江濤

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展和不斷進(jìn)步，以及現(xiàn)代化建設(shè)的開展，人們對(duì)各項(xiàng)能源的需求日益增加。為更好的滿足人們對(duì)能源的需求，需要通過管道將石油、天然氣等能源運(yùn)輸?shù)匠鞘?、鄉(xiāng)鎮(zhèn)中。與以往的水上運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、公路運(yùn)輸?shù)冗\(yùn)輸方式相比較，管道運(yùn)輸?shù)姆绞礁哂邪踩浴⒎€(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和連續(xù)性等。并且通過管道進(jìn)行石油、天然氣的運(yùn)輸，有利于降低管理的難度和工作量，并提高管理的質(zhì)量和效率，有利于進(jìn)行自動(dòng)化管理等優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：油氣管道；油田開發(fā)；市場(chǎng)擴(kuò)展

隨著人們對(duì)石油、天然氣能源需求的增加，擴(kuò)大了管道建設(shè)的規(guī)模。但是在進(jìn)行管道建設(shè)時(shí)，需要投入大量的資金，為在保障質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)費(fèi)用的最小化，需要不斷尋求最優(yōu)的組合方案。結(jié)合經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，分析各個(gè)可行性方案，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性的比較、綜合效益的評(píng)價(jià)等，找尋既具有技術(shù)性又具有經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)組合。保障該方案具有先進(jìn)的施工技術(shù)、合理的經(jīng)濟(jì)效果。當(dāng)前階段國(guó)內(nèi)外在進(jìn)行油氣管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)用較為先進(jìn)的優(yōu)化理念和方法，并進(jìn)行深入的研究，從而得到較好的研究成果。

1 我國(guó)油氣管道優(yōu)化設(shè)計(jì)的概況

我國(guó)在油氣管道優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究起步較晚，廣大石油工作者自20世紀(jì)80年代以來(lái)在油氣管道優(yōu)化設(shè)計(jì)工作中取得了可喜的成績(jī)，研究成果應(yīng)用在生產(chǎn)上產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。1986年，朱琦的《關(guān)于長(zhǎng)距離輸氣干管經(jīng)濟(jì)管徑的研究》提出了經(jīng)濟(jì)管徑的概念，用總折合費(fèi)用最小來(lái)確定經(jīng)濟(jì)管徑，并給出了經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)模型，但只優(yōu)化了管徑。1990年，雍歧東和肖芳淳的《管道結(jié)構(gòu)中的多目標(biāo)模糊優(yōu)化》考慮到管道結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)費(fèi)用與輸送油氣的水力摩阻成反向變化，引入了多目標(biāo)模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)，且采用了復(fù)合型法運(yùn)算。2003年，嚴(yán)宏?yáng)|對(duì)熱含蠟原油管道采用改進(jìn)混沌算法，將混沌算法和復(fù)合型算法相結(jié)合，得到了比單一的混沌算法和復(fù)合型算法更好的優(yōu)化結(jié)果。

管道設(shè)計(jì)方案優(yōu)選方法主要有三大類，即方案比較法、最優(yōu)化方法和灰色關(guān)聯(lián)分析法。案比較法通過比較年折合費(fèi)用，選擇費(fèi)用最小的方案作為最優(yōu)方案，但計(jì)算的方案數(shù)有限，容易遺漏最佳方案，方案相差不大時(shí)難以取舍。最優(yōu)化方法依靠建立折合費(fèi)用和設(shè)計(jì)參數(shù)間近似的函數(shù)關(guān)系來(lái)確定最優(yōu)參數(shù)，需要建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)變量多。這兩種方法都是依靠比較折合費(fèi)用最小值來(lái)確定最優(yōu)方案，有時(shí)具有片面性，得到的設(shè)計(jì)參數(shù)不符合工程實(shí)際情況?；疑P(guān)聯(lián)分析法綜合考慮經(jīng)濟(jì)費(fèi)用、工藝參數(shù)等多因素，進(jìn)行多因素分析比較，方案優(yōu)劣排序能反映整個(gè)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，優(yōu)選出的方案不僅能節(jié)省投資和操作費(fèi)用，而且能較好地反映工程實(shí)際。但在灰色關(guān)聯(lián)分析法中，各技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和各工藝參數(shù)等所處的地位相同，而實(shí)際工程更側(cè)重于費(fèi)用因素。

上述這些研究成果能夠大量減少設(shè)計(jì)時(shí)間，降低設(shè)計(jì)費(fèi)用，提高設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性。但是這些研究成果都或多或少地存在一些問題，沒有哪一個(gè)方法為絕對(duì)的最好，有的在設(shè)計(jì)時(shí)只考慮有限的影響因素，不夠全面；有的把一個(gè)整體的系統(tǒng)人為地分成幾部分加以分析；有的算法本身就存在一定的缺陷，如動(dòng)態(tài)規(guī)劃法難以避免“維數(shù)障礙”，遺傳算法、模擬退火算法、復(fù)合型法等隨機(jī)搜索方法容易過早地陷入局部最優(yōu)解，梯度法對(duì)復(fù)雜函數(shù)求導(dǎo)困難，枚舉法計(jì)算量又太大等。

2 年輸量不確定的油氣管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在進(jìn)行油氣管道的設(shè)計(jì)時(shí)存在較多的不確定因素，其中年輸量的不確定對(duì)油氣管道的設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生的影響最大。以往在進(jìn)行油氣管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，其前提條件便是某設(shè)計(jì)的年運(yùn)輸量，從而根據(jù)該運(yùn)輸量進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，在保證質(zhì)量的前提下，尋找費(fèi)用最低的設(shè)計(jì)方案，并且當(dāng)該優(yōu)化設(shè)計(jì)方案投入使用后，可根據(jù)油氣管道年運(yùn)輸量的改變對(duì)管道進(jìn)行泵站、熱站的增加或減少。

在實(shí)際的油氣管道工程中，管道上游石油、天然氣資源的供應(yīng)量，管道下游消費(fèi)市場(chǎng)的消費(fèi)能力等決定著該管道工程的規(guī)模。但是開發(fā)資源和開發(fā)市場(chǎng)都不是一蹴而就的，需要長(zhǎng)期進(jìn)行。所以油氣管道的年輸量受資源供應(yīng)、市場(chǎng)消費(fèi)的影響，無(wú)法有效的確定最高產(chǎn)量、最低產(chǎn)量的具體數(shù)值。因此在進(jìn)行油氣管道的設(shè)計(jì)時(shí)，若將年輸量固定在某一數(shù)值上，對(duì)于具有較大運(yùn)輸量和較長(zhǎng)運(yùn)輸距離的管道，無(wú)法在初期使運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到滿負(fù)荷，而收資源開發(fā)和市場(chǎng)開發(fā)的影響，年輸量的規(guī)模會(huì)逐漸擴(kuò)大。當(dāng)資源逐漸使用，儲(chǔ)存量下降后，油氣管道的年輸量也會(huì)跟著下降，所以制定一個(gè)合理的設(shè)計(jì)方案十分重要且必要。

將輸石油管道作為此次進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的例子，通常在進(jìn)行油田的開發(fā)時(shí)，進(jìn)行長(zhǎng)輸油管道的建設(shè)，此時(shí)油田仍處于未穩(wěn)產(chǎn)的狀態(tài)。地下情況相對(duì)復(fù)雜，影響油田產(chǎn)量的因素較多，因此在油田的開發(fā)初期很難具體確定油田的穩(wěn)產(chǎn)量，甚至?xí)霈F(xiàn)實(shí)際產(chǎn)量與預(yù)期產(chǎn)量相差較大，下一階段與上一階段產(chǎn)量相差較大的情況。造成管道設(shè)計(jì)輸量與建成后的實(shí)際輸量不一致（偏大或偏?。?，使建成的管道不能滿足經(jīng)濟(jì)輸送要求。因此，在建設(shè)原油長(zhǎng)輸管道前，要考慮油田初期、中期和遠(yuǎn)期的產(chǎn)量規(guī)劃，正確分析油田的產(chǎn)量變化趨勢(shì)，使油氣管道設(shè)計(jì)方案盡可能接近實(shí)際的最優(yōu)方案，并充分考慮各種不確定性因素，尤其是輸量的不確定性對(duì)設(shè)計(jì)方案的影響，尋找最佳設(shè)計(jì)輸量，確定合理經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案。

需要現(xiàn)制定一個(gè)合理的開發(fā)計(jì)劃，并按照該計(jì)劃進(jìn)行油田的開發(fā)，先確定某年的運(yùn)輸量。設(shè)定該油氣管道建成并投入使用后，可能出現(xiàn)m中實(shí)際運(yùn)輸量。設(shè)定為Q1、Q2、Q3....Qm，并且Q1

運(yùn)輸量Qi（i=1、2、3.....m），實(shí)際運(yùn)輸量為Qj（j=1、2、3....m），并且該設(shè)計(jì)方案的費(fèi)用是Fj（j=1、2、3....m），Qj出現(xiàn)的概率則為Pj（j=1、2、3....m）。按照該設(shè)計(jì)方案建設(shè)的油氣管道，其投資費(fèi)用的現(xiàn)值期望值及方差分別為：

E（Qi）=■Fj·Pj i=1，2，…m；j=1，2，…m

？滓（Qi）=■

其中E（Qi）為按照Qi進(jìn)行設(shè)計(jì)的費(fèi)用現(xiàn)值期望值，而σ（Qi）則為按照Qi進(jìn)行設(shè)計(jì)的方差。

比較不同設(shè)計(jì)輸量Qi下油氣管道設(shè)計(jì)方案費(fèi)用現(xiàn)值，期望值越小，方案越優(yōu)，根據(jù)這一準(zhǔn)則就可以確定出最佳設(shè)計(jì)輸量和最優(yōu)油氣管道設(shè)計(jì)方案。

3 結(jié)束語(yǔ)

在油氣管道的建設(shè)工程中，優(yōu)化設(shè)計(jì)階段是整體工程的重要組成部分，并且是保障油氣管道運(yùn)輸安全性、穩(wěn)定性、和設(shè)備使用功能正常發(fā)揮的重要階段。以往在進(jìn)行油氣管道的設(shè)計(jì)時(shí)，未能充分考慮能源開采、市場(chǎng)消費(fèi)等對(duì)年輸量產(chǎn)生的影響。從而按照某一固定的年輸量數(shù)值進(jìn)行油氣管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)，致使部分油氣管道存在設(shè)備閑置，部分油氣管道無(wú)法滿足實(shí)際的運(yùn)輸量等現(xiàn)象。因此在進(jìn)行油氣管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到年輸量的不確定性的特點(diǎn)，結(jié)合能源開發(fā)和市場(chǎng)開發(fā)的情況下運(yùn)輸量較大、能源儲(chǔ)存量下降導(dǎo)致運(yùn)輸量下降等情況。對(duì)于油氣管道無(wú)法滿足實(shí)際運(yùn)輸情況的，應(yīng)及時(shí)采取相關(guān)措施如加泵站等方法進(jìn)行調(diào)整。并且在保障運(yùn)輸安全性、穩(wěn)定性和質(zhì)量的前提下，使成本最低。

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