馬潔

【摘要】輸油管道仿真是以油氣儲(chǔ)運(yùn)輸送工藝中，管內(nèi)原油穩(wěn)定流和瞬變流的數(shù)學(xué)描述及求解為核心，綜合應(yīng)用油氣儲(chǔ)運(yùn)、流體力學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)通信等多學(xué)科知識(shí)的前沿技術(shù)。輸油管道仿真技術(shù)已成為提升油田管道管理水平的有效途徑，是實(shí)現(xiàn)管道智能化管理的重要手段。根據(jù)油田目前輸油管道系統(tǒng)的現(xiàn)狀，文中結(jié)合仿真技術(shù)的內(nèi)容和要求，客觀分析了影響構(gòu)建油田輸油管道仿真系統(tǒng)的一些因素，并提出應(yīng)對(duì)措施和建議，為構(gòu)建油田輸油管道仿真系統(tǒng)進(jìn)行了有益的思考。

【關(guān)鍵詞】輸油管道;數(shù)學(xué)模型;仿真;管理

一、油田應(yīng)用輸油管道仿真系統(tǒng)的現(xiàn)狀

在油田的生產(chǎn)中，輸油管道就象油田的主動(dòng)脈一樣，對(duì)油田的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起著不可替代的作用。隨著生產(chǎn)管理向安全、經(jīng)濟(jì)、高效目標(biāo)的時(shí)代邁進(jìn)，對(duì)輸油管道的運(yùn)行管理提出了更高的要求。根據(jù)輸送任務(wù)的不同，要保證包括首末站、增壓站、注入站（甚至分輸站）及中間管道這樣一個(gè)完整的管道體系，在系統(tǒng)內(nèi)外部條件給定的前提下，能夠隨時(shí)動(dòng)態(tài)地協(xié)調(diào)沿線各單元及配套系統(tǒng)的供能設(shè)備運(yùn)行，合理調(diào)配生產(chǎn)工藝參數(shù)，使全系統(tǒng)始終處于安全平穩(wěn)的最優(yōu)化的運(yùn)行狀態(tài)一管道的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最佳，整個(gè)系統(tǒng)以最低的能耗完成輸送任務(wù)，要實(shí)現(xiàn)這種管理要求是十分復(fù)雜的。另外，要保障管道系統(tǒng)在發(fā)生閥門(mén)誤關(guān)閉、泵站突然停電、管道泄漏、凝管、堵塞、管道破裂、地震等突發(fā)事件時(shí)的安全，能夠及時(shí)根據(jù)管道沿線工況的變化，提前預(yù)警或在事件發(fā)生后用最短的時(shí)間確定相應(yīng)的調(diào)節(jié)方案和處理措施，這都是現(xiàn)代管道科學(xué)管理的要求。

輸油管道的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)正是為了滿足現(xiàn)代管道科學(xué)管理要求而發(fā)展起來(lái)的。到目前為止，世界上許多著名的管道公司花費(fèi)了大量的人力物力從事管道仿真技術(shù)的研究，開(kāi)發(fā)出了功能強(qiáng)大、使用靈活的仿真軟件，比較知名的有TLNET、SPS等，通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)的驗(yàn)證和應(yīng)用，取得了非常好的使用效果。國(guó)內(nèi)的有關(guān)公司和大學(xué)等研究單位從上世紀(jì)90年代開(kāi)始，在引進(jìn)和消化國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，在管道仿真軟件應(yīng)用和開(kāi)發(fā)方面做了大量的工作，促進(jìn)了管道仿真技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展，管道的仿真管理代表著目前輸油管道管理的最高水平。

二、油田應(yīng)用輸油管道仿真系統(tǒng)存在的不足

輸油管道系統(tǒng)是包括管線和沿線各站的一個(gè)統(tǒng)一的水力、熱力體系，只有進(jìn)行全線的統(tǒng)一管理和調(diào)度，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)化運(yùn)行，才能充分發(fā)揮自動(dòng)化系統(tǒng)的作用。目前輸油管道系統(tǒng)只是完成了數(shù)據(jù)采集功能，基本沒(méi)有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線處理和運(yùn)行優(yōu)化以及聯(lián)鎖控制，如油罐液位超高自動(dòng)切斷進(jìn)口閥，油罐低液位聯(lián)鎖停泵，加熱爐在停輸后自動(dòng)聯(lián)鎖停爐等。沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正意義上的數(shù)據(jù)分析處理，造成采集數(shù)據(jù)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)綜合性、關(guān)聯(lián)性分析。工藝流程操作中的很多數(shù)據(jù)是關(guān)聯(lián)的，如流量計(jì)的數(shù)據(jù)跟油罐液位之間的關(guān)系、各點(diǎn)壓力、溫度變化先后等，對(duì)于這些數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，可以迅速發(fā)現(xiàn)流程誤操作、發(fā)現(xiàn)油罐跑油事故、及早發(fā)現(xiàn)儀表故障等;如通過(guò)輸油泵前后壓力、溫度、流量、電量數(shù)據(jù)，可得出輸油泵效率，通過(guò)對(duì)輸油管道進(jìn)出壓力、溫度、流量、地溫等數(shù)據(jù)的分析，可以計(jì)算出輸油效率，進(jìn)而用于指導(dǎo)調(diào)度生產(chǎn)等具有重要的意義。輸油站庫(kù)均沒(méi)有高壓泄壓就地保護(hù)設(shè)施，在事故狀態(tài)或全線統(tǒng)一調(diào)控的情況下，不能滿足工藝過(guò)程對(duì)系統(tǒng)安全的要求。由于各種原因，仍然需要大量的人工參與數(shù)據(jù)的錄取和記錄、計(jì)算、傳遞，這樣就增加了出現(xiàn)諸如手工計(jì)算日?qǐng)?bào)產(chǎn)生誤差這種人為誤差的幾率，并降低效率，對(duì)于機(jī)械的、常規(guī)的工作應(yīng)充分發(fā)揮數(shù)字化系統(tǒng)的功能，減少人為的誤差。

三、油田應(yīng)用輸油管道仿真系統(tǒng)的建議

（一）對(duì)采集的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行妥善管理

輸油管道的仿真系統(tǒng)的核心是建立對(duì)本管道系統(tǒng)水力瞬變流的全面準(zhǔn)確描述，主要難點(diǎn)體現(xiàn)在邊界條件的準(zhǔn)確模擬。每一個(gè)管道系統(tǒng)，其具體組成的系統(tǒng)單元不同，位置各異。由于管道運(yùn)行控制是通過(guò)對(duì)各站設(shè)備的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而設(shè)備的動(dòng)作、調(diào)節(jié)會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)，沿線各站場(chǎng)工藝流程不同，流動(dòng)發(fā)生變化時(shí)對(duì)管道的影響也不同，管道動(dòng)態(tài)過(guò)程產(chǎn)生的壓力波到達(dá)各種邊界時(shí)發(fā)生的通過(guò)和反射情況與各站的流程有關(guān)，所以必須針對(duì)不同的管道系統(tǒng)，根據(jù)該系統(tǒng)中管道上設(shè)置的設(shè)備、站場(chǎng)等單元的特性和各種操作補(bǔ)充計(jì)算方程（邊界條件）。由于各站的流程和設(shè)備復(fù)雜多變，則對(duì)這些多種多樣邊界條件的數(shù)學(xué)描述必須完整準(zhǔn)確、有針對(duì)性。對(duì)于已建管道系統(tǒng)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)，尤其是一些關(guān)鍵參數(shù)及突發(fā)事件時(shí)系統(tǒng)采集的各種可靠數(shù)據(jù)，為建立和求解這些復(fù)雜的邊界條件提供了的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，成為了重要的實(shí)際參考依據(jù)。同時(shí)，要求值班人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)及時(shí)比對(duì)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有偏差時(shí)，盡快對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表進(jìn)行檢查或標(biāo)定，確保數(shù)據(jù)記錄的可靠性。

（二）建立完整的管道系統(tǒng)相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)

在仿真系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要用到的管道系統(tǒng)主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有：①線路數(shù)據(jù)：管道的全程縱斷面數(shù)據(jù)，管線轉(zhuǎn)角位置，變徑點(diǎn)、中間截?cái)嚅y參數(shù);②油品數(shù)據(jù)：粘度、密度、比熱、飽和蒸汽壓、體積膨脹系數(shù);③設(shè)備數(shù)據(jù)：輸油泵參數(shù)（額定轉(zhuǎn)速、額定功率、泵特性曲線參數(shù)、調(diào)速特性參數(shù)），泄壓閥參數(shù)（直徑、特性曲線、最大泄流量）等;④站場(chǎng)數(shù)據(jù)：輸油泵（種類(lèi)、聯(lián)結(jié)方式、臺(tái)數(shù)、控制方式），電價(jià)，站內(nèi)摩阻，泄壓閥種類(lèi)，調(diào)節(jié)閥種類(lèi)，調(diào)節(jié)設(shè)定值，流程控制設(shè)定參數(shù)，參數(shù)聯(lián)鎖邏輯等等。

（三）在仿真軟件的選擇和開(kāi)發(fā)上要注重實(shí)際及長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃

目前，國(guó)內(nèi)外的各種仿真軟件種類(lèi)很多，各有特點(diǎn)和長(zhǎng)處。每一個(gè)管道運(yùn)營(yíng)企業(yè)都有自己的管理模式和特點(diǎn)，其建立的輸油管道仿真管理系統(tǒng)主要圍繞本企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制、生產(chǎn)管理、經(jīng)營(yíng)管理來(lái)開(kāi)展工作。在實(shí)現(xiàn)以上工作內(nèi)容時(shí)，建立一套符合本企業(yè)管道自身生產(chǎn)實(shí)際和管理特點(diǎn)的管道仿真系統(tǒng)，把握好經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的平衡。最后，要建立一支有經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)行操作隊(duì)伍

由于管道仿真軟件屬于專(zhuān)業(yè)軟件，在軟件的維護(hù)及功能的深層次使用中，需要不僅熟悉輸送工藝，而且要比較熟悉計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化、數(shù)字通信方面的復(fù)合型人才，這樣才能發(fā)揮仿真系統(tǒng)的作用，達(dá)到智能化管理輸油管道的目的。