導(dǎo)語(yǔ)：成品油管道工藝設(shè)計(jì)論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1.成品油工藝系統(tǒng)的特點(diǎn)

成品油的輸出管道中的工藝系統(tǒng)主要根據(jù)首站、管道、中間的接收站、中間泵站以及分輸站和末尾站構(gòu)建而成，在一些落差比較大的地段，還要建設(shè)相關(guān)的減壓站。其中建設(shè)管道系統(tǒng)的外部環(huán)境包含著管道的其他子系統(tǒng)以及掩埋管道的土壤等。成品油的輸管道的工藝是一個(gè)即連續(xù)又統(tǒng)一的輸出系統(tǒng)。對(duì)與單根成品油的輸出管道，在它的輸出方向已經(jīng)確定的情況中，對(duì)其的優(yōu)化方案主要是對(duì)泵站管道的設(shè)置以及鋼管規(guī)格的選擇上。在建設(shè)成品油的管道中，其中的工藝系統(tǒng)是管道建設(shè)中的主要投資部分，而成品油泵站和管道的建設(shè)投資在總的投資量中也占據(jù)了比較大的比例，因此應(yīng)將兩種相結(jié)合來(lái)進(jìn)行成品油管道工藝方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.管道工藝設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的決策變量

描述成品油管道工藝設(shè)計(jì)方案中的變量就是優(yōu)化管道工藝方案中的設(shè)計(jì)變量。選擇相應(yīng)的決策變量的基本前提就是，一旦將決策變量的值確定之后，成品油管道工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案方向就確定下來(lái)了。在成品油管道工藝設(shè)計(jì)中的工藝方案涉及到泵站和管道這兩個(gè)方面。其中泵站分為泵站中的機(jī)組配置以及連接方式，還有泵站位置等進(jìn)行設(shè)計(jì)。而管道可分為管徑、管道材料以及管道壁厚來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在對(duì)成品油的管道進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一旦成品油的輸出種類(lèi)、輸出走向以及輸出的流量等因素確定的情況下，那么成品油的管道工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案就確定下來(lái)了。從數(shù)學(xué)方面來(lái)講，這些因素都可以成為數(shù)學(xué)模型中的優(yōu)化決策變量，根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則可以選擇一組關(guān)聯(lián)程度相對(duì)較低的決策變量來(lái)對(duì)成品油的管道工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。還有在成品油輸出管道的設(shè)計(jì)中，還需要對(duì)輸出管道的建設(shè)附近設(shè)置幾個(gè)泵站來(lái)給成品油的輸出提供相應(yīng)的壓力能，因此應(yīng)充分的利用管道路線的強(qiáng)度來(lái)設(shè)置壓力值。也以將泵站的壓力能作為決策變量，這樣的話使成品油的輸出管道中承擔(dān)的壓力就會(huì)相差無(wú)幾，從而有利于設(shè)備的維修保養(yǎng)，進(jìn)而減少投資成本以及管道運(yùn)行使用的相關(guān)維護(hù)費(fèi)用。

3.目標(biāo)函數(shù)和約束條件

對(duì)成品油的管道工藝方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提是在滿足多種約束條件下，從而尋找質(zhì)量最好的管徑、管材、設(shè)計(jì)壓力、管道壁的厚度、泵站的數(shù)量以及位置、操作的壓力、成品油的輸送順序以及管道的首站和末尾站，還有各種成品油的儲(chǔ)罐設(shè)置等等因素進(jìn)行組合，使設(shè)計(jì)的管道工藝方案能在規(guī)定時(shí)期中獲得最大化的經(jīng)濟(jì)效益。在對(duì)管道設(shè)計(jì)中，對(duì)成品油的工藝方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本前提以及相關(guān)原則是：(1)將成品油的輸出管道按照分輸站點(diǎn)來(lái)進(jìn)行劃分為幾個(gè)管段，其管段之間的管徑要相同；(2)按照相同的溫度對(duì)管道工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)；(3)管段之間的壓力設(shè)計(jì)要相同；(4)不考慮對(duì)成品油的建設(shè)進(jìn)行分期投資和分時(shí)間斷進(jìn)行建設(shè)；(5)各種成品油輸出時(shí)的體積和流量要相等。還有在管徑以及其他的相關(guān)參數(shù)作為基礎(chǔ)對(duì)成品油的輸送順序進(jìn)行研究，因考慮到對(duì)成品油的輸送量跟管道中的內(nèi)徑相關(guān)，因此可以將成品油的輸送順序優(yōu)化放在這個(gè)管道工藝設(shè)計(jì)方案中進(jìn)行統(tǒng)一探究。(1)目標(biāo)函數(shù)根據(jù)我國(guó)現(xiàn)今的管道建設(shè)情況，可以選擇在管道系統(tǒng)中的建設(shè)和運(yùn)行中的總費(fèi)用值用最小F作為目標(biāo)函數(shù)，在進(jìn)行管道建設(shè)以及運(yùn)行中的費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可以只探究跟管道工藝設(shè)計(jì)方案相關(guān)的一些費(fèi)用項(xiàng)。在對(duì)成品油管道的總費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算時(shí)可以根據(jù)管道的線路、泵站以及儲(chǔ)油罐和相關(guān)的混油處理這四個(gè)部分來(lái)進(jìn)行計(jì)算，從而得出目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式，如下圖所示：minC=Cpipe+Cpipemain+Cstation+Cstationmain+Coperation+Cad(2)約束條件在對(duì)成品油管道工藝方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)中的約束條件包括強(qiáng)度的約束、水利的約束、工藝操作的相關(guān)條件約束以及鋼管的相關(guān)規(guī)格約束和流態(tài)約束等等。①鋼管強(qiáng)度的約束條件，根據(jù)相關(guān)的規(guī)定（即GB50253-2003），管道泵站的出站壓力要滿足管道的強(qiáng)度相關(guān)要求。②鋼管運(yùn)行穩(wěn)定的約束條件。在管道建設(shè)中為了防止鋼管在施工建設(shè)期間以及運(yùn)行期間因外部的一些壓力過(guò)大導(dǎo)致鋼管產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象，因此GB50253-2003中對(duì)鋼管的壁厚和鋼管的外徑的比對(duì)進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定：A.管徑約束Di∈{D}，B.壁厚約束δi∈{δ}DI。③管道鋼管中的規(guī)格約束，因?yàn)槌善酚偷妮斔凸艿浪玫匿摴艿陌凑障嚓P(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則進(jìn)行制造的，因此在對(duì)成品油中管道工藝設(shè)計(jì)中要根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)管徑和管道的壁厚。④管道中水壓的約束條件，就是任何的動(dòng)力水壓必須要大于最小的動(dòng)力水壓。⑤水力約束條件，成品油在管道中的流動(dòng)速度必須跟水壓維持供需平衡的關(guān)系。

4.優(yōu)化管道工藝的方法

對(duì)成品油管道工藝方案的優(yōu)化程序可以分別分為內(nèi)外兩個(gè)層次，所謂的外層就是輸送順序的周期優(yōu)化，而內(nèi)層就是管道中管道的壁厚以及管徑等參數(shù)的優(yōu)化。由于相關(guān)的總費(fèi)用值跟輸送順序的周期之間的關(guān)系是單峰函數(shù)，因此在優(yōu)化成品油輸送順序周期時(shí)可以采用一維搜尋法來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。由于內(nèi)層的優(yōu)化相關(guān)的數(shù)學(xué)模型是屬于非線性混合整數(shù)，因此不能使用相關(guān)的通用優(yōu)化方法來(lái)進(jìn)行求解。差分進(jìn)化算法可以作為一種全局搜尋方法，因其具體不需要其他的輔助信息以及魯棒性等特點(diǎn)，可以應(yīng)用于其他領(lǐng)域當(dāng)中。為了使函數(shù)的求解變得簡(jiǎn)單些，可以將壓力離散設(shè)計(jì)為離散值，還要采用相關(guān)的實(shí)數(shù)編碼制，來(lái)對(duì)相應(yīng)的函數(shù)值進(jìn)行處理，可以用以下方法進(jìn)行處理：(1)對(duì)違法約束條件的進(jìn)行懲罰，違法約束程度越大所受到的懲罰也將越大；(2)將可行點(diǎn)數(shù)相適應(yīng)的函數(shù)值作為管道建設(shè)的總費(fèi)用現(xiàn)值（即總利潤(rùn)值），而對(duì)非可行點(diǎn)要進(jìn)行相關(guān)的懲罰項(xiàng)，相關(guān)的算法完結(jié)條件就是需要其中一代的最差和最好的個(gè)體中的適應(yīng)值之差要小于0.1%。因?yàn)樵诮ㄔO(shè)成品油管道之前，就已經(jīng)對(duì)各個(gè)分輸站的建設(shè)位置已經(jīng)確定下來(lái)了，又因，在通常的建設(shè)情況下，對(duì)管道優(yōu)化設(shè)計(jì)的人員都希望將管道中建設(shè)的分輸站和泵站進(jìn)行合并，這樣不僅可以節(jié)約一部分投資建設(shè)費(fèi)用，還可以給運(yùn)行后的管理和維護(hù)帶來(lái)許多的便利。在進(jìn)行成品油管道系統(tǒng)總體工藝方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)可以運(yùn)用賦權(quán)有向圖來(lái)表示，在設(shè)計(jì)成品油管道泵站的位置時(shí)，所選擇的建設(shè)點(diǎn)必須要對(duì)應(yīng)圖的頂點(diǎn)，根據(jù)對(duì)管道中管徑和壓力所允許的設(shè)計(jì)取值范圍，從而可以確定兩個(gè)頂點(diǎn)之間有沒(méi)有弧。當(dāng)這兩個(gè)頂點(diǎn)之間沒(méi)有弧時(shí)，設(shè)計(jì)弧的權(quán)值可以為無(wú)窮大。我們所說(shuō)的最短路徑就是指兩個(gè)頂點(diǎn)之間的權(quán)值為最小的路徑。因此，從起點(diǎn)算起到終點(diǎn)之間所有的路徑集合起來(lái)的最小權(quán)值路徑就是成品油管道工藝方案中的最優(yōu)化方案。在實(shí)際的設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程中，需要對(duì)管道工藝的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合對(duì)比，因此就需要對(duì)最短路徑進(jìn)行擴(kuò)展，形成多條最短路徑。對(duì)最短路徑的求解步驟：(1)先計(jì)算出每個(gè)成品油管道的最大流量和最小流量；(2)然后確定管道中每個(gè)管段間的管徑；(3)確定一個(gè)成品油輸送順序周期；(4)隨意選擇管道中的兩個(gè)泵站位置在滿足約束條件下計(jì)算出管道的總費(fèi)用值；(5)改變管道輸送順序周期，運(yùn)用一維搜索法進(jìn)行搜尋，從而確定管道的最佳壁厚、管徑、以及輸送順序周期和設(shè)計(jì)壓力；(6)運(yùn)用差進(jìn)化算法計(jì)算出多條最短路徑；最后對(duì)設(shè)計(jì)的管道工藝方案進(jìn)行校核。通過(guò)以上的對(duì)最短路徑的計(jì)算，可以在管道泵站選擇位置確定的前提下，將對(duì)管道優(yōu)化設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化成最短路徑，然后進(jìn)行求解，不僅有利于對(duì)管道建設(shè)中的問(wèn)題進(jìn)行分析，還有利于求出最佳的管道工藝方案的優(yōu)化。

5.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，優(yōu)化成品油管道工藝方案設(shè)計(jì)到諸多方面的因素，其優(yōu)化程度直接影響到經(jīng)濟(jì)效益的高低。所以在對(duì)成品油管道工藝方案進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，首先，可以在管道泵站設(shè)置確定的情況下，將管道工藝的優(yōu)化為題轉(zhuǎn)成最短路徑問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)求解。其次，還可以根據(jù)傳統(tǒng)的函數(shù)算法來(lái)進(jìn)行求解，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)算法進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和創(chuàng)新，再經(jīng)過(guò)實(shí)際的比例從而得出更優(yōu)的管道工藝方案。再次，還可以編輯一些成品油的管道工藝方案優(yōu)化設(shè)計(jì)的相應(yīng)軟件，可以給成品油管道工藝方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的輔助和參考，從而設(shè)計(jì)出更好的成品油管道工藝設(shè)計(jì)方案。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)成品油的需求量也在不斷的增加，因此對(duì)成品油管道工藝的合理設(shè)計(jì)優(yōu)化，不僅可以有效的減少成品油在管道輸送中成品油的損耗，更有利于在運(yùn)行中對(duì)管道的維護(hù)，還可以最大化的提高經(jīng)濟(jì)效益。

作者:梁麗珊 單位:廣東中化石油化工設(shè)計(jì)有限公司

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