白狼城—小河输油管道运行参数优化

2014-03-23张乃禄王晓明赵自愿徐菁周国华

油气田地面工程 2014年4期

关键词：输油管道总费用热力

张乃禄王晓明赵自愿徐菁周国华

1西安石油大学电子工程学院；2西安石油大学石油工程学院3延长油田股份公司靖边采油厂

白狼城—小河输油管道运行参数优化

张乃禄1；2王晓明2赵自愿2徐菁2周国华3

1西安石油大学电子工程学院；2西安石油大学石油工程学院3延长油田股份公司靖边采油厂

白狼城—小河输油管道工程的管道优化设计采用的是遗传算法。计算结果表明，运行参数较优化前有所减小，优化后运行总费用可节省9.3万元/年，经济效益提高了5.61%。为了有效消除因电价上涨所带来的影响，可通过提高输送温度来降低泵的扬程，从而降低运行费用。当燃料价格上涨带来较大影响时，可提高输送压力，降低输送温度。

输油管道；运行参数；优化模型；遗传算法

输油管道优化运行是降低输油成本的有效措施，是近几年油气田地面工程与储运研究领域的一个热点问题。本文基于最优化理论与最优化问题原理，对白狼城—小河输油管道进行优化运行研究。建立了管输运行总费用的优化数学模型，根据输油管道优化运行问题的特点，采用遗传算法对输油管道优化模型进行了求解，并研究了影响管输运行费用的因素及其之间的变化规律，为实现输油管道优化运行，提高在役管线的经济效益，降低运行总费用提供了一定的科学依据。

1 优化模型建立

白狼城—小河输油管道工程是延长油田陕北集输系统的重要组成部分，全线长约40km，承担着沿线各采油区原油输至相应联合站进行处理并外输的任务。

该管道工程主要包括：白狼城～11#联合站，全场11.57km，管径DN133mm，年设计输量21万吨；11#～10#联合站，管线全长12.88km，管径DN133mm，年设计输量29.6万吨；10#联合站～小河集油站，管线全长15.79km，管径DN159mm，年设计输量29.65万吨。

1.1 优化目标函数与约束条件的建立

1.1.1 目标函数的建立

选取输油管道热泵站的年动力费和热力费用之和作为优化运行数学模型中的目标函数，即

1.1.2 约束条件的建立

（1）热力约束。

式中Tmax为原油物性、输油管的安全、沥青防腐层三者中允许最高温度。

（2）水力约束。

（3）管道强度约束。

（4）泵机组特性约束。为了保证完成输油任务，热泵站的排量应略大于或等于任务输量Q，热泵站提供的能量等于管路系统消耗的能量。当单台泵不能满足输油任务的要求时，可考虑泵机组的串、并联工作方式。

1.2 优化数学模型

2 优化计算

2.1 遗传算法及优化计算结果

白狼城—小河输油管道工程的管道优化设计采用的是遗传算法。其优化前、后运行参数及费用对比见表1。通过对比可以看出，优化后运行参数有所减小，不但满足了输送要求，而且降低了运行成本。优化后总费用可节省9.3万元/年，经济效益提高了5.61%；动力费用较优化前每年可节省3.2%；热力费用每年可节省8.16%。白狼城～11#联合站，优化前后总费用相对较高，热力费用占比例较大，主要是因为在这个管段加热温度及加热热程比较高，导致热力费用相当高。该管段出站压力较大，但年输量较其他管段较小，所以动力费用相对其他管段差别不大。11#～10#联合站，优化前后动力费用所占比例较大，主要是因为年输量大所致。加热温度及加热热程较低使得热力费用相对其他管段较低。10#联合站～小河，优化前后动力费用与热力费用所占比例相当。虽然年输量很大，但输送压力较小使得动力费用相对不是很大。

2.2 影响优化结果因素分析

从各因素对优化后总费用的影响结果可以看出，电力价格波动10%，总运行费用变化5.03%。电力价格的高低对运行费用的影响很大。为了有效消除因电价上涨所带来的影响，可通过提高输送温度来降低泵的扬程，从而降低运行费用。燃料油价格波动10%，总运行费用变化4.967%。燃料价格的变化对运行费用的影响很大，当燃料价格上涨带来较大影响时，可提高输送压力，降低输送温度，从而降低运行费用。原油的黏度随着温度的降低而增大，而动力费用却相应增加，所以提高输送压力，降低输送温度必须控制在一定范围之内，才可实现一定的经济效益。年输量上涨10%，总运行费用上涨9.75%，年输量下降10%，总运行费用下降9.81%，所以输量的变化对运费用影响也很大。