李亞平，張華德，高煒欣

（1.中國(guó)石化管道儲(chǔ)運(yùn)分公司，江蘇徐州 221008；2.西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院，陜西西安 710065）

0 引言

管道輸油是現(xiàn)代油品運(yùn)輸?shù)闹匾绞?，大型油?kù)的操作在管道輸油操作中起著核心作用。油庫(kù)的操作一般是指在調(diào)度任務(wù)下達(dá)后，根據(jù)當(dāng)前工況，快速確定合理的輸油流程，保證輸油系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員而言，在選擇動(dòng)作裝置時(shí)不僅要保證油品的入庫(kù)或出庫(kù)，還需特別注意避免串油操作。由于大型油庫(kù)工藝復(fù)雜，多個(gè)進(jìn)油和出油的流程可能同時(shí)發(fā)生，目前串油是大型油庫(kù)操作中最易發(fā)生的失誤。

針對(duì)長(zhǎng)輸管道中大型油庫(kù)的工藝流程，國(guó)內(nèi)外有學(xué)者開展了具有針對(duì)性的研究。文獻(xiàn)[1]利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法優(yōu)化管道運(yùn)行；文獻(xiàn)[2]將研究重點(diǎn)放在仿真系統(tǒng)構(gòu)成上；文獻(xiàn)[3]分析已有的軟件，對(duì)未來(lái)軟件開發(fā)提出有益的建議。更多的還是針對(duì)各種管道參數(shù)的計(jì)算，如壓力流量等[4-8]。

從安全運(yùn)行的角度來(lái)說(shuō)，較少有文獻(xiàn)研究操作流程的計(jì)算和如何防止串油的發(fā)生。本文分析大型油庫(kù)的特點(diǎn)，提出將油庫(kù)視為一連通圖。在此基礎(chǔ)上，利用基于圖論的搜索方法，自動(dòng)計(jì)算出針對(duì)任意具體調(diào)度任務(wù)的操作步驟。特別是通過設(shè)置節(jié)點(diǎn)屬性提出避免發(fā)生串油的計(jì)算方法。通過對(duì)某大型油庫(kù)的調(diào)度計(jì)算表明，本文提出的算法可行、有效。

1 油庫(kù)工藝分析

油庫(kù)的操作是現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員根據(jù)調(diào)度指令和當(dāng)前工況，確定各個(gè)閥組和泵的開關(guān)狀態(tài)，以此來(lái)引導(dǎo)油品流過正確的管道。操作人員在這一過程中需避免由于閥門開關(guān)不當(dāng)引起的串油和憋泵的問題。

當(dāng)油庫(kù)規(guī)模較小時(shí)，工藝流程簡(jiǎn)單，操作人員僅憑肉眼就可以確定恰當(dāng)?shù)妮斎胼敵隽鞒獭５?dāng)油庫(kù)規(guī)模較大，管道流程復(fù)雜時(shí)，僅憑人工確定閥和泵的狀態(tài)容易出現(xiàn)憋泵和串油的問題。有時(shí)，面對(duì)復(fù)雜的工藝流程，經(jīng)驗(yàn)不足的操作人員甚至無(wú)法確定一條可行的油品輸入、輸出流程。圖1所示為國(guó)內(nèi)一大型油庫(kù)的部分工藝流程。

圖1 某大型油庫(kù)工藝流程示意

分析圖1可以發(fā)現(xiàn)，如果將油庫(kù)工藝流程的閥、泵、換熱器和罐等裝置以及管道和管道的交接點(diǎn)作為 “節(jié)點(diǎn)”處理，整個(gè)油庫(kù)的工藝流程圖可以等效為一個(gè)連通圖。這樣，調(diào)度任務(wù)下達(dá)后，根據(jù)調(diào)度任務(wù)自動(dòng)計(jì)算操作步驟的過程可以等效為計(jì)算連通圖中最簡(jiǎn)樹 （輻射狀子圖）的過程。

2 油庫(kù)結(jié)構(gòu)信息的存儲(chǔ)及搜索算法

在明確油庫(kù)結(jié)構(gòu)可以用一個(gè)連通圖表示后，可以對(duì)各個(gè) “節(jié)點(diǎn)”進(jìn)行連續(xù)編號(hào)，建立如表1和表2所示的節(jié)點(diǎn)表和管道表來(lái)存儲(chǔ)整個(gè)油庫(kù)的結(jié)構(gòu)信息。

表1 節(jié)點(diǎn)表

一般而言，下達(dá)到油庫(kù)的調(diào)度任務(wù)僅僅指明來(lái)油位置和存儲(chǔ)位置。例如：“1號(hào)入口來(lái)油至G-1”就是一典型的調(diào)度任務(wù)。根據(jù)表1和表2，在調(diào)度任務(wù)下達(dá)后，確定完成調(diào)度任務(wù)的操作步驟可以利用廣度搜索的方法直接尋找明確了起點(diǎn)和終點(diǎn)的最簡(jiǎn)樹。

不同于普通的搜索過程，大型油庫(kù)在搜索操作步驟時(shí)需特別注意避免發(fā)生串油現(xiàn)象。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)為“裝置”時(shí)，可以通過表1獲得該節(jié)點(diǎn)是否為運(yùn)行狀態(tài)的信息，但節(jié)點(diǎn)為 “交匯點(diǎn)”時(shí)，則需要通過判斷與其相連的裝置的狀態(tài)來(lái)確定交匯點(diǎn)的狀態(tài)。

在給出避免發(fā)生串油操作的搜索算法之前，首先定義節(jié)點(diǎn)最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)如下：

Type RW=Record//節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

Style：Integer；//節(jié)點(diǎn)類型 1為裝置，0為交匯點(diǎn)

Find：Boolean；//True為搜索過，F(xiàn)alse為未搜索

ID：Integer；//節(jié)點(diǎn)編號(hào)

Up： Integer； //上級(jí)節(jié)點(diǎn)編號(hào)

End

因此，本文給出如下搜索算法來(lái)實(shí)現(xiàn)操作步驟的安全搜索：

（1）將輸油工藝流程圖作為一張連通圖，將輸油系統(tǒng)中各個(gè)裝置及輸油管道的交叉點(diǎn)均作為連通圖中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，并對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置至少“Find——是否搜索”和“Style——節(jié)點(diǎn)類型”兩個(gè)屬性，節(jié)點(diǎn)的屬性應(yīng)反映出該節(jié)點(diǎn)是實(shí)際裝置還是輸油管道的交叉點(diǎn)，所述的裝置包括輸油系統(tǒng)中的泵、加熱爐、換熱器、計(jì)量器和罐等。

（2）通過讀取表2將步驟 （1）中所有節(jié)點(diǎn)間實(shí)際存在的路徑進(jìn)行編號(hào)，同時(shí)記錄各個(gè)路徑兩端節(jié)點(diǎn)的編號(hào)。

（3）通過SCADA系統(tǒng)，或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取所有設(shè)備的狀態(tài)，所有正在運(yùn)行設(shè)備和檢修設(shè)備所對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的“Find——是否搜索”屬性設(shè)置為“True——已搜索”，其他節(jié)點(diǎn)的“Find——是否搜索”屬性設(shè)置為“False——未搜索”。

（4）通過逐個(gè)檢查實(shí)際存在的路徑兩端節(jié)點(diǎn)的編號(hào)，判斷輸油管道交叉點(diǎn)是否和屬性為 “已搜索”的節(jié)點(diǎn)直接相連，若是，則該輸油管道交叉點(diǎn)的 “是否搜索”屬性被設(shè)置為 “已搜索”，重復(fù)本步驟至少2次或以上，以確保所有和運(yùn)行及檢修裝置直接相連或通過輸油管道交叉點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)屬性被設(shè)置為 “已搜索”。

（5）逐個(gè)檢查連通圖每一條路徑兩端節(jié)點(diǎn)的“是否搜索”屬性，若任一節(jié)點(diǎn)的 “是否搜索”屬性為 “已搜索”，則在連通圖中刪去該路徑。

（6）根據(jù)調(diào)度任務(wù)，確定兩個(gè)端點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)，利用 “廣度搜索”或 “深度搜索的方法”在刪去部分路徑的連通圖中確定調(diào)度任務(wù)兩個(gè)端點(diǎn)之間的最短路徑。

上述算法通過將調(diào)度任務(wù)轉(zhuǎn)化為在連通圖中搜索最簡(jiǎn)的樹狀圖，實(shí)現(xiàn)了對(duì)油庫(kù)和泵站的調(diào)度任務(wù)自動(dòng)計(jì)算操作流程的算法；通過設(shè)置節(jié)點(diǎn)的屬性，并反復(fù)執(zhí)行判斷節(jié)點(diǎn)是否與 “已搜索”的節(jié)點(diǎn)相連，可以保證搜索出的最簡(jiǎn)操作流程不會(huì)發(fā)生串油和憋泵等生產(chǎn)事故。計(jì)算過程不受輸油站或油庫(kù)規(guī)模及復(fù)雜程度限制，可對(duì)任意油庫(kù)或輸油站進(jìn)行操作。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

利用本文所提算法，我們利用組態(tài)王搭建了油庫(kù)操作指導(dǎo)系統(tǒng)的工控界面，將各個(gè)工控組件變量與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)綁定。利用面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言實(shí)現(xiàn)操作流程的計(jì)算。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

我們應(yīng)用所研發(fā)的系統(tǒng)對(duì)超過100個(gè)實(shí)際調(diào)度任務(wù)進(jìn)行了操作流程計(jì)算，正確率為100%，而且完全避免了串油和憋泵。

4 結(jié)論

（1）油庫(kù)工藝流程圖可以用一個(gè)連通圖進(jìn)行描述，針對(duì)調(diào)度任務(wù)，通過搜索連通圖的輻射狀子圖可以確定操作流程。

（2）通過對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置搜索的屬性，可以利用廣度搜索的方法快速確定輻射狀子圖，進(jìn)而確定操作流程，使得計(jì)算出的操作流程能夠避免串流和憋泵事故的發(fā)生。

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