畢業(yè)論文輸油管線參數(shù)優(yōu)化設(shè)計軟件的編制

輸油管線參數(shù)優(yōu)化設(shè)計軟件的編制摘要：管道優(yōu)化設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，目標(biāo)是尋求既滿足工藝要求，同時經(jīng)濟效益較好的方案，但工作量和計算量龐大，通過編制計算機軟件既提高工了作效率，節(jié)省時間，而且能更直觀更準(zhǔn)確地對管線參數(shù)進行操作，從而達到優(yōu)化的效果。論文對優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型類型、尋優(yōu)方法及發(fā)展趨勢，以及油氣管道工程的優(yōu)化技術(shù)研究進行了全面綜述，根據(jù)流體力學(xué)及傳熱學(xué)相關(guān)理論建立了熱含蠟原油管道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型,并編制了輸油管線參數(shù)優(yōu)化軟件。本軟件采用VisualBasic6.0編制，以MicrosoftOfficeAccess為數(shù)據(jù)庫，通過ADO數(shù)據(jù)控件綁定鏈接，在窗體上采用Dategrid控件顯示數(shù)據(jù)，具有網(wǎng)格式大量數(shù)據(jù)讀入、溫度壓力計算及分布曲線的繪制、停輸時間計算、推薦運行參數(shù)和數(shù)據(jù)輸出等幾大功能。通過對白豹到華池的輸油管線的優(yōu)化設(shè)計的實例計算,表明計算結(jié)果與管線實際運行參數(shù)相符，優(yōu)化結(jié)果令人滿意，證實了本軟件的可靠性與實用性。該優(yōu)化問題的解決對于提高輸油管系統(tǒng)的設(shè)計、管理水平具有重要的實際意義。關(guān)鍵詞：輸油管道；含蠟原油；優(yōu)化設(shè)計；加熱輸送；軟件編制ThedesignofsoftwareforoptimezingtheparameterofpipelineAbstract:Pipelineoptimizationdesignisacomplexsystemengineering.Itaimsatfindingtheprogramthateconomicallymeetsthetechnologyrequirement.However,thesystemengineeringneedsenormouscalculationsandworks.Theuseofsoftwarecannotonlyhighlyraisetheefficiency,butalsocalculatetheparameteraccuratelyinintuitionisticway,consequentlyachievetheoptimizationofpipeline.Thispaperfirstgivesaoverallsummaryofmathematicalmodelsofoptimaldesign,optimum-seekingtechniquesandtheirdevelopmenttrendsandtheoptimizationresearchesinpipelineproject.Accordingtothetheoryofhydromechanicsandheattransfor,theauthorbuildthemathematicalmodelfortheoptimaldesignofpipelinesystemtransportinghotwaxycrudes,thendesignthesoftwareforoptimezationofpipelinebaseonthemathematicalmodelinvisualbasic6.0language.ThesoftwareuseMicrosoftOfficeAccessasdatebase,whichwaslinkedbyADOcontrol,thendateswereshowedintheformbydategridcontrol.Themainfunctionsofthesoftwarearedateinputing,calculatingtemperatureandpressureanddrawingtheirgraphs,calculatingtimeofhaltandoptimalparameter.ThecalculationsofthepipelinewhichisfromBaibaotoHuacheindicatethattheresultsaccordwithpracticalparameter,consequentlyachievetheoptimezationofpipeline.Thereby,thereliabilityandpracticabilityofthesoftwareisconfirmed.Itisespeciallysignificantforimprovingthedesignandmanagementartsofpetroleumpipelinetothesolutionoftheproblem.KeyWord:Oilpipeline;Waxycrudeoil;Optimizationdesign;Hottransportation;software目錄1前言 11.1問題的提出 11.2輸油管道優(yōu)化運行研究及其軟件編制的發(fā)展?fàn)顩r11.2.1國外輸油管道優(yōu)化運行及其軟件編制研究的發(fā)展?fàn)顩r 21.2.2國內(nèi)輸油管道優(yōu)化運行研究的發(fā)展?fàn)顩r 31.3管道優(yōu)化及其軟件編制的意義 51.3.1節(jié)約能源 51.3.2降低油品的生產(chǎn)成本 51.3.3有利于環(huán)境保護 51.4主要研究內(nèi)容62基本算法的確定 62.1熱油管道沿程溫降計算 72.2熱油管道的摩阻計算82.3保證管線正常輸運所允許的停輸時間 82.4原油輸送能耗的計算123軟件的設(shè)計153.1軟件的設(shè)計環(huán)境及功能說明153.2軟件的結(jié)構(gòu)圖163.3軟件的操作界面及使用說明173.3.1啟動界面及主操作界面173.3.2數(shù)據(jù)輸入193.3.3溫度及壓力計算213.3.4停輸時間233.3.5推薦運行參數(shù)244計算實例254.1管道溫度及壓力分布254.2停輸時間的計算274.2推薦運行參數(shù)295結(jié)論及建議31畢業(yè)設(shè)計小結(jié)32參考文獻33致謝34附錄1軟件源代碼351前言1.1問題的提出石油管道運輸是近三四十年發(fā)展起來的一種運輸方式，特別是近二十年來發(fā)展尤為迅速。隨著國民經(jīng)濟發(fā)展和石油工業(yè)的壯大，石油管道運輸已經(jīng)成為自己的運輸體系，并與鐵路、公路、水路、航空運輸一起成為五大運輸體系。目前的管道運輸已不僅僅運送石油，它已向多品種管道運輸發(fā)展，已經(jīng)使用和正在研究使用管道運輸?shù)奈锲酚衅w、成品油、水、糧食、煤槳、礦漿及LPG等不僅陸地廣泛使用管道運輸，海底油氣管道也得到大量運用，可以說管道運輸已在國民經(jīng)濟發(fā)展中起著越來越重要的作用。在現(xiàn)代管道工業(yè)中，優(yōu)化技術(shù)在管道規(guī)劃、設(shè)計、運行管理、控制等方面得到了廣泛的應(yīng)用。優(yōu)化技術(shù)是在現(xiàn)代計算機技術(shù)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項新技術(shù)，是根據(jù)現(xiàn)代數(shù)學(xué)最優(yōu)化原理和方法，綜合各方面因素，在現(xiàn)有的工程條件下，從問題的眾多可行方案中選出最經(jīng)濟的方案[1]。輸油管道優(yōu)化運行就是在管線系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)、流程及其外部環(huán)境條件為給定的前提下，合理制定管線的輸油計劃及運行方案，使之在規(guī)定期內(nèi)完成給定輸油任務(wù)的同時運行費用最低[2]。輸油局是輸油企業(yè)，也是能源消耗大戶，在原油輸送中每年就要消耗26.5萬噸燃料油，12.4億度動力電。因此，如何才能實現(xiàn)管道的安全運行、低耗、節(jié)能、提高系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，這是科研攻關(guān)和運行管理的大目標(biāo)[3]。輸油管道優(yōu)化運行解決的也是這一問題，在確保完成輸油任務(wù)的前提下盡可能降低輸油能耗，尋求最經(jīng)濟的輸送條件。輸油管道在穩(wěn)態(tài)(包括準(zhǔn)穩(wěn)態(tài))工況下，給定管道流量及其他不可控因素，在滿足管道運行的約束條件下，要求選擇管道的最優(yōu)運行方式、設(shè)備組合以及運行參數(shù)使得單位時間內(nèi)的能耗費用最低[4]。對正在運行中的輸油管道，通過降低熱能損失來降低總能耗對降低輸油成本、提高經(jīng)濟效益影響重大，輸油管道優(yōu)化運行在現(xiàn)實生活中具有重大的意義。但是，輸油管道優(yōu)化運行的研究是一項浩大的工程，需要耗費大量的人力物力，在科技飛速發(fā)展的今天，計算機技術(shù)日益發(fā)達，通過編制軟件不僅可以大大節(jié)省時間和資源，而且更能準(zhǔn)確直觀的實現(xiàn)對管線參數(shù)的操作。目前，國內(nèi)尚無成熟的輸油管線優(yōu)化軟件可供使用，所以該軟件的編制具有降低輸油成本、提高經(jīng)濟效益等重大意義。1.2輸油管道優(yōu)化運行研究及其軟件編制的發(fā)展?fàn)顩r最優(yōu)化技術(shù)是研究和解決最優(yōu)化問題的一門學(xué)科，屬數(shù)學(xué)規(guī)劃的范疇，第二次世界大戰(zhàn)以前，處理最優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)方法主要是古典的微分法和變分法，二次大戰(zhàn)中，由于軍事上的需要產(chǎn)生了運籌學(xué)，提出了大量不能用上述經(jīng)典方法解決的最優(yōu)化問題，隨之產(chǎn)生了線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、決策論、對策論、圖論等新的方法。隨著近代科技與生產(chǎn)的發(fā)展，工程與技術(shù)的復(fù)雜化，使得一個決策的好壞，對經(jīng)濟效益有著重大的影響，這就要求人們必須尋求最優(yōu)化決策，以獲得最好的經(jīng)濟效益，但由于最優(yōu)化的任務(wù)是要在一切可能的方案中尋求最佳方案，常常需要大量的計算，若僅依靠手工計算，則不僅工作量大，計算時間長，而且往往難于實現(xiàn)，令人欣慰的是，由于電子計算機的飛速發(fā)展，為最優(yōu)化技術(shù)提供了強有力的計算工具，使其迅速發(fā)展成為一門新興的學(xué)科。自60年代以來，最優(yōu)化理論和方法不斷得到豐富和發(fā)展，其應(yīng)用幾乎已深入到各個生產(chǎn)科研領(lǐng)域，成為促進國民經(jīng)濟多快好省發(fā)展的有效方法[7]。國外輸油管道優(yōu)化運行及其軟件編制研究的發(fā)展?fàn)顩r[9][8]油氣管道系統(tǒng)最優(yōu)化技術(shù)國外研究較早，水平相對較高。早在50年代，蘇聯(lián)學(xué)者切爾尼金就提出了熱油管道最優(yōu)加熱溫度這一概念。他針對當(dāng)時采用的往復(fù)泵開式的流程，流型為牛頓流的熱油管線，用微分法導(dǎo)出了確定最優(yōu)出站各參數(shù)的關(guān)系式。六十年代初，美國殼牌石油公司的杰斐遜將動態(tài)規(guī)劃法用于等溫密閉輸油管道的站間壓力分配，隨后又提出了隱枚舉法確定站內(nèi)最優(yōu)泵組合。隨后，由于計算機技術(shù)和應(yīng)用數(shù)學(xué)的飛速發(fā)展，國外油氣管道最優(yōu)化技術(shù)迅猛發(fā)展，涉及油氣管道系統(tǒng)設(shè)計、運行、擴建、控制等領(lǐng)域。尤其在最優(yōu)運行與最優(yōu)設(shè)計領(lǐng)域碩果累累，且達到了相當(dāng)?shù)纳疃?。如Cheesernan用坐標(biāo)輪換法優(yōu)化管道。程序有兩條主線:站位和壓縮比優(yōu)化。站位程序的核心是壓降計算。費用程序包括兩個主要參數(shù):動力費和材料投資。假設(shè)對每一個搜索的參數(shù)只有一個最小費用。從不同起點出發(fā)看有無相同局部優(yōu)化值，如果有就認為它是全局優(yōu)化值。雖然這對于有約束的非線性問題并不是一個高效的算法，仍使設(shè)計時間減少70%，設(shè)計費用減少30%，設(shè)計質(zhì)量得到提高。Grelli和Gilmou:設(shè)計的管線優(yōu)化程序用于太平洋輸氣公司和阿爾伯達天然氣公司的一條輸氣管線。程序采用穩(wěn)態(tài)分析和動態(tài)規(guī)劃。1985年1月和8月進行了試驗，節(jié)約燃料8%-12%。在國外油氣動力系統(tǒng)中，有不少是采用熱機(如蒸汽機，燃氣輪機等)作為原動力的。為使油氣管道中的泵和壓縮機運轉(zhuǎn)，每年用于燃料的費用是很可觀的。因此，不少管道公司開始對壓縮機站和泵站的燃料消耗進行了最優(yōu)化研究。1980年，美國的德克薩斯氣體運輸公司的Copal提出了一種管道泵站優(yōu)化運行的方法。目標(biāo)是根據(jù)每一原動機的燃料消耗率，決定要開動哪些泵機組，在保證所需流量的前提下使總?cè)剂腺M用最少;用整數(shù)規(guī)劃算法來選擇最優(yōu)的泵機組搭配，僅需對很少幾種組合進行計算。此外，還用動態(tài)規(guī)劃的方法對出站壓力進行優(yōu)化。Singh(美，1981年)則對此問題提出了一種簡便的算法。蘇聯(lián)學(xué)者在這方面的研究主要集中在如何選擇油管的最佳工況上。國內(nèi)輸油管道優(yōu)化運行研究的發(fā)展?fàn)顩r對輸油管道優(yōu)化運行的研究是輸油工作者研究的重點，建國以來，我國的石油工業(yè)和管道事業(yè)有了很大的發(fā)展，在管道優(yōu)化運行研究方面所做的工作也很多，取得了較令人滿意的成果。(1)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型[10][4][8]把一個復(fù)雜的工程系統(tǒng)抽象成數(shù)學(xué)模型時，設(shè)計者常常面臨多種可供選擇的數(shù)學(xué)模型，恰當(dāng)?shù)倪x擇數(shù)學(xué)模型是一個至關(guān)重要的問題。較理想的數(shù)學(xué)模型應(yīng)盡可能準(zhǔn)確的反映工程實際問題，同時又便于處理。已投產(chǎn)運行的輸油管道，其設(shè)備、管徑、管長、站間距等己確定，我們只能對運行參數(shù)進行優(yōu)化，如溫度、泵組合等。這樣影響輸油能耗的只有熱、動力費用，一般都以二者費用之和最小來建立模型。最初建立的是線性穩(wěn)態(tài)模型，后來，石油大學(xué)的嚴大凡、吳長春考慮了油品的溫度沿管線真實分布及熱機和泵效率的影響，建立了包含全線泵組合與管路的最優(yōu)匹配和輸油溫度的最優(yōu)化兩級子問題的動態(tài)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，該模型適合于我國大多數(shù)輸油管道。1998年，張增強等建立了秦京輸油管道優(yōu)化運行的動態(tài)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，把全線總壓頭和全線總熱負荷在各站間進行了最優(yōu)分配，提出了一種二維動態(tài)規(guī)劃求解方法，在求解時用逐次逼近法降維，這種方法既充分考慮了輸油管道的特點又兼顧了數(shù)學(xué)上的嚴密性。(2)優(yōu)化方法用于優(yōu)化的方法很多。線性規(guī)劃問題:單純形法可以用來解決所有線性規(guī)劃問題，線性離散優(yōu)化問題可以使用割平面法、分枝定界法及0-1規(guī)劃的布爾運算法等。非線性規(guī)劃問題:計算方法有解析法、搜索法、數(shù)值法、線性規(guī)劃或二次規(guī)劃逐步逼近非線性規(guī)劃的方法等。解析法亦稱間接法，包括古典微分法、古典變分法、極值原理和庫恩一塔克定理。搜索法亦稱直接法，包括消去法(格點法、黃金分割法、Fibonacci法)、爬山法(變量輪換法、復(fù)合形法)、隨機試驗法等。數(shù)值法包括牛頓法、變尺度法、可行方向法、鞍點迭代法、梯度法、梯度投影法、簡約梯度法、制約函數(shù)法等，線性規(guī)劃或二次規(guī)劃逐步逼近非線性規(guī)劃的方法有序列線性規(guī)劃法(SLP)和(移動限制)近似規(guī)劃法(MAP)等。動態(tài)規(guī)劃問題:動態(tài)規(guī)劃法是一種能很好的解決所謂多階段決策過程最優(yōu)化問題的方法。輸油管道優(yōu)化運行研究所要解決的是如何確定各站最佳的進出站油溫，各種加熱、加壓設(shè)備的最優(yōu)組合，可以十分有效的利用這種方法來解決。盡管優(yōu)化的方法很多，而應(yīng)用到輸油管道優(yōu)化運行上的方法還不是很多。在我國輸油管道優(yōu)化運行方面使用過的方法有:1991年，嚴大凡、吳長春使用了動態(tài)規(guī)劃法:1992年，吳長春又提出了所謂的DFS(深度優(yōu)先搜索法)，提高了搜索過程效率;1994年，吳長春又提出了先以隨機搜索產(chǎn)Powell法的初始點，采用改進0.618法進行一維搜索的方法:1996年，撫順石油學(xué)院的吳明使用了二分法，相繼牛頓-拉普森法也得到了應(yīng)用；1997年，張其敏使用了MDOD(混合離散變量直接搜索法)，該方法優(yōu)化效果好，速度快:1991年，吳立峰考慮到數(shù)學(xué)模型中既有連續(xù)變量(溫度)，又有離散變f(泵組合)，將MDCP法(混合離散變A組合型法)應(yīng)用到了輸油管道的優(yōu)化運行上，該方法優(yōu)化速度快、優(yōu)化結(jié)果顯著;后來有人采用幾種功能不同的算法進行尋優(yōu)，以期獲得最佳運行方案。(3)泵組合和溫度優(yōu)化方面1980年，吳長春等人對熱含蠟原油管道的經(jīng)濟運行方案的求解方法進行了探討，鄭國華等人也討論過低輸量管道的安全經(jīng)濟運行，金德馨則應(yīng)用動態(tài)規(guī)化算法闡述了輸油管道最佳運行方案的選擇方法訓(xùn)。1986年起，東北輸油管理局與華東石油學(xué)院對鐵秦線輸油優(yōu)化運行進行了協(xié)作研究。同期，華東石油管理局也開始了對魯寧線(山東臨邑至南京儀征)低耗節(jié)能(即開式流程優(yōu)化運行)的工業(yè)試驗研究。由于鐵秦線和督寧線自投產(chǎn)后一直處于不滿負荷狀態(tài)下運行，而且實際輸量波動較大，因而在輸量安排、輸油溫度選擇、管線與泵組合的合理匹配等方面，均為優(yōu)化運行提供了較寬的決策面，一但實現(xiàn)優(yōu)化運行，其效益就相當(dāng)可觀。這兩個研究項目都獲得了可喜的成果。1991年，西南石油學(xué)院吳立峰的碩士論文對熱含蠟原油管道進行了優(yōu)化設(shè)計，采用的方法是混合離散變量復(fù)合形法，有一定的研究價值。1992年，蒲家寧運用動態(tài)規(guī)劃原理，針對密閉輸送工藝，簡明、扼要、具體的闡述了長輸管道優(yōu)化運行的分析與計算方法，有助于對輸油管道優(yōu)化運行的研究。1992年，金崗、張心等對熱油管道優(yōu)化運行技術(shù)進行了探討，指出輸油管道的能耗及運行費用除受油泵壓力和油品溫度變化影響外，還必須考慮動力和熱力設(shè)備在不同負荷下系統(tǒng)效率變化的影響。通過計算機系統(tǒng)的反饋驗證，找出了偏差并制定了能控制最小運行費用的新優(yōu)化運行方案。1993年，重慶大學(xué)的王勇勤等將線性規(guī)劃法用于油田輸油泵站原油外輸機組的優(yōu)化運行，減少了原油外輸中油泵工況搭配和搭配機組運行時間的盲目性，有利于優(yōu)化運行。1995年，王鑒光根據(jù)泵的機械特性，提出了泵站節(jié)能運行方案和泵速最優(yōu)節(jié)能控制算法，節(jié)約了電能，帶來了經(jīng)濟效益。目前遼河油田考慮到運行溫度決定了能耗費用，而運行費用中可變的參數(shù)就是能耗費用，所以對沱一鞍輸油管道的運行溫度進行了優(yōu)化計算，將中間加熱站改成了熱泵站，同時，也提高了沱--鞍輸油管道輸油能力，設(shè)計輸量為500X104噸，優(yōu)化前輸量僅有350X104噸，優(yōu)化后輸量達到7450X104噸。通過實踐證明，優(yōu)化了運行溫度后，每年可節(jié)省能耗費用30.12萬元，如果管道較長，輸量較大，經(jīng)濟效果會更加明顯。1998年，吳明等用最優(yōu)化方法計算了熱油輸送的經(jīng)濟溫度，對節(jié)能有重要意義。2001年，魏安河等以慶鐵線新廟和牧羊泵站為例，提出通過運用降低進站溫度的方法，對降低油電消耗總費用的可行性進行了具體分析，通過計算證明在保證低輸量的安全運行的前提下，降低進站溫度的方法對減少節(jié)流損失，降低輸油成本是完全可行的。我國雖然在輸油管道優(yōu)化運行方面的研究起步較晚，但其進步很快，儲運科技人員在不斷的朝著這個方向努力，建立了許多數(shù)學(xué)經(jīng)濟模型，尋求最優(yōu)運行鄉(xiāng)數(shù)和最優(yōu)運行方案，為節(jié)能降耗做出了重大貢獻。目前在這方面的研究還不是很完善，建立的模型都比較簡單，求解的方法也不是很先進，還有待于我們后來之人繼續(xù)研究和探討。(4)軟件編制方面1999年，清華大學(xué)的張信榮等以東辛含硫管道為例，對孤島原油和清河原油相混后的流變性進行了研究，提出了一種計算東辛管道輸送混合原油粘度的新模型。將管道運行參數(shù)優(yōu)選和節(jié)能技術(shù)方案的研究相結(jié)合，建立了節(jié)能優(yōu)化的改造模型，開發(fā)了東辛管道優(yōu)化運行軟件，既考慮了管道運行能耗費用又考慮了投資改造費用，實現(xiàn)了優(yōu)化與改造方案相結(jié)合，該模型既可用于尋求最優(yōu)運行參數(shù)又可指導(dǎo)最優(yōu)改造方案。對我們的優(yōu)化運行研究很有幫助。2004年，長江大學(xué)石油工程學(xué)院張頂學(xué)等受長慶油田分公司第二輸油處委托，編制了集輸管線優(yōu)化軟件。該軟件界面友好、操作方便，功能全面，但其不足之處是在停輸時間的計算上還不夠準(zhǔn)確，需要進一步完善。1.3管道優(yōu)化及其軟件編制的意義1.3.1節(jié)約能源節(jié)約能源及提高經(jīng)濟效益是當(dāng)前國家對工交部門的兩項重要要求。石油企業(yè)既是能源生產(chǎn)企業(yè)，又是能源消耗大戶，僅輸油的能源消費就占生產(chǎn)成本的50%,能源消耗費用是企業(yè)生產(chǎn)成本中重要的可控部分，降低單位產(chǎn)品的能源消耗是企業(yè)能否有效的控制生產(chǎn)成本的重要因素。能源的開發(fā)和合理利用是社會發(fā)展的源泉和戰(zhàn)略依據(jù)，并標(biāo)志和決定著一個國家的競爭實力和綜合實力[1]。例如管徑為720m，長435km的鐵嶺至大連的管道，年流量為200萬噸，如六個熱泵站每站都將出站油溫提高1攝氏度，全年將多燒原油8500噸。如果每個泵站節(jié)流l00kPa，則全年將損失380萬度電。若能將輸油成本降低0.1分/噸.公里，則一年將節(jié)約870萬元，可見節(jié)省下來的運行費用是驚人的[5]。1.3.2降低油品的生產(chǎn)成本[1]隨著國內(nèi)市場的不斷規(guī)范以及同國際市場的逐步接軌，石油企業(yè)在激烈的市場競爭中通過國家政策和地區(qū)保護而獲得較好的經(jīng)濟效益的機會越來越少，只有按照市場的需求對運行的管道進行優(yōu)化，降低產(chǎn)品的單位成本，才能提高企業(yè)在市場經(jīng)濟中的競爭能力。1.3.3有利于環(huán)境保護[1]大量燃料不能合理和有效的利用，增加了污染物的排放，加重了對環(huán)境的污染。對輸油管道的優(yōu)化運行，不但達到了節(jié)能降耗的目的，而且可以降低企業(yè)治理工業(yè)污染的費用，對企業(yè)自身也有著直接的經(jīng)濟效益。由于管道建設(shè)的大型化和現(xiàn)代化，需要巨額的投資，如在運行中引進優(yōu)化技術(shù)，對流量、溫度、泵機組特性等參數(shù)進行很小的優(yōu)化改變，便可節(jié)省出巨額資金。根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟學(xué)原理，通過對各種優(yōu)化措施和可行方案的技術(shù)分析、經(jīng)濟比較和效益評價、尋優(yōu)技術(shù)與經(jīng)濟的最優(yōu)組合，從而確定出經(jīng)濟合理的運行參數(shù)，使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)下，達到節(jié)約能源、少投入、多產(chǎn)出、提高經(jīng)濟效益的目的?？梢?，輸油管道優(yōu)化運行方案研究是一個很有潛力的發(fā)展方向，對輸油管道優(yōu)化運行進行研究具有重大的現(xiàn)實意義[6]。綜上所述，油氣管道系統(tǒng)最優(yōu)化技術(shù)研究是向復(fù)雜化、多目標(biāo)方向發(fā)展。隨著計算機技術(shù)向高速、多功能、智能化方向發(fā)展，油氣管道系統(tǒng)最優(yōu)化技術(shù)研究的領(lǐng)域更廣，設(shè)計、運行、控制、模擬技術(shù)會相互融合形成綜合最優(yōu)化技術(shù)。1.4主要研究內(nèi)容本論文主要研究集輸管線參數(shù)優(yōu)化軟件的編制。管道優(yōu)化設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，目標(biāo)是尋求既滿足工藝要求，同時經(jīng)濟效益較好的方案，但工作量和計算量龐大，通過編制計算機軟件既提高工了作效率，節(jié)省時間，而且能更直觀更準(zhǔn)確地對管線參數(shù)進行操作，從而達到優(yōu)化的效果。本論文首先對優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型類型、尋優(yōu)方法及發(fā)展趨勢，以及油氣管道工程的優(yōu)化技術(shù)研究進行了全面綜述，建立了熱含蠟原油管道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型,然后編制了輸油管線參數(shù)優(yōu)化軟件。本軟件采用VisualBasic6.0編制，以MicrosoftOfficeAccess為數(shù)據(jù)庫，通過ADO數(shù)據(jù)控件綁定鏈接，在窗體上采用Dategrid控件顯示數(shù)據(jù)，具有網(wǎng)格式大量數(shù)據(jù)讀入、溫度壓力計算及分布曲線的繪制、停輸時間計算、推薦運行參數(shù)和數(shù)據(jù)輸出等幾大功能。最后，對白豹到華池的輸油管線的優(yōu)化設(shè)計進行實例計算，驗證計算結(jié)果與管線實際運行參數(shù)是否相符，從而證實本軟件的可靠性與實用性。2基本算法的確定2.1熱油管道沿程溫降計算易凝、高粘的原油當(dāng)其凝固點高于管道周圍環(huán)境溫度，或在環(huán)境溫度下油流的粘度很高時，工程上常采用加熱、加添加劑的辦法輸送，以保證原油輸送能安全、經(jīng)濟地運行。熱油在輸送過程中存在著兩個方面的能量損失，即摩阻損失和散熱損失。因此，也必須從兩個方面給油流供給能量，即由加熱站供給熱能，由泵站該給壓能。在熱油管道的設(shè)計和管理中，要正確處理這兩種能量的供求平衡關(guān)系。這兩種能量損失的多少又是互相影響的，其中散熱損失往往是起取得決定作用的因素。因為摩阻損失的大小決定于原油的粘度，而粘度的大小則決定于輸送溫度的高低。提高油溫，使原油在較高溫度下輸送，散熱損失將增大，但摩阻損失則可減少。故對于某一輸送任務(wù)，存在著能量最小消耗的最優(yōu)輸送條件，這也就是熱油輸送管道工藝計算所要確定的目標(biāo)。為此，首先要確定熱油管道沿程的溫度分布。油流在加熱站加熱到一定的溫度后進入熱油管道。油流在沿管道流動的過程中不斷向周圍散熱，使其溫度下降。散熱量和原油溫度的沿程分布受到諸如輸油量、加熱溫度、環(huán)境條件、管道散熱條件等許多因素的影響。嚴格地講，這些因素是隨時間變化的，故熱油管道經(jīng)常處于熱力不穩(wěn)定狀態(tài)。但在實際工程中，將正常運行工況近似為熱力、水力穩(wěn)定狀態(tài)，在此前提下進行軸向溫降的計算。設(shè)管道周圍介質(zhì)的溫度為T0，dl微元管段上的油溫為T，管道的質(zhì)量輸油量為G，管段的水力坡降為i。流經(jīng)dl段后散熱油流產(chǎn)生的溫降為dT。在穩(wěn)定工況下，dl微元管段上的能量平衡式為：上式中左邊為dl管段單位時間內(nèi)向周圍介質(zhì)的散熱量，右邊的第一項為管內(nèi)油流溫降dT的散熱量；右邊第二項為dl段上油流摩阻損失轉(zhuǎn)化的熱量。由于dl與dT的方向相反，故取負號。假定在dl管段內(nèi)總傳熱系數(shù)K為常數(shù)，且忽略水力坡降沿dl的變化，對上式分離變量積分，得到沿程溫度分布公式，即列賓宗公式：記，；則有：(2—1)(2—2)或(2—3)上式中，G——原油的質(zhì)量流量，kg/s；c——輸油平均溫度下原油的比熱容，J/(kg.℃)；D——管道外徑，m；L——管道加熱輸送的長度，m；K——管道的總傳熱系數(shù)，W/（m2.℃）；TR——管道起點油溫，℃；TL——距起點為L處的油溫，℃；T0——周圍介質(zhì)溫度，埋地管道則為管中心埋深處的自然地溫，℃；I——油流的水力坡降，m/m；g——重力加速度，m/s2。若油流出加熱站的溫度TR為定值，則管道內(nèi)原油沿程的溫度分布可表示為：(2—4)在推導(dǎo)上式時，假定水力坡降i為定值。實際上，水力坡降要由管道的摩阻計算得出，在進行溫度分布計算時，它還未精確給出。在本研究里我們采用迭代算法確定。從溫度分布的算式可以看出，兩加熱站間的溫度梯度在各處是不同的。在加熱站的出口處，油流與環(huán)境溫度的溫差大，溫降快；而在進入下一加熱站前，由于油溫低，溫降慢。故加熱溫度愈高，散熱愈多，溫降就愈快。因此，試圖靠提高加熱站出口的油溫來提高管段末端的油溫，往往收效不大。常常是首端溫度提高10℃，而末端的油溫僅提高2～3℃。2.2熱油管道的摩阻計算由于熱油管道油流的溫度沿程是不斷下降的，故油流的粘度不斷增大，其水力坡降也是不斷增大的。因此，在計算熱油管道的摩阻時，必須考慮管道沿線的溫降情況和油品的粘溫特性。在本研究里，我們采用分段耦合計算熱油管道的壓力和溫度分布。在本研究中，我們采用平均油溫的計算法計算油流的壓力沿程分布。其計算步驟為：a．按甲方的要求，將兩加熱站間的熱油管道分劃成需要小的分段，在計算程序里，我們大致按0.1千米分劃，記下每個計算點的管道里程和管道中心的高程；b．由反推計算確定的總傳熱系數(shù)K、原油的比熱容和假定的管段內(nèi)的水力坡度，從加熱站開始，逐段計算該段的終點溫度T2；c．按下式計算該段原油的平均溫度：(2－5)d．由實測的原油粘溫曲線，內(nèi)插得到平均溫度下的原油粘度，計算油流的雷諾數(shù)，并判別流態(tài)；e.由科爾布魯克公式計算油流的沿程阻力系數(shù)，進而求得該段的水力摩阻損失和計算的水力坡度；f．比較計算的水力坡度和原假定的水力坡度的差別是否精度要求，若不滿足，則返回（b），重新計算；g．若計算的水力坡度和原假定的水力坡度的差別在給定的誤差范圍內(nèi)，則由伯努利方程求的該管段末端的壓力P2；h．將計算得到的末端溫度和壓力作為下一段的起點溫度和壓力，重復(fù)上述計算，直到下一加熱站為止。2.3保證管線正常輸運所允許的停輸時間本節(jié)所討論的問題實質(zhì)是要弄清楚熱油管線的停輸時間和再啟動壓力的計算問題。熱油管路的計劃檢修、電源中斷、輸油量過低、輸油溫度過低、管道泄漏都可能造成熱油管線的停輸。在現(xiàn)場，通常在輸量不足的情況下，為節(jié)省動力并為了保持一定的熱力條件，也常采用間歇輸油的方式來代替反輸。停輸后，由于管路中所輸油品的溫度不斷下降，油的粘度不斷增加，給管路輸油的再啟動造成困難，甚至造成油品在管路中凝結(jié)，使管路“凍結(jié)”。為了避免凍結(jié)事故，確保管線安全平穩(wěn)生產(chǎn)，必須了解管路在各種條件下的允許最長停輸時間和停輸后的溫度變化情況，確定出再啟動時所需的壓力和輸量，以確保管線的安全生產(chǎn)。（1）埋地?zé)嵊凸芫€停輸后溫降的計算埋地?zé)嵊凸芫€停輸后，由于經(jīng)長期穩(wěn)定輸油，管線周圍土壤中所積蓄的熱量要比管路中原油所含熱量大很多。故埋地?zé)嵊凸芫€停輸后的溫度下降情況與架空管道不同，主要決定于管線周圍土壤的冷卻情況。實踐表明，由于剛停輸時管內(nèi)壁處的油溫與管外壁土壤間的溫差較大。在地溫為12～15℃，油溫為45～50℃時，大約相差3～8℃。當(dāng)?shù)販貫?℃，油溫為35～40℃時，約相差8～10℃。故埋地管線停輸后地溫降可分為兩個階段：●管內(nèi)油溫較快地冷卻到略高于管外壁土溫，其中靠近管壁處的油溫下降更快；●管內(nèi)存油和管外土壤作為一個整體而緩慢地冷卻。ⅰ)開始階段的溫降計算對于這一階段的溫降計算，我們作如下假設(shè)：①忽略管內(nèi)橫斷面上溫度梯度和軸向溫降；②管道總傳熱系數(shù)K保持不變；③忽略油品特性隨溫度的變化；④外界溫度不變；⑤不計保溫層的熱容量。在時間內(nèi)的熱平衡方程為：(2—6)將上式積分，并整理后得到：(2—7)式中，K—停輸后油管內(nèi)原油至油管外壁處的總傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；D,D1,D2—管道平均直徑、油管內(nèi)徑和油管外徑，m；—原油的比熱和密度，J/(㎏·℃),㎏/m3；—鋼材的比熱和密度，J/(㎏·℃),㎏/m3；T0———管道埋深處的地溫，℃；———停輸后小時的油溫，℃；———停輸開始時的油溫，℃；———停輸時間，h(小時)。若考慮到鋼管的壁厚不大，可以不計鋼管的熱容量，則上式可以更進一步化簡為：(2—8)ⅱ)管內(nèi)存油和管外土壤的共同緩慢冷卻若輸油管道正常運行時管道周圍的土壤溫度已接近穩(wěn)定，則停輸后土壤溫度場的衰減過程，也就是啟動預(yù)熱的反過程?？砂春銦崃鞣ㄓ嬎阃］敳煌瑫r間后的各點土壤溫度，得到在冷卻過程中管壁處的土壤溫度隨時間的變化規(guī)律。我們選用恒熱流法計算停輸不同時間后的各點土壤溫度。這種方法是把埋地管道當(dāng)作半無限大均勻介質(zhì)中連續(xù)作用的線熱源，即認為土壤是各向均勻同性的，管道傳往各方向的熱流強度是相等的。即：(2—9)式中， —開始停輸時管壁處的土壤溫度； —停輸小時后管壁處的土壤溫度；——土壤的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)；——土壤的導(dǎo)溫系數(shù)，；——管道埋深，m；——停輸時間，小時，h；——穩(wěn)定工況的管道散熱量，W/m；若將上式也可以(2—10)如果近似取停輸后的恒定散熱損失等于穩(wěn)定輸送時的熱損失，則(2—11)代入（3－5）式，并考慮當(dāng)(3～4)時，<<,忽略前一項，并將展開為級數(shù)，取前兩項，整理后得到第二階段的停輸時間：(2—12)由（3－10）式，可以求得溫降第一階段的停輸時間為：式中，以秒計。上述恒熱流法系一種二維不穩(wěn)定傳熱計算。它只能求得某一斷面或某一管段處的停輸溫降。下面為一種計算管道任意斷面上停輸后油溫的近似計算方法。（2）短期停輸后管內(nèi)油溫計算由于土壤的蓄熱量和熱阻都很大，埋地管道在停輸后，溫度的下降是比較緩慢的。因此，可以將管內(nèi)原油的冷卻過程看成是一系列準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)，列出微元時段內(nèi)的熱平衡方程，進行近似求解，得出停輸后管內(nèi)的油溫。假定在時段內(nèi)，管內(nèi)所存原油及鋼管溫降的放熱量等于管道向環(huán)境的散熱，且總傳熱系數(shù)對于穩(wěn)定狀態(tài)時的總傳熱系數(shù)K，類似可導(dǎo)得：(2—13)令，(2—14)則上式可寫成：對上式積分，當(dāng)。此時，距起點l處，油溫Tl可按蘇霍夫公式計算：(2—15)于是，可得距起點任意距離l處，停輸溫降時間后管內(nèi)油溫的計算式為：(2—16)式中，T——距管道起點l處，停輸時間后的油溫，℃；T0——周圍環(huán)境溫度，℃；TR——管道起點處，開始停輸時的油溫，℃；K——管道在穩(wěn)定狀態(tài)工況下的總傳熱系數(shù)，W/(m2.℃)；L——計算點距管道起點的距離，m；b——由（3—14）式定義的系數(shù)；——停輸時間，s。（3—16）式可以計算停輸后管道任意斷面上平均油溫隨時間的變化。各種突然事故都可能造成輸油管線停輸。因此，停輸可能發(fā)生在不同的季節(jié)（不同的地溫）、不同的排量、不同的起點溫度、不同的起點壓力下，停輸?shù)臅r間長短也不一。在停輸溫降計算的軟件設(shè)計中，應(yīng)考慮上述各種可能的情況的停輸事件的發(fā)生，及時和準(zhǔn)確地計算出停輸管線沿線各斷面處的油溫隨時間變化的情況。限于篇幅，在本論文中的各加熱站的停輸計算中，只對冬季最寒冷的月份發(fā)生停輸事件的溫降進行了計算。其他的各種可能的停輸溫降計算可以很方便地利用本研究提供的軟件進行。2.4原油輸送能耗的計算原油在加熱輸送的過程中，能量消耗主要為提高原油位能和克服管道摩阻損失的機械能損失和加熱輸送的管道散熱損失。a）機械能消耗在無翻越點的原油輸送管道中，機械能消耗僅為提高原油位能和克服原油輸送時的摩阻損失。泵提供給單位重量原油的有效能頭為：（2-17）而在輸送管道存在翻越點的管線中，若不允許管道出現(xiàn)負壓，則泵提供給單位重量原油的有效能頭為：（2-18）上兩式中，泵的有效功率為：（2-19）上式中，若以單位能耗，即輸送1噸原油每1千米所消耗的能量表示，再計入泵和電機的效率，則有：（2-20）式中：b）熱能消耗單位熱能的消耗以下述公式計算：（2-21）式中，3軟件的設(shè)計3.1軟件的設(shè)計環(huán)境及功能說明軟件的開發(fā)環(huán)境采用WindowsXP操作系統(tǒng)，因為Windows是一個多任務(wù)的操作系統(tǒng)，它是集多任務(wù)、多用戶、多功能和多媒體為一體的軟件集成環(huán)境。本軟件采用的開發(fā)工具為VisualBasic6.0，它有以下特點:VB繼承了Basic簡單易用的特點，適用于Windows環(huán)境下快速編程；采用可視化技術(shù),操作方便；采用面向?qū)ο蠹夹g(shù),沒有復(fù)雜的程序流程；編程模塊化、事件化、程序由許多小程序組成。本軟件采用MicrosoftOfficeAccess數(shù)據(jù)庫，以ADO數(shù)據(jù)控件鏈接，在窗體上用Dategrid控件顯示數(shù)據(jù)。該軟件由數(shù)據(jù)輸入、模擬計算、結(jié)果輸出等三大模塊組成。(1)數(shù)據(jù)輸入模塊該模塊包含基本管線基礎(chǔ)參數(shù)輸入和管線高程參數(shù)輸入及原油粘溫數(shù)據(jù)三個子模塊。(2)模擬計算模塊該模塊由管道溫度、壓力的分布計算模塊、保證任務(wù)數(shù)量下可將能耗將為最低的優(yōu)化運行參數(shù)計算模塊及停輸降溫計算模塊組合而成，用戶可根據(jù)屏幕提示和計算要求進行選擇，以便節(jié)省計算時間。(3)結(jié)果輸出模塊該模塊包含文件保存、數(shù)據(jù)顯示、粘溫曲線、溫度、壓力分布曲線等子模塊。3.2軟件的結(jié)構(gòu)圖集輸管線參數(shù)優(yōu)化軟件啟動界面集輸管線參數(shù)優(yōu)化軟件啟動界面主控菜單輸入模塊管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管道高程數(shù)據(jù)計算模塊溫度計算壓力計算推薦參數(shù)計算停輸時間計算輸出模塊粘溫曲線溫度、壓力曲線原油粘溫數(shù)據(jù)管道縱斷面圖3.3軟件的操作界面及使用說明3.3.1啟動界面及主操作界面本軟件具有友好的界面設(shè)計，在主操作界面上，用菜單編輯器制作了主菜單和其子菜單，為了用戶能夠方便的使用該軟件，使用工具欄（ToolBar）控件，在主操作界面中制作了工具按鈕，然后鏈接Imagelist控件為按鈕添加了彩色圖標(biāo)。主菜單包括有管道及原油數(shù)據(jù)，溫度壓力計算，停輸時間，推薦運行參數(shù)，幫助及退出選項。在管道及原油數(shù)據(jù)中，包括有子菜單管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、管道高程數(shù)據(jù)和粘溫數(shù)據(jù)。工具欄中的工具按鈕包括有管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、管道高程數(shù)據(jù)、粘溫數(shù)據(jù)、溫度壓力計算、停輸時間、推薦運行參數(shù)及退出。在狀態(tài)欄中，有“歡迎使用輸油管線參數(shù)優(yōu)化軟件”字樣和當(dāng)前的時間顯示。其源代碼見附錄1.1。3.3.2數(shù)據(jù)輸入本軟件采用MicrosoftOfficeAccess數(shù)據(jù)庫，以ADO數(shù)據(jù)控件鏈接，在窗體上用Dategrid控件顯示數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了網(wǎng)格式的大量數(shù)據(jù)的輸入。（1）管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（2）管線高程數(shù)據(jù)以白豹至華池的輸油管線為例，管線全長27.072km，以0.1km為步長，共277個計算點。在界面左側(cè)為Dategrid控件，可以輸入不同管線的各點高程數(shù)據(jù)，右側(cè)為管線縱斷面圖。在圖上方，可實時顯示鼠標(biāo)位置處的座標(biāo)，從而可以直觀的查詢到管道任意位置處的高程。此功能是通過Picturebox(圖片框)控件的line方法實現(xiàn)的，以管線里程為橫坐標(biāo)，管線高程為縱坐標(biāo)，兩點連線，再加以循環(huán)即可。具體源代碼見附錄1.3。（3）粘溫數(shù)據(jù)此窗口用來顯示原油的粘溫數(shù)據(jù)，并繪制原油的粘溫曲線。以原油溫度為橫坐標(biāo)，原油粘度為縱坐標(biāo)，具體實現(xiàn)方法與管道高程數(shù)據(jù)窗口相同。實現(xiàn)此功能的源代碼見附錄1.4。3.3.3溫度及壓力計算此窗口功能為在給定的管線起點溫度與起點壓力條件下，來計算管線沿程的溫度與壓力的分布，繪制溫度及壓力分布曲線，并將計算結(jié)果保存到文本文件中。通過Textbox（文本框）來實現(xiàn)管道起點溫度與管道起點壓力的輸入，根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)，來計算管道沿線的溫度與壓力的分布。具體源代碼見附錄1.5。3.3.4停輸時間此窗口用來實現(xiàn)管道停輸時，在已知地溫的條件下，根據(jù)輸入的停輸時間來計算管道沿線的溫度分布，并將計算結(jié)果保存到文本文件，從而可以判斷管道停輸多久可能發(fā)生原油凝管事故。源代碼見1.6。3.3.5推薦運行參數(shù)此窗口用來實現(xiàn)對管道運行參數(shù)的優(yōu)化。根據(jù)不同的輸送溫度下，管道的運行費用不同，以費用最低時的輸送溫度為最優(yōu)溫度，并計算此起點溫度下，管線沿程溫度和壓力的分布，繪制溫度、壓力的分布曲線，然后將優(yōu)化結(jié)果保存到文本文件。具體源代碼見附錄1.7。4計算實例以白豹至華池的輸油管線為例：管線全長27.072km，起點溫度為32℃，起點壓力為3.0MPa，以0.1km為步長，進行計算。由于計算點較多，這里僅列出整數(shù)km的計算點數(shù)據(jù)。4.1管道溫度及壓力分布由軟件計算得出的溫度壓力數(shù)據(jù)如下表：表4-1管道溫度壓力數(shù)據(jù)表里程（km）高程（m）溫度（℃）壓力（MPa）01358323.01.001136331.302.962.001136730.632.933.094137629.912.854.029139129.322.735.087139928.662.666.049154428.091.477.069153327.501.568.094158426.921.149.084156626.381.2910.094164425.840.6511.044167225.350.4212.00156524.871.3013.056146524.362.1214.028140223.902.6415.028137823.442.8416.128136322.962.9617.034136122.572.9718.045135122.143.0619.134134321.703.1220.034133221.353.2121.034132720.973.2522.034131220.603.3823.034130620.233.4324.034130819.893.4125.034129119.553.5526.034129019.223.5627.022129118.913.55圖4-1管線縱斷面圖圖4-2管線溫度分布曲線圖圖4-3管線壓力分布曲線圖4.2停輸時間的計算停輸時間的計算結(jié)果如下：表4-2停輸后溫度分布數(shù)據(jù)表停停輸時間油溫里程1h5h10h20h030.6726.0621.5615.591.00130.01225.5321.1615.362.00129.3825.0220.7815.143.09428.7024.4820.3614.904.02928.1424.0320.0214.715.08727.5223.5319.6514.496.04926.9723.1019.3214.317.06926.4122.6518.9814.118.09425.8722.2118.6513.929.08425.3521.8018.3413.7510.09424.8521.4018.0313.5711.04424.3821.0317.7513.4112.023.9320.6617.4813.2513.05623.4520.2717.1913.0814.02823.0119.9316.9312.9415.02822.5819.5816.6612.7916.12822.1219.2116.3812.6317.03421.7518.9216.1612.5018.04521.3518.6015.9112.3619.13420.9318.2615.6412.2120.03420.6018.0015.4612.1021.03420.2417.7115.2511.9722.03419.8917.4315.0311.8523.03419.5517.1614.8311.7424.03419.2216.8914.6311.6225.03418.9016.6414.4411.5126.03418.5916.3914.2511.4027.02218.2916.1514.0711.30圖4-4管線不同停輸時間后的溫度分布B--停輸1h后的溫度分布C--停輸5h后的溫度分布D--停輸10h后的溫度分布E--停輸20h后的溫度分布由上圖可看出，隨停輸時間的延長，溫度曲線趨于平緩。停輸時間達到一定長后，油溫將趨于地溫。4.2推薦運行參數(shù)經(jīng)優(yōu)化后，管線運行參數(shù)如下表：表4-3推薦運行參數(shù)數(shù)據(jù)表里程（km）高程（m）溫度（℃）壓力（MPa）0135831.031.001136330.332.962.001136729.682.933.094137629.002.854.029139128.432.735.087139927.802.666.049154427.251.477.069153326.681.568.094158426.131.149.084156625.611.2910.094164425.100.6411.044167224.630.4212.0156524.171.3013.056146523.682.1214.028140223.242.6415.028137822.802.8316.128136322.342.9617.034136121.962.9718.045135121.563.0619.134134321.143.1220.034133220.803.2121.034132720.433.2522.034131220.083.3823.034130619.833.4324.034130819.403.4125.034129119.083.5526.034129018.763.5627.022129118.463.55圖4-5管線的推薦運行溫度E--優(yōu)化前管線的溫度分布C--優(yōu)化后管線的溫度分布圖4-6管線的推薦運行壓力5結(jié)論及建議通過編制輸油管線參數(shù)優(yōu)化軟件和對實例的計算分析，得到以下結(jié)論：1.本論文對以往的輸油管道優(yōu)化運行所做的工作進行了分析和研究，考慮了運行費用的影響因素，在進站油溫、出站油溫、熱負荷、水力約束、管線強度、流量等綜合約束條件下，建立了輸油管道優(yōu)化運行的數(shù)學(xué)模型。2.由于計入了摩擦生熱對沿線溫降的影響，所以本文推出了各種流態(tài)下的水力坡降i的計算公式，并將沿線的水力坡降i取作變量，但由于i隨油流溫度T的變化而改變，同時計算溫度T時，T又受i的影響，故使用迭代法，較精確的計算了水利坡降i與油流溫度T沿管線的分布，從而大大減少了由于摩擦生熱而產(chǎn)生的誤差。3.軟件具有網(wǎng)格式的數(shù)據(jù)輸入界面，計算管線沿程溫度、壓力的分布，停輸時間及推薦運行參數(shù)，并繪制了管線縱斷面圖、原油粘溫曲線、溫度壓力分布曲線及停輸時的溫度分布曲線等功能。4.以白豹至華池的輸油管線為例，進行了計算，與實際測量值相符，從而驗證了本軟件的正確性與實用性，優(yōu)化后取得了令人滿意的效果。幾點建議：1．計算時沒有考慮傳熱系數(shù)K的變化，將其設(shè)為定值，但隨著溫度的降低，必將出現(xiàn)結(jié)蠟現(xiàn)象，勢必會影響到管道的傳熱系數(shù)，應(yīng)將數(shù)學(xué)模型更加完善，分段計算傳熱系數(shù)K的值并且考慮結(jié)蠟的影響，使計算結(jié)果與工程實際更接近。2．只考慮了穩(wěn)態(tài)的密閉型輸油管道，為了盡可能反映工程實際問題，應(yīng)當(dāng)將非穩(wěn)態(tài)、旁接油罐等輸油方式考慮進去，使輸油管道優(yōu)化運行的數(shù)學(xué)模型進一步完善化。畢業(yè)設(shè)計小結(jié)三個多月的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，而我也將告別我的大學(xué)生活。這三個多月可以說是我在大學(xué)里最重要的三個月，這次畢業(yè)設(shè)計不但加深了我對基礎(chǔ)知識的理解，更增強了我的實際動手能力，對我以前所學(xué)知識是一次系統(tǒng)的、全面的總結(jié)，對我以后的學(xué)習(xí)和工作都有著重要的意義和深遠的影響。這次畢業(yè)設(shè)計是對我以前所學(xué)課程的一次全面總結(jié)。因為題目涉及數(shù)學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、專業(yè)課程及計算機等多方面的知識。因此，又是對我綜合能力的考察。在畢業(yè)設(shè)計過程中，曾遇到很多困難，我都一一克服。有很多老師和同學(xué)給了我很多的幫助和啟示。在這里向他們表示真誠的感謝！由于水平有限，時間倉促，不足之處在所難免，還請各位老師批評指正。參考文獻[1]俞伯炎、吳照云等，石油工業(yè)節(jié)能技術(shù)。第一版.北京：石油工業(yè)出版社.2000.397-401頁[2]吳長春：熱油管道的優(yōu)化運行.石油規(guī)劃設(shè)計.1994.5(2):48-49[3]茹旅靈、閏寶東：物油管道節(jié)能技術(shù)概論.第一版.北京：石油工業(yè)出版.2000.110-118頁[4]張思俊譯，高粘原油的優(yōu)化輸送.國外油氣儲運，Vo1.11,No1,1993.2[5]吳長春、嚴大凡：熱油管道運行管理最優(yōu)化.江漢石油學(xué)院學(xué)報.1992.83-87[6]王為民：國內(nèi)外石油管道輸送技術(shù)發(fā)展綜述.管道技術(shù)與設(shè)備，1997.4[7]楊筱茜、張國忠：抽油管道設(shè)計與管理.第1版.北京:石油大學(xué)出版社.1996.[8]謝英：輸氣管網(wǎng)系統(tǒng)研究.西南石油學(xué)院碩士論文.1997[9]吳立峰：熱含蠟原油管道系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計.西南石油學(xué)院碩士論文.1991[10]黃志潛等.石油與天姍氣管道工程最優(yōu)化技術(shù)的綜述.油氣儲運.1987,6(2);1-5[11]張增強等.秦京物油管道優(yōu)化運行研究.油氣儲運.1998，17(10):9-10[12]徐嚴波、徐嚴義等，MDCP法在輸油管道優(yōu)化運行中的應(yīng)用，油氣儲運，2002,21(12)19--220[13]高松竹、汪玉春等，混合遺傳算法在輸油管道優(yōu)化運行中的應(yīng)用,油氣儲運,2004,23(7)34～37.[14]楊筱蘅、張國忠等，《輸油管道設(shè)計與管理》，石油大學(xué)出版社[15]張其敏：輸氣干線模糊優(yōu)化設(shè)計.西南石油學(xué)院碩士論文.1997[16]侯銅瑞：貫徹管運輸技術(shù)政策提高管道運輸綜合能力.油氣儲運,Vo1.18,No7,1999[17]MicrosoftCorporation著，微軟（中國）有限公司譯，VisualBasic6.0中文版程序員指南，1998[18]林慕新等，VisualBasic6.0實例教程，電子工業(yè)出版社，1999[19]EricBrierley、AnthonyPrintce、DavidRinaldi著，王建華、陳一飛等譯，VisualBasic6開發(fā)人員指南,機械工業(yè)出版社.致謝向蔣華義老師和油氣儲運教研室的各位老師致以衷心的謝意！這次畢業(yè)設(shè)計是在蔣華義老師悉心指導(dǎo)下完成的。蔣老師淵博的知識和嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度使我感觸頗深。在畢業(yè)設(shè)計過程中，每當(dāng)遇到困難，蔣老師都給予我充分的鼓勵和幫助，使我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計。在此，對蔣老師表示由衷的感謝，并感謝油氣儲運教研室的各位老師，感謝他們給我們的幫助，從他們那里我學(xué)到了很多全新的知識，大大開拓了我的知識面，他們豐富的經(jīng)驗，孜孜不倦的教誨，給我留下了深刻的印象。在軟件編制的過程中，魯明俊老師給與了細心的指導(dǎo)和熱心的幫助，在此予以誠摯的謝意。除此之外，很多同學(xué)都給了我極大的幫助，在這里向他們表示真誠的謝意！附錄1軟件源代碼1啟動窗體PrivateSubMain()Form7.Left=3000Form7.Top=3000Form7.ShowForm7.RefreshFori=1To300000000NextiUnloadForm7MDIForm1.ShowEndSub1.2程序主操作界面PrivateSubDatebest_Click()Form6.ShowEndSubPrivateSubDateHight_Click()Form4.ShowEndSubPrivateSubDateofoil_Click()Form5.ShowEndSubPrivateSubexit_Click()UnloadMeEndSubPrivateSubMDIForm_Load()MDIForm1.Width=18000:MDIForm1.Height=11000DimL0()AsDouble,Z0()AsDoubleDimnAsInteger,TAsIntegern=1OpenApp.path+”\管線里程數(shù)據(jù)表.txt"ForInputAs#1DoWhileNotEOF(1)ReDimPreserveL0(n)Input#1,L0(n-1)n=n+1Loopn=n-1Close#1ReDimZ0(n)T=0OpenApp.path+”\管線高程數(shù)據(jù)表.txt"ForInputAs#1DoWhileNotEOF(1)Input#1,Z0(T)T=T+1LoopClose#1EndSubPrivateSubP_Click()Form3.ShowEndSubPrivateSubT_Click()Form2.ShowEndSubPrivateSubTandP_Click()Form2.ShowEndSubPrivateSubToolbar1_ButtonClick(ByValButtonAsMSComctlLib.Button)SelectCaseButton.KeyCase"DateBasic"Form1.ShowCase"DateHight"Form4.ShowCase"Dateoil"Form5.ShowCase"TandP"Form2.ShowCase"Tstop"Form3.ShowCase"Datebest"Form6.ShowCase"exit"UnloadMeEndSelectEndSubPrivateSubTstop_Click()Form3.ShowEndSub1.3管道高程數(shù)據(jù)PrivateSubForm_Load()DimL0()AsDouble,Z0()AsDoubleDimnAsInteger,mAsInteger’讀入數(shù)據(jù)n=1OpenApp.Path+"\管線里程數(shù)據(jù)表.txt"ForInputAs#1DoWhileNotEOF(1)ReDimPreserveL0(n)Input#1,L0(n-1)n=n+1Loopn=n-1Close#1ReDimZ0(n)m=0OpenApp.Path+"\管線高程數(shù)據(jù)表.txt"ForInputAs#1DoWhileNotEOF(1)Input#1,Z0(m)m=m+1LoopClose#1’繪制管道縱斷面圖Picture1.Scale(0,Picture1.Height)-(L0(n-1),0)Picture1.DrawWidth=1.5m=0DoWhile(m<n-1)Picture1.Line(L0(m),Z0(m)*15-18100)-(L0(m+1),Z0(m+1)*15-18100),vbBluem=m+1LoopEndSub’顯示里程、高程坐標(biāo)PrivateSubPicture1_MouseMove(ButtonAsInteger,ShiftAsInteger,XAsSingle,YAsSingle)Label3.Caption=Str((Y+18100)/15):Label2.Caption=Str(X)EndSub1.4粘溫數(shù)據(jù)PrivateSubForm_Load()DimT0()AsDouble,N0()AsDouble,aAsDoubleDimnAsInteger,mAsInteger’讀入數(shù)據(jù)n=1OpenApp.Path+"\粘溫數(shù)據(jù)表.txt"ForInputAs#1DoWhileNotEOF(1)ReDimPreserveT0(n),N0(n)Input#1,T0(n-1),N0(n-1)'Picture1.PrintT0(n-1),N0(n-1)n=n+1Loopn=n-1Close#1’繪制粘溫曲線Picture1.Scale(0,Picture1.Height)-(T0(0)+5,0)Picture1.DrawWidth=1.5m=n-2DoWhile(m>=0)Picture1.Line(T0(m),N0(m)*70+400)-(T0(m+1),N0(m+1)*70+400),vbRedm=m-1LoopEndSub’顯示溫度、粘度坐標(biāo)PrivateSubPicture1_MouseMove(ButtonAsInteger,ShiftAsInteger,XAsSingle,YAsSingle)Label3.Caption=Str((Y-400)/70):Label2.Caption=Str(X)EndSub1.5溫度壓力計算PrivateSubCommand1_Click()DimkAsDouble,dAsDouble,cAsDouble,GAsDouble,aAsDouble,mdAsDoubleDimiAsDouble,i0AsDouble,bAsDouble,lAsDouble,L0()AsDouble,Z0()AsDouble,P0()AsDoubleDimTAsDouble,T0()AsDouble,Tp()AsDouble,V0()AsDouble,Re()AsDouble,Re1AsDouble,Re2AsDouble,EAsDoubleDimnAsInteger,mAsInteger,fAsDoubleConstpi=3.1415926,G0=9.8'原始數(shù)據(jù)的讀入n=1OpenApp.Path+"\管線里程數(shù)據(jù)表.txt"ForInputAs#1DoWhileNotEOF(1)ReDimPreserveL0(n)Input#1,L0(n-1)n=n+1Loopn=n-1Close#1ReDimZ0(n)m=0OpenApp.Path+"\管線高程數(shù)據(jù)表.txt"ForInputAs#1DoWhileNotEOF(1)Input#1,Z0(m)m=m+1LoopClose#1'開始進行溫度分布的計算ReDimT0(m),Re(m),V0(m),Tp(m),P0(m)T0(0)=32:T=7.6:P0(0)=3*10^6G=37/3600:k=1:d=0.1583:md=838.6:i=0.001:E=2*0.0008/dc=(1.687+3.39/1000*30)/Sqr(md/1000)*1000Re1=59.5/E^(8/7):Re2=(665-765*Log(E)/Log(10))/Ef=0Forn=1Tom-1Doi0=ia=k*pi*d/G/md/c:b=G0*i/c/aT0(n)=(T+b)+(T0(n-1)-(T+b))*Exp(-a*(L0(n)-L0(n-1))*1000)Tp(n)=T0(n-1)/3+T0(n)*2/3V0(n)=3.759*10^-4*Exp(-0.126*Tp(n)):Picture1.PrintV0(n)Re(n)=4*G/pi/0.1583/V0(n)If(Re(n)<=2000)Theni=64*(4*G/pi/d^2)^2/2/9.8/dElseIf(Re(n)<=Re1)Theni=0.0246*G^1.75*V0(n)^0.25/d^4.75ElseIf(Re(n)<=Re2)Theni=0.0802*10^((0.127*Log(E/2)/Log(10))-0.627)*G^1.877*V0(n)^0.123/d^4.877Elsei=0.0826*0.11*(E/2)^0.25*G^2*V0(n)/d^5EndIff=f+1LoopWhileAbs(i-i0)>0.000001P0(n)=P0(n-1)+md*G0*(Z0(n-1)-Z0(n))-i*md*G0*(L0(n)-L0(n-1))'Picture1.Print"L=",L0(n-1),"T=",T0(n-1),"P=",P0(n-1)/1000000,fNextn'將計算結(jié)果輸出為文本OpenApp.Path+"\溫度分布.txt"ForOutputAs#1Forn=0Tom-1Write#1,L0(n),T0(n)NextnClose#1OpenApp.Path+"\壓力分布.txt"ForOutputAs#1Forn=0Tom-1Write#1,L0(n),P0(n)/1000000NextnClose#1'繪制溫度分布曲線圖Picture1.Scale(0,Picture1.Height)-(L0(n-1),0)Picture1.DrawWidth=1Picture1.Line(0,0)-(0,Picture1.Height),vbRedPicture1.Line(0,20)-(Picture1.Width,20),vbReda=Picture1.Width/L0(n-1)n=0DoWhile(n<m-1)Picture1.Line(L0(n),T0(n)*100+300)-(L0(n+1),T0(n+1)*100+300),vbRedPicture1.Line(L0(n),P0(n)/900+300)-(L0(n+1),P0(n+1)/900+300),vbBluen=n+1LoopEndSubPrivateSubCommand3_Click()UnloadForm2EndSub’顯示里程、溫度及壓力的坐標(biāo)PrivateSubPicture1_MouseMove(ButtonAsInteger,ShiftAsInteger,XAsSingle,YAsSingle)Label2.Caption=Str(X):Label3.Caption=Str((Y-300)/100):Label4.Caption=Str((Y-300)*900/1000000)EndSub1.6停輸時間PrivateSubCommand1_Click()DimL0()AsDouble,T0()AsDouble,TT()AsDouble,T2()AsDoubleDimnAsInteger,mAsInteger,iAsInteger,TtimeAsDoubleDimdAsDouble,timeAsInteger,kAsDouble,cAsDouble,TAsDouble,mdAsDouble,bAsDoubleConstpi=3.1415926’從文本讀入數(shù)據(jù)n=1OpenApp.Path+"\溫度分布.txt"ForInputAs#1DoWhileNotEOF(1)ReDimPreserveL0(n),T0(n)Input#1,L0(n-1),T0(n-1)n=n+1Loopn=n-1Close#1ReDimTT(10,n)'進行停輸溫降的計算Ttime=Text1k=1:d=0.1583:md=838.6:T=7.6:time=0:G=37/3600*mdc=(1.687+3.39/1000*30)/Sqr(md/1000)*1000c1=300:md1=