摘 要：通過(guò)對(duì)數(shù)學(xué)模型的建立、求解，輸量分布模型確定使用平均分配法、歷史分配法兩種方法，以西部原油管道鄯蘭干線為例進(jìn)行能耗計(jì)算分析對(duì)比，得出結(jié)論能耗預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型適用于現(xiàn)有的輸油管道的能耗測(cè)算。

關(guān)鍵詞：輸油管道；能耗預(yù)測(cè)；數(shù)學(xué)模型

長(zhǎng)距離輸油管道的運(yùn)行能耗包括輸油泵電力消耗和加熱爐燃料消耗兩部分，對(duì)于不加熱輸送的管道而言，相應(yīng)的運(yùn)行能耗只包括輸油泵電力消耗。一條輸油管道在一個(gè)運(yùn)行期內(nèi)的能耗主要取決于原油的任務(wù)輸量、物性、管線周?chē)膫鳠釛l件、輸油計(jì)劃、運(yùn)行方式、設(shè)備組合和運(yùn)行參數(shù)等。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)于任務(wù)輸量和油品物性一定的情況下，由于其輸油計(jì)劃、運(yùn)行方案不同導(dǎo)致的輸油管道的運(yùn)行能耗的差異也是很大。因此，本研究在對(duì)輸油管道的工藝原理和運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)合理優(yōu)化輸油管道的輸油計(jì)劃、運(yùn)行方式、設(shè)備組合和運(yùn)行參數(shù)，建立能耗測(cè)算模型，得到考核周期內(nèi)的最優(yōu)能耗指標(biāo)值。

2 數(shù)學(xué)模型的求解

2.1 輸油溫度及站內(nèi)熱負(fù)荷分配

對(duì)于管徑、管長(zhǎng)、高差、地溫及所輸油品固定的熱油管道，其摩阻與輸量間的變化關(guān)系隨管道的熱力工況而不同。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)控制管段終點(diǎn)為最低進(jìn)站溫度一般就是管道的最優(yōu)的運(yùn)行溫度，因此在本研究中控制管段終點(diǎn)為最低進(jìn)站溫度的溫度控制方式。

具體步驟描述為：驗(yàn)算是否需要加熱，首先假定為常溫輸送，根據(jù)公式（1）（2）（3）（4）（5）依次類(lèi)推，直到生成所有站的點(diǎn)爐方案，循環(huán)結(jié)束。

2.2 站間壓頭的最優(yōu)分配

在輸量一定的條件下，管道沿線為克服摩阻損失和位差需消耗的總壓頭是一定的。這個(gè)總壓頭在各輸油站間的分配存在一個(gè)最優(yōu)分配即站間壓頭最優(yōu)分配，站間壓頭最優(yōu)分配的任務(wù)是根據(jù)管道設(shè)備配置的實(shí)際情況將總壓頭分配到管道沿線各泵站，這種分配一方面要滿足管道運(yùn)行的各種約束條件，另一方面要使得全線所有泵站的總能耗最低。要實(shí)現(xiàn)這種最優(yōu)分配，一方面要使全線各泵站提供的總壓頭盡可能不要超過(guò)管線所需要的總壓頭，應(yīng)盡量消除節(jié)流；另一方面應(yīng)該根據(jù)各泵站的泵配置、泵運(yùn)行效率合理分配壓頭，即在滿足管道運(yùn)行約束的前提下，讓泵機(jī)組運(yùn)行效率高、能耗低的泵站分配較多的壓頭。

如果把全線各泵站所提供的總有效壓頭看成一種資源，則總有效壓頭在全線各泵站之間的分配過(guò)程就是一個(gè)有限資源分配問(wèn)題，該問(wèn)題的目標(biāo)是使全線的總能耗最省。針對(duì)該問(wèn)題，可利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法進(jìn)行求解，動(dòng)態(tài)規(guī)劃中有逆序遞推和順序遞推兩種算法，由于所輸送油品總是從管道首站流向管道末站，因此采用順序遞推算法。

2.3 總傳熱系數(shù)及摩阻修正系數(shù)

在熱油管道的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化運(yùn)行計(jì)算中，沿程溫降和壓降的計(jì)算至關(guān)重要，管線的總傳熱系數(shù)是影響溫降計(jì)算的關(guān)鍵因素，同時(shí)它也通過(guò)溫降影響壓降。在熱油管道的運(yùn)行管理中，總傳熱系數(shù)一般是根據(jù)管線實(shí)際運(yùn)行參數(shù)的記錄值統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)出來(lái)的?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)都表明：按照目前通用的牛頓流和非牛頓流壓降計(jì)算公式的摩阻與實(shí)際值有一定的偏差。為了修正摩阻計(jì)算公式本身的偏差并反映管內(nèi)壁結(jié)蠟對(duì)計(jì)算摩阻的影響，我們引入摩阻修正系數(shù)f，它是相同條件下的實(shí)際記錄摩阻與按公式計(jì)算摩阻的比值。在考慮了摩阻修正系數(shù)以后，計(jì)算公式中的管徑均為不結(jié)蠟時(shí)的管徑。

3 輸量分布模型的確定

3.1 平均分配法

一個(gè)月內(nèi)每天的輸量多集中在日平均輸量附近。因此，我們采用的第一種分配方案就是根據(jù)月輸油任務(wù)和月輸油天數(shù)把月輸油任務(wù)均分到每一天，進(jìn)而得到管道的月輸油能耗指標(biāo)。

3.2 歷史分配法

對(duì)于各條管線而言，歷史上月份之間輸量的波動(dòng)情況有所不同，以各月日輸量/月輸量的百分比作為獨(dú)立的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，則歷史上每個(gè)月的數(shù)據(jù)都可以產(chǎn)生一個(gè)輸量分配方案。在預(yù)測(cè)具體管道的月輸油能耗時(shí)，可以根據(jù)需要調(diào)用已經(jīng)生成的輸量分配表，調(diào)用不同的輸量分配方案將得到不同的能耗指標(biāo)，將這些能耗指標(biāo)構(gòu)成的區(qū)間，作為最優(yōu)能耗區(qū)間。如果最優(yōu)能耗區(qū)間比較窄，則說(shuō)明輸量的分配方案對(duì)能耗指標(biāo)的影響不顯著；如果最優(yōu)能耗區(qū)間比較寬，則說(shuō)明能耗指標(biāo)對(duì)輸量的波動(dòng)比較敏感，有必要進(jìn)一步研究該管線的輸油計(jì)劃優(yōu)化問(wèn)題。

4 管線能耗計(jì)算分析

4.1 能耗計(jì)算

以西部原油管道鄯蘭干線為例進(jìn)行能耗計(jì)算分析對(duì)比。其中2010年2月份加劑輸送工況、2010年4月份冷熱油交替輸送工況、2010年8月份不加劑常溫輸送工況，利用HOPOPT軟件計(jì)算得到的月輸油電耗如表1所示。

4.2 誤差分析

在鄯干蘭線2010年2月、4月、8月的算例中，月能耗預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的誤差較大，在-19.47～-27.6%之間，一方面說(shuō)明鄯蘭線有一定的節(jié)能潛力，另一方面也可能是簡(jiǎn)化計(jì)算導(dǎo)致能耗誤差較大，可能導(dǎo)致誤差較大的原因如下：（1）地溫。在使用所見(jiàn)模型進(jìn)行電耗計(jì)算時(shí)，為了完成計(jì)算，地溫普遍高于實(shí)際值，這會(huì)使管道電耗降低，產(chǎn)生一定的誤差。（2）停輸再啟動(dòng)時(shí)的額外電耗。2010年08月份的一個(gè)運(yùn)行特點(diǎn)就是，該月有頻繁的啟停輸操作，這也會(huì)增大實(shí)際電耗值。（3）順序輸送的影響。計(jì)算過(guò)程中沒(méi)有考慮油品順序輸送對(duì)能耗的影響，而是按每一種油品單獨(dú)輸送來(lái)計(jì)算其能耗值，再將輸送不同油品的能耗值相加，得到月總能耗值，這與實(shí)際的運(yùn)行工況有一定偏差。

5 結(jié)束語(yǔ)

首先，本研究建立的能耗預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型和采用的算法具有一定的普遍性，適用于現(xiàn)有的輸油管道的能耗測(cè)算。能耗預(yù)測(cè)模型的測(cè)算結(jié)果對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行和節(jié)能考核有一定的決策支持作用；其次，對(duì)各管線輸量的概率分布統(tǒng)計(jì)及分析進(jìn)行了研究。研究提出的月任務(wù)輸量的分配方法，可以測(cè)算出最優(yōu)能耗區(qū)間，不僅使得能耗測(cè)算的結(jié)果更接近實(shí)際能耗值，而且從最優(yōu)能耗區(qū)間的大小可以判斷流量波動(dòng)對(duì)管線能耗的影響程度，從而進(jìn)一步挖掘管線的節(jié)能潛力。

參考文獻(xiàn)

[1]陳由旺，左麗麗，林冉，等.原油管道能耗測(cè)算軟件的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2013（5）：501-501.

作者簡(jiǎn)介：徐烈（1982，2-），男，工程師，畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），現(xiàn)從事油氣管道運(yùn)行管理工作。