时表示该阀门只能通过与其相连的装置出油,当ValveType为Null时表示该阀门所连管道没有固定的流向。在表1基础上,本文建立表2所示的管道表,通过表1和表2可以完整的表示整个场站的装置结构。

表2 管道表

表2中的W1和W2对应着表1中的Serial字段值。

4 算法确定

和一般图论中对图的搜索不同,图2所示的几何模型图是一个有向图和无向图的结合。搜索出的工艺流程图由于涉及到泵和计量站,因此也是一个包含了有向图和无向图的辐射网。本文通过如图3所示算法,利用传统深度搜索算法确定操作步骤。

图3 搜索算法

利用图3所示算法确定操作步骤时需特别注意:(1)在利用传统深度搜索算法进行搜索时,如有某一节点的工况为投运状态,为避免串油,算法在搜索到该节点时及应立即回溯;(2)节点类型为阀门、泵和特殊装置时,如该节点为投运状态,则与之直接相连的空节点也应为投运状态,否则在搜索出的操作流程可能导致串油。

5 系统研发

输油场站操作指导系统的研发,分为界面研发和算法实现两个部分。现场操作人员习惯于工控的界面,工控开发系统虽然在监视和界面开发上有独特的优势,但无法实现复杂的搜索算法,也很难实现真正的面向对象编程。

因此,本文利用delphi开发环境进行系统研发,通过建立一个后台计算类实现图3所示的搜索算法。在界面研发方面,为了逼真的显示工艺流程,我们开发了泵、阀门和管道等可用于其它编程环境的工控组件,利用这些工控组件方便的实现了场站工艺流程图。在对管道控件进行研发时,为了克服SCADA系统自带工控无法显示管道中油品流动及其方向,导致现场操作人员难以判断具体流程的问题,我们在管道控件中加入定时器,可以通过控制定时器的时间控制屏幕上所显示的管道中油品流动速度,更加逼真的展示现场工况,指导操作。

输油场站操作指导系统主要由数据库、计算程序和基于工况组态的系统界面三部分组成。系统的结构图如图4所示。

图4 输油场站操作指导系统系统结构简图

本系统的系统数据库采用SQL结构化数据查询语言进行管理和维护。

整个系统的界面如图5所示,利用图5所示的系统,我们对一真实的调度任务:“1号入口来油经计量间至G-103”进行操作指导,计算出的结果如图5所示,和现场有经验的操作人员做出的处理完全一致。我们对某大型场站全天调度任务进行了操作指导计算,正确率为100%,证明本文所提算法和所研发的系统可靠、有效。

图5 系统界面

6 结 论

1)工艺流程图可以用一个连通图来进行描述,针对调度任务,通过搜索连通图可以确定操作流程。

2)所研发的操作指导系统可以投入使用。该系统属于专用的软件系统。与通用的软件相比,它在指导运行人员操作方面效果更好。

3)通过在管道控件中集成定时器,管道可以显示油品的流动方向和流动速度,仿真效果在这一方面较很多专业仿真系统更好。

[1] 梁永图,宫 敬,康正凌,等.成品油管道优化运行研究[J].石油大学学报(自然科学版),2004,28(4)

[2] 邹祥文,宫 敬,于 达.油库仿真系统设计[J].计算机仿真,2004,21(1)

[3] 欧阳忠滨,吴长春,艾慕阳.输油管道仿真技术及其应用[J].油气储运,2004,23(8)

[4] 张其敏.原油管道工况仿真[J].天然气与石油,2002,20(4)

[5] 江国业,吴先策,崔艳雨.输油管道的水击仿真[J].中国民航学院学报,2005,23(2)

[6] 张国忠.管道瞬变流动分析[M].东营:石油大学出版社,1994

[7] 李长俊,陈 鑫.迦辽金法在管道不稳定流动分析中的应用[J].油气储运,2002,21(4)

[8] Lorris T Covington.Transient Models Permit Quick Leak I-dentification,Pipe line Industry,August 1979

PI,2010,24(6):60～63

This paper analyses the characteristics of station of long-distance oil transmission pipeline,and proposes to use a connected graph for describing the process of the station.By classifying the nodes of the connected graph,the problem of how to operate for a specific scheduled task can be translated to the problem of how to calculate a radial sub-graph of the connected graph.For the connected graph of the oil transmission station includes directed graph and undirected graph,we improve the traditional search algorithm.The improved algorithm can calculate operation steps for a specific scheduled task automatically.Based on the algorithm,we set up oil transmission station operational guidance system,the real application of the system shows that the algorithm and the system is practical and reliable.

Key words:oil transmission station;search algorithm;graph theory;operation step

Development of oil transmission station operational guidance sys-tem.

Li Yaping,Zhang Huade and Gao Weixinwei.

TM715

B

1004-9134(2010)06-0060-04

陕西省教育厅专项科研计划项目,基金编号:08jk411

李亚平,男,1973年生,高级工程师,工学学士(研究生在读),1996年毕业于中国矿业大学通信工程专业,主要研究方向为企业信息化规划与发展,现在中国石化管道储运分公司工作。邮编:221008

2009-12-25编辑:刘雅铭)