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        輸油管線能耗優(yōu)化分析與應(yīng)用研究

        2019-01-14 02:35:04張東
        當(dāng)代化工 2019年12期
        關(guān)鍵詞:輸油泵成品油泵站

        張東

        摘 ? ? ?要:根據(jù)某管道主線與某管道復(fù)線的基本參數(shù)以及目前的運(yùn)營情況,對管道進(jìn)行評估,主要針對管道現(xiàn)行方案中存在的問題進(jìn)行分析,管道運(yùn)行能耗費(fèi)用偏高情況成為現(xiàn)行管道體系中普遍存在的問題之一。因此討論了造成能耗費(fèi)用偏高的原因,并制定出合理的泵站布置方案和具有一定經(jīng)濟(jì)性和可行性的開泵優(yōu)化方案。

        關(guān) ?鍵 ?詞:輸油管道;水力計算;能耗;優(yōu)化

        中圖分類號:TE 832 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A ? ? ? 文章編號: 1671-0460(2019)12-2840-04

        Abstract: Based on the basic parameters and current operation situation of a pipeline, the pipeline was evaluated, the problems existing in the current pipeline scheme were analyzed, and the reasons for high energy consumption were discussed. A reasonable pumping station layout plan and an economical and feasible pumping optimization plan were made.

        Key words: Oil pipeline; Hydraulic calculation; Energy consumption; Optimization

        迄今為止,我國在管道網(wǎng)絡(luò)方面取得的成就已經(jīng)受到全世界的關(guān)注,管道以東北,西北,西南等為骨干,逐步聯(lián)通東北、西北以及西南的陸上輸油管道的建設(shè)。然而,成品油輸送過程中,管道沿線距離較長,導(dǎo)致沿途地區(qū)地形變化多,氣候環(huán)境復(fù)雜,利用管道進(jìn)行成品油輸送時,受到其油品物性等因數(shù)影響,使得鐵路和公路的運(yùn)輸成本增高,且存在一定程度的危險問題。

        在成品油輸送方面,長距離管道輸送占據(jù)很大一部分,其中,成品油管道的能耗主要表現(xiàn)在運(yùn)行能耗費(fèi)用。因此,為降低管道運(yùn)行成本,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性管道優(yōu)化,應(yīng)對管道進(jìn)行最優(yōu)解模型的研究。該方面的研究內(nèi)容主要包括:最優(yōu)生產(chǎn)運(yùn)行方案、設(shè)備主要能耗、建立數(shù)學(xué)模型并確定最合適的求解方法進(jìn)行求解,達(dá)到降低能耗費(fèi)用的目的[1]。

        基于上述對輸油管線能耗的計算及優(yōu)化問題,本文針對所采集的數(shù)據(jù)建立水力計算的數(shù)學(xué)模型,目標(biāo)函數(shù)為生產(chǎn)運(yùn)行能耗費(fèi)用最小,以實(shí)現(xiàn)降低運(yùn)行過程中的能耗、節(jié)省電力成本、并使其更具有經(jīng)濟(jì)性效益的目的。

        1 ?能耗分析方法

        針對管道能耗的最優(yōu)化問題,前人已經(jīng)做出了大量的研究,并提出相應(yīng)的觀點(diǎn)。為該問題的分析和解決提供了思路。

        2001年,Jokic,A.[2]等針對石油管道網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化,選擇了非線性規(guī)劃的分析方法。2004年,蒲家寧[3]等則應(yīng)用動態(tài)規(guī)劃原理,分析密閉輸送過程中的能耗最優(yōu)解問題。嚴(yán)宏東[4]等對數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化是采用改進(jìn)混沌綜合法。2004年,孟振虎[5]等提出了輸油泵粘液性能曲線自動換算的求解方法,采用非線性規(guī)劃,對輸油管道的全線進(jìn)行優(yōu)化方案的制定。

        1.1 ?輸油管道能耗優(yōu)化模型建立

        在了解了某管道的基本信息與運(yùn)行方式后,尋求合適的數(shù)學(xué)模型在求解最優(yōu)化問題過程中至關(guān)重要。首先,應(yīng)根據(jù)成品油油管道的特點(diǎn),對現(xiàn)有問題進(jìn)行分析整合,制定求解方向,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及查閱大量資料,確定恰當(dāng)?shù)哪P?。對目?biāo)函數(shù),約束條件等加以補(bǔ)充,得到完善的能耗模型體系[6]。

        1.2 ?建立模型

        1.2.1 ?流體摩阻計算

        BP(Back-propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),目前正廣泛應(yīng)用在實(shí)際生活中并具有一定的功能性。從結(jié)構(gòu)上講,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分為輸入層、隱含層和輸出層,是典型的多層網(wǎng)絡(luò),且層與層之間的連接方式稱為全互連方式(圖1)[7]。

        本文通過遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)路的方式對管線能耗的動力費(fèi)用進(jìn)行優(yōu)化處理,泵效率以及泵的運(yùn)行時間會影響到管線的動力費(fèi)用,而泵的吸入壓力、泵的吸出壓力以及輸油泵的輸入功率均會影響到泵效率,進(jìn)而利用泵的吸入壓力、泵的吸出壓力以及輸油泵的輸入功率等參數(shù)的歷史數(shù)據(jù),通過遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方式對上述歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理,進(jìn)而使管線的動力費(fèi)用最少。

        具體做法為采用閾值的方法對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評估閾值的適應(yīng)度,最后根據(jù)遺傳算法得出的適應(yīng)度進(jìn)行選擇、交叉和變異,最終得到最優(yōu)的相關(guān)參數(shù),通過最優(yōu)的相關(guān)參數(shù)可以計算求得最優(yōu)的動力費(fèi)用。

        3 ?結(jié)果與討論

        3.1 ?某管道復(fù)線優(yōu)化方案

        在成品油管道設(shè)計中,為達(dá)到沿線壓力能的需求,可根據(jù)管路全長合理布置若干個泵站。泵站的工作特性和流量由組成泵站的輸油泵性能決定。這個壓頭值的大小取決于管道壁面的強(qiáng)度,泵站的壓力值則由進(jìn)出站壓力確定[8]。

        本設(shè)計中,由于高程差變化不大,出于提高經(jīng)濟(jì)性減少動力損耗,并簡化設(shè)計管路的流程等考慮,選用離心泵串聯(lián)運(yùn)行。減小成品油輸送量的變動幅度可以達(dá)到調(diào)節(jié)控制管線輸油量的目的[9]。為達(dá)到任務(wù)輸量及高程要求,并確定滿足能耗費(fèi)用最小的方案,泵個數(shù)的選擇一般不超過5臺,并要考慮有1臺備用泵。

        根據(jù)水力計算要求,得到4種開泵方案,通過遺傳算法優(yōu)化對2015-2017年3年實(shí)際輸量和電力單價條件下的泵站費(fèi)用進(jìn)行計算并繪制圖像比較,如表1所示。

        在成品油管道輸送費(fèi)用中,泵站運(yùn)行費(fèi)用以耗電費(fèi)用為主[10]。根據(jù)實(shí)際電費(fèi)損耗,可以得到2016年的平均電費(fèi)單價最低,由于電費(fèi)對實(shí)際費(fèi)用的影響因素大于能耗本身,則可以解釋2016年在不同泵站布置情況下均低于條件下的其他年份。2017年以后,價格波動較大,其主要是由能耗費(fèi)用的增加造成的。通過上述的分析比較,對老舊設(shè)備進(jìn)行更換和改進(jìn)是時下減少能耗損失最直接且可行的辦法。

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