（石油与天然气工程专业论文）花—格管道经济运行工况下的研究.pdf

中文摘要 论文题目： 专业： 硕士生： 指导老师： 花格管道经济运行工况下的研究 石油与天然气工程 张永刚( 签名) 何光渝( 签名) 纪国富( 签名) 摘要 目前花格管道年输油量远低于最佳设计值，运行工况有一定困难，输送过程中的 工艺动能和热能存在一定的矛盾，无法达到合理的输送要求。本文针对这一现状，确定了 花一格管道的计算参数，建立了相应的热油管道经济运行的数学模型，并确定了求解方 法，用t l n e t 软件对不同输量( 2 0 0 万吨年、2 2 0 万吨年、2 4 0 万吨年、2 6 0 万吨年) 下的花一格管道进行了热力计算和水力计算。确定出了冬季和夏季花格管道不同输量 下的经济运行方案，为花一格管道的经济运行工况提供了可靠的依据。 关键词：数学模型t l n e t 软件运行方案经济运行 论文类型：应用基础 英文摘要 n a m e ：z h a n g y o n g g a n g ( s i g n a t u n l 乙厶龟乡乙酝7 i n s t r u c t o r ：h eg u 柚g y u ( s i g n a t u n 魈丛趣垆 j ig u o f u ( s i g n a t u n k 乒4 毕 a b s t r a c t a tp r e s e n tm7 a 埘ep i p e l i n ey e a ro i lt r a n s f e rq u a n t i t yi sl o w e rt h a nt h eb e s td e s i g n v a l u ef a r , t h eo p e r a t i n gc o n d i t i o nh a sc e r t a i nd i f f i c u l t y , t r a n s p o r t si nt h ep r o c e s st h ec r a f t k i n e t i ce n e r g ya n dh e a te n e r g ye x i s t e n c ec e r t a i nc o n t r a d i c t i o n , i su n a b l et om e e tt h e r e a s o n a b l et r a n s p o r t a t i o nr e q u i r e m e n t s t h i sa r t i c l ei nv i e wo ft h i sp r e s e n ts i t u a t i o n ，h a s d e t e r m i n e d 礤，a 电ep i p e l i n e sc o m p u t a t i o np a r a m e t e r ，h a se s t a b l i s h e dt h em a t h e m a t i c a l m o d e lw h i c hc o r r e s p o n d i n gh o td r i l lt u b i n gd a o i s t s c r i p t u r e s j i n a nm o v e s ，a n dh a s d e t e r m i n e dt h es o l u t i o nm e t h o d ，t ol o s tt h eq u a n t i t yw i t ht h et l n e ts o f t w a r e ( 2 ，0 0 0 ，0 0 0 t o n y e a r , 2 , 2 0 0 ，0 0 0 t o n y e a r , 2 , 4 0 0 ，0 0 0 t o n y e a r , 2 , 6 0 0 ，0 0 0t o n y e a r s ) u n d e rf l o w e r e d - s t a n d a r dp i p e l i n et oc a l t yo nt h et h e r m a ld e s i g na n dt h ew a t e rp o w e rc o m p u t a t i o nd i f f e r e n t l y d e t e r m i n e dt h ew i n t e ra n dt h es u m m e rf l o w e r s t a n d a r dp i p e l i n el o s tu n d e rt h eq u a n t i t y d i f f e r e n t l yt h ee c o n o m i c a lm o v e m e n tp l a n ，h a sp r o v i d e dt h er e l i a b l eb a s i sf o rt h ef l o w e r e d - s t a n d a r dp i p e l i n e se c o n o m yo p e r a t i n gc o n d i t i o n k e yw o r d s ：m a t h e m a t i c a lm o d e l t l n e ts o f t w a r em o v e m e n tp l a n e c o n o m y m o v e m e n t p a p e rt y p e ：a p p l i c a t i o nf o u n d a t i o n h l 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 日期： 学位论文使用授权的说明 霉：竺沙 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名： 导师签名： 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 刺缚 奎一 第一章前言 第一章前言 1 1 花格管道概况 花一格管道地处青海省海西州，位于昆仑山北麓、柴达木盆地南缘，平均海拔高度为 2 9 0 0 m 左右，最高点位于大乌斯山顶，海拔3 4 2 4 m ，最低点位于中灶火以东，海拔2 7 6 5 m ， 线路高差为6 5 9 m 。沿线穿越季节性河流6 0 余处，大中型河流2 处，穿越铁路1 处，穿 越公路1 4 处。管道沿线人迹稀少，除首末站之外，还有茫崖、乌图美仁、中灶火等处有 人居住，自然条件恶劣，基本无社会依托。 花格管线全长4 3 8 8 8 7 k m ，干线管径3 5 5 6 6 4 ( 7 1 、7 9 ) m i l l ，设计年输量3 0 0 1 0 4 吨，输送压力8 o m p a ，全线采用防腐保温敷设，辅以强电流阴极保护。全线共设 有5 座输油站：花土沟站、大乌斯站、甘森站、中灶火站、格尔木站，在格尔木市石化 基地设调度控制中心一座，设有1 3 座线路截断阀室，7 座阴极保护站。 自动控制系统采用以计算机为核心的数据采集和监控系统( s c a d a ) ，s c a d a 系统由 一个调度控制中心5 个站控端组成，实现全线输油生产的集中监视、控制和管理。全线 分为三级控制方式，调度控制中心控制，输油站控制和设备就地控制。调度控制中心控 制与站端之间采用以站控为主，调度控制中心控制与输油站相结合的控制方式。 1 2 研究的目的和意义 目前，由于受到油田上游产量的制约，管线年输油量远低于最佳设计值，这对运行 工况就带来一定困难，在输送过程中，动能和热能存在一定的矛盾，无法达到合理的输 送要求。 针对年输2 0 0 - - 2 6 0 万吨这一现状，完全有必要探讨、研究一种经济上、技术上比 较合理、科学的运行模式，通过合理的工艺计算，妥善地解决管路沿线的能量消耗和能 量供应机理，研究管路中的压能和热能的损失规律，确定合理的泵机组数、加热站数， 选择最佳组合方案，提高管线、设备综合利用率，减少一定的截流损失，降低设备的维 修成本，尽可能使管线、设备达到最佳工况下运行，降低相应的输送成本。确保管线的 经济、合理、高效、安全平稳运行。 1 3 国内外研究现状 国内外对输油管道的优化运行进行了大量的研究，六十年代初，g e f f e r s o n 就对热 油管道的运行优化问题进行了探讨，文中假定输量一定，根据各泵站所能提供的压力不 同，应用动态规划方法求解总压力在各泵站的合理分配，这种方法所求出的能耗最低是 等温管线假定条件下的最优值。 哥派尔( 美，1 9 8 0 年) 提出了一个对管道泵站的运行进行最优化的方法，目标是根 据每个动力机的燃料消耗率，决定应开动哪些泵机组，在保证所需流量的前提下使总燃 西安石油大学硕士学位论文 料费用为最小，用整数规划算法来选择每座泵站的最优泵组合，只需要对很少几种组合 进行计算，并应用动态规划方法对出站压力进行最优化。 辛夫( 美，1 9 8 1 年) 对该问题提出了一些其他解法。 前苏联在这方面也进行了研究，提出了一定周期内求解最小能耗费用的模型，文中 假定已知一个输量离散序列及相应的能耗费用。 1 9 8 1 年，利用s c i c l o p s 软件在英国m a i nl i n e 管线上实行了优化运行。m a i nl i n e 管 线从英国威尔士的米尔福德至伯明翰，中途分为两条支线，一条至曼彻斯特，另一条至 诺丁汉。在管道动力费用优化问题中，考虑到正常工作日和白天的电费比周末和夜间的 电费贵，使泵机组尽量在周末及夜间满负荷运行，既保证油品输送到目的地，又使动力 费用最省，节省管线动力费用3 5 。继s c i c l o p s 软件在m a i nl i n e 管线上的成功使用后， 1 9 8 3 年，与s c i c l o p s 软件相似的软件在f a w l e y - l o n d o n 管线上投入使用。 1 9 8 7 年左右，h a v e r l y 管线系统有限公司于完成了输油管道系统优化可行性研究。 优化研究包括电量优化( k w ho p t i m i z a t i o n ) 和电费优化( c o s to p t i m i z a t i o n ) 。电量 优化( 如图5 - 1 所示) 考虑各站的动力费用( 即电费) 相等，该优化过程是一个纯水力 的优化计算。电费优化利用实际的各站的电费合同来确定最小的运行费用。一个月的运 行优化结果表明所用电量明显减少，电量减小了1 5 ，启停泵的数量也减小，泵变化的 次数减少了约4 0 ，稳定连续的运行过程使管线操作者更容易控制，运行费用减小了 1 2 4 以上是国外对输油管道优化运行的研究，其研究是把输油动力消耗为目标，只适用 于等温输送的输油管道，由于国外油品性质与国内存在较大差别，我国的油品大多属于 “高凝、高粘、高含蜡 的三高原油，一般采用加热输送，因此，国外的研究不适应于 国内的情况。 国内对原油管输优化运行也有一定程度的研究，主要从动力消耗和运行方式两方面 开展，根据各条管线的实际情况，进行了研究和实施，取得了许多实用有效的方法。 原油管输最优化运行方案的研究，国内最早见于1 9 8 5 年严大凡、吴长春的研究论文。 早期主要针对单一原油输送管道的加热输送工艺，通常都是以输油成本为目标函数，以 输量和炉、泵的不同组合为变量。随着含蜡原油加降凝剂输送工艺在我国的出现，近年 来也有一些学者和专家针对单一原油管道加降凝剂输送开展最优化运行的研究，目标函 数不变，增加了加剂量、处理温度等变量。 罗塘湖对鲁宁( 山东i 晦邑一南京) 输油管道运行进行了优化研究，其特点是以动态规 划方法为手段，在建立了比较合理的数学模型的基础上，对参数进行优化，原始数据取 自实际比较合理，油品为华北油田、胜利油田、中原油田三种油不同配比的混合原油， 情况较为复杂。 藏铁军对影响能耗费用的各参数进行了分析，并给出了模型。 姚明岐讲授了确定各站进站温度的方法，在应用g e f f e r s o n 方法求出最佳泵组合。 2 第一章前言 吴明，王金华等进行了长输热油管道运行方案的优化，以降低能耗为目的，以热力 费用与动力费用之和最小为目标函数，建立了长输热油管道优化运行模型，并采用两层 嵌套法来求解，即穷举出各种可能的开泵方案作为外层嵌套，将进站温度的优化作为内 层嵌套。对于外层嵌套的每一种开泵方案，用动态规划法优化出内层嵌套的各站进站温 度，从而计算出一个总能耗费用：遍历各种开泵方案得到不同的总能耗费用，所有能耗费 用中的最小者即为最优解。根据所建模型编制了相应软件，为加热原油的长距离优化输 送提供了决策依据。 高松竹等研究了混合遗传算法在输油管道优化运行中的应用，介绍了一种由模拟退 火算法和遗传算法结合构成的混合遗传算法。结合实例，对其在输油管道优化运行中的 应用进行了研究，结果表明，混合遗传算法具有快速搜索、易收敛和鲁棒性强的特点， 用该方法计算得到的动力费用比动态规划法少3 5 8 ，证明了该方法的有效性和实用性。 孙胜戈等研究了库鄯输油管道运行方案的优化，采用线性规划法对该管道的运行方 案进行了再优化，从而达到最佳的节能效果。使用l i n d o 软件可以方便地对运行方案求解， 并可以进行灵敏度分析。 李勇等研究了鲁宁输油管道最佳经济运行方案选择，鲁宁输油管线主要承担着胜利j 油田原油和黄岛进l ：2 原油的外输任务，但由于来油量不均衡造成了运行方式的频繁调 整，加大了输油成本。针对这种状况，提出了应用不同运行方式组合的优化输油运行方 式，降低了输油成本。 孟振虎进行了输油管道运行优化理论与方法的分析，根据输油工艺实际，以进站油 温为变量，建立了泵管耦合逐站计算优化分析模型及给定输量及稳态条件下长距离密闭 输送原油管道运行优化目标函数、约束条件和越站条件，引入了进泵原油粘性对泵性能一 的影响，提出了泵性能粘液影响修正系数动态查取及粘液性能曲线自动换算数解方法， 应用非线性规划方法，实施了全线运行方案优化分析，探讨了管壁结蜡及主要约束条件 值变化对运行优化的影响。 刘晓燕等输油管道运行优化研究，文以输油管道热耗一电耗耦合费用为目标函数， 建立了准周期性非稳态大气环境温度下，输油管道优化运行数学模型，编制了相应的软 件。以庆一哈输油管道为例进行了优化计算。 1 4 本文完成的主要工作 本文主要完成了以下内容： 1 、文献调研，查阅了国内外有关输油管线运行优化的资料，并进行了分析整理。在 此基础上，确定了本文的研究方法。 2 、资料收集与整理，确定了花一格线的计算参数。 3 、拟合出了管线中各台泵机组的特性方程。 4 、建立了花一格线的物理模型，并根据管道高程、壁厚、埋设深度和保温层厚度变 3 西安石油大学硕士学位论文 化进行了管段分段。 5 、建立了热油管道经济计算数学模型，并确定了求解方法。 6 、采用t l n e t 软件对不同输量下的花一格线进行了热力计算和水力计算。 7 、采用t l n e t 软件，确定出了冬季和夏季花格线不同输量下的经济运行方案，包 括运行的泵站数、位置、泵机组组合方式、加热站的进站温度、出站温度、泵站的进、 出站压力、管道沿线的温度和压力。 4 第二章管道计算参数 第二章管道计算参数 2 1 年输送天数 3 5 0 天。 2 2 管道沿线地温 管道埋深处沿线平均地温见表2 1 。 表2 - 1管道埋深处沿线平均地温表( ) 月份花土沟大乌斯甘森中灶火格尔木 2 月( 冬季)o 1 o 1 72 7 8 月( 夏季)2 1 31 7 41 6 62 0 7 2 3 输油干线管径及材质 干线管径由3 5 5 6 x 6 4 ( 7 1 、7 9 ) 衄，材质l 3 6 0 ( x 5 2 ) 。 2 4 各站高程、站间距 各站间距、高程见表2 - 2 。 表2 - 2 各站间距、高程表 站名花土沟大乌斯甘森中灶火格尔木 站间距( )3 9 11 3 5 81 2 6 61 3 5 4 高程( m )2 8 7 43 0 7 42 9 1 82 8 3 22 8 2 6 2 5 总传热系数k 管道总传热系数k 系指油流与周围介质温差为i 。c 时，单位时间内通过管道单位传 热表面所传递的热量。对于埋地热油管道，管道散热的传递过程是由三部分组成，即油 流至管壁的放热，钢管壁、沥青绝缘层或保温层的热传导和管外壁至周围土壤的传热。 上：上+ y 上l n 垃- f 上 传热系数计算公式：k d 口t 4 - 2 以b口z 仇 在输量和油温都比较稳定的情况下，上式可简化为： g c ，瓦一7 0 k ：砒r ”t z r o t z 进站温度， t 0 _ 一地温， t r 一出站温度， k _ 一总传热系数，瓦米2 开 d - 一管子外径，米 西安石油大学硕士学位论文 i 站间距，米 g - 一质量流量，千克秒 c _ 一比热容，焦千克开 k 值反算结果，各站间总传热系数k 值( w m 2 ) 表2 3 表2 - 3 各站间总传热系数k 值( w m 2 1 2 ) 花土沟站大大乌斯站甘甘森站中中灶火站格 站名 乌斯站森站灶火站尔木站 k ( w m 2 ) 0 4 50 4 60 4 7o 4 4 各站间总传热系数k 值，本文在计算过程中取平均值0 4 5w m 2 。 2 6 管道的计算长度 管线全长约为4 3 8 8 8 7 k m 。 2 7 管道的设计工作压力 管道的设计工作压力：8 0 m p a 。 2 8 原油温度约束 油田来油进入花土沟首站的温度为5 0 。输送原油时，各站进站温度不低于3 6 0 ，各站出站温度不高于7 5 。 2 9 保温 全线采用聚氨酯泡沫保温，保温层厚度见表2 - 4 表2 - 4 保温层厚度一览表 序号区段( k m )里程( k m ) 保温层厚( n u n ) lo 4 8 4 8 84 8 4 8 84 0 24 8 4 8 8 9 6 2 3 34 7 7 4 55 0 39 6 2 3 3 一1 8 5 0 5 58 8 8 2 24 0 4l8 5 0 5 5 2 0 7 4 0 52 2 3 5 05 0 52 0 7 4 0 5 2 2 9 0 4 52 1 6 4 04 0 62 2 9 0 4 5 2 41 9 5 51 2 9 1 05 0 72 41 9 5 5 - 2 5 0 8 9 28 9 3 74 0 82 5 0 8 9 2 2 6 5 3 2 21 4 4 3 05 0 92 6 5 3 2 2 2 8 7 5 6 22 2 2 4 04 0 l o2 8 7 5 6 2 2 9 8 2 8 21 0 7 2 05 0 l l2 9 8 2 8 2 3 2 0 7 6 22 2 4 8 04 0 1 23 2 0 7 6 2 3 9 4 8 6 87 4 1 0 65 0 1 3 3 9 4 8 6 8 - 4 3 9 0 04 4 1 3 24 0 总计：6 4 0 m m 厚长度2 5 6 7 3 9 k m 、 i 5 0 m m 厚长度1 8 2 2 6 1 k i n 6 第二章管道计算参数 2 1 0 各站主要输油设备 各站主要输油设备见表2 - 5 表2 - s 各站主要输油工艺设备表 主要输油设备 序号站名 输油泵 电机加热炉 编号名称泵型号或参数 ( k w ) ( k w * 台数) d 4 l l m s n l 1 0 4 q = 1 4 6 m a hh = 7 4 0 m b 1 i 2p - - 4 5 0 k w 输油泵 4 5 0 b 1 3 43 6 0 0 型 q = 14 6 m 3 h h = 7 7 0 m 换热器b e s 7 0 0 2 5 1 3 5 - 6 2 5 2i i 4 l 花土沟 p = 4 5 0 k w 1 5 0 g y 4 0 4 b 2 1 - - 4给油泵 q = 2 0 0 m 3 hh = 4 0 m 4 5 p = 4 5 k w b 3循环泵 q = 5 4 m 3 h h = 9 5 m3 0 换热器b e s 6 0 0 2 5 8 5 - 6 2 5 - 4 i b - 4循环泵8 0 y g l 2 52 2 d z l 5 0 2 5 0 x 1 0 s m - k 3 b 1 1 , - - 3 输油泵 0 = 1 4 5 m 3 hh = 7 4 0 m5 0 03 5 0 0 l 2 大乌斯 p = 5 0 0 k wi l = 7 7 b 1 4输油泵 q = 1 4 6 m a h h = 6 6 6 m4 5 01 7 5 0 - a - 2 b 5 给油泵q = 2 5 m 3 hh = 3 5 0 m 5 5 d 4 1 1 m s n l 1 0 4 b 1 1 4 输油泵 4 5 0 3 5 0 0 2 3甘森q = 1 4 6 m a h h = 7 7 0 m b 5给油泵 q = 2 5 m 3 h h = 3 5 0 m 5 5 d - 4 l l m s n - l 1 0 4 b 1 1 - - 4 输油泵 4 5 0 3 5 0 0 l 4中灶火 q = 1 4 6 m 3 hh - - 7 7 0 m b 5 给油泵 q = 2 5 m a hh = 3 5 0 m5 5 1 7 5 0 2 b 1 l 反输泵 q = 1 4 5 m a hh = 7 4 0 m4 5 0 5 格尔木 b 1 2反输泵 q = 1 8 8 m 3 hh = 8 0 0 m 7 0 0换热器b e s 7 0 0 2 5 1 3 5 - 6 2 5 2i i 4 b 2给油泵2 0 0 g y 6 0 a9 0 7 西安石油大学硕士学位论文 2 1 l 各段管道埋深 各段管道埋深见表2 - 6 表2 - 6 各段管道埋深 地名 管项复土( m )管沟挖深( m )管线长度( k m ) 花土沟 2 02 51 0 6 5 茫崖 1 82 37 0 o 甘森 1 41 96 8 5 乌图美仁 1 21 71 2 8 0 拖拉海 1 21 76 6 o 2 1 2 所输油品物性 花格线主要输送采油一厂、第二处理厂的混合原油( 一厂油与二厂油的混合比例为 1 ) ，混合原油物性见表2 - 7 ，原油流变参数及运动粘度见表2 - 8 表2 - 7 原油主要物性表 密度 含水 凝点 6 0 热7 0 热沥青质 项目 ( 2 7 2 ) ( ) ( ) 处理凝点处理凝点 初馏点含蜡量 含量 ( ) ( ) ( t m 3 )( )( )( ) 一厂0 8 4 6 20 33 l2 93 27 83 6 8 75 2 0 混合原油 0 8 5 4 l3 0 53 0 52 8 5 按照密度换算公式：岛o = n + ( 1 3 5 9 9 8 0 0 0 0 8 1 x 肛) o 一2 0 ) 一七n 代入2 7 2 时的混合原油密度0 8 5 4 1t m 3 ，计算得标准密度为8 5 9 1 3 5 2k g m 3 。 表2 - 8 混合空白原油( 一厂油与二厂油的混合比例为2 ：1 ) 流变参数及运动粘度表 温度流变指数稠度系数 运动粘度屈服值 ( )m p a s 1n l r n 2 s( p a ) 2 50 11 6 0 3 91 8 1 7 2 70 4 72 3 2 4 8 2 3 7 3 0o 6 6 5 2 6 8 5 6 7 7 3 20 8 8 8 6 8 3 o 6 8 3 52 5 4 4 0 2 0 6 4 5 1 6 8 5 0 1 3 9 6 01 1 4 7 09 6 3 第三章泵机组特性方程拟合 第三章泵机组特性方程拟合 花土沟有4 台输油主泵，泵机组的型号为d - 4 x11 m s n - l 1 0 ，参数为q = 1 4 6 m 3 h ， h = 7 7 0 m ，泵机组的特性方程见表3 1 。 大乌斯有4 台输油主泵，其中三台泵机组的型号为d z l 5 0 2 5 0 1 0 s m ，参数为 q = 1 4 5 m 3 h ，h = 7 4 0 m ，泵机组的特性方程见表3 2 ，另一台泵机组的型号为 d 4 x 1 1 m s n l 1 0 ，参数为q = 1 4 6 m 3 hh = 6 6 6 m ，泵机组的特性方程见表3 3 。 甘森、中灶火站的泵机组台数、型号与花土沟相同，泵机组的特性方程见表3 1 。 9 o 鼍 q h o _ i n 寸 卜 d 9 z q 卜 - _ n 寸 1 卜 卜 z gb 墨已 o “ o q 暑罨x 呈 i ”n 旱 套 芊导“x r 、h h 卜 _ v 、 n o卜 n o n o ! 早牛 套 量拿 o x 呈葛 d 量薯 z 罨? 莹 叩口 口岔 宝2兰 器昌超 竺穹 1 z _n 寸 i n 一 会 一 n卜卜 n 卜 卜 寒v 、i n oo i no 籁 z on寸 i n _ nn nn 口 士k n 王 。卜n i nn 口 i n卜寸岔寸 卜卜峪口i ni n o oo 导 。o o 口o n寸 一 _ _ 一 皑恹掣晕；蛊豸oiono时lzo喋州曩簿n_懈 长 叩 宝 口 9 l 瓮 王 导 s ： 一 们 霄 z a ， 三va - _ x o 誊夏 呐 均 寸n 举薹 i 岔罕。套 磊乞q 兽，寻 9bo o_“ +xx 垂蓥 垂 691 惫 q 口呷 兽2 苫x 暑昌 9 墨善 z 罱。 b 霎爹重 墨早 宰 z 会 卜 寸 寸 一 n卜卜卜 f v 、 n 寸 一 、 一 nl n z o o _ 寒 - 一 n卜o n nnn寸寸 籁 景 口o o 衄 z 岔l n岔n nn 一 卜峪 a昏卜旧 n 卜n _ d 心 心卜 一 寸口。 一寸 _ 一 一 壬圭恹牲奖蛊oll-n善i丫d聪州漂集l-n嵌 仪智掣扑_千隧扑k暴恒馘陋 号 q 呷 o _ x 卜 d n o 士 一 邻 n n 心 9 n 卜 z 9 db l nh 薹羹 q 富= ； i 莩x量i委 套 j i 罕竿 套 詈 oo 卜“ 盒x 苫里 a 68 。 窝置鼢 z 鲨毛 萋喜蚕 导i i q 宰宰 z 擘 摹 a o 芝 nn _ n卜卜卜 寸 一 o 西 穸李 岔。n岔 一 卜 寒 _ _ n卜i ，、 口 on寸 一 一- n nnn 籁 = 工 士k 卜i n 仓 蝗 甘 _ 一 n 墨要 寸on 跫 n nn旧o - n卜卜卜 n - _ n 均nn 9 nv 、 n 一 叫 n 寸o_ 寸 一 _ 一 n 掣牝丝睾；011_n詈一丫q聪州最舞-竹僻 如器娶r掣婆蠹暴聪料抵 西安石油大学硕士学位论文 第四章用t l n e t 软件对管道进行热力计算和水力计算 4 1 管道分段 根据管道参数，按高程、壁厚、埋设深度和保温层厚度变化来划分管段，管道分段 表见表4 - 1 。 4 2 各站间管道的物理模型 ( 1 ) 花土沟一大乌斯 ( 2 ) 大乌斯一甘森 ( 3 ) 甘森一中灶火 第四章用t l n e t 软件对管道进行熟力计算和水力计算 ( 4 ) 中灶火一格尔木 t | 一 n甘 。一卜 t q _ 瑙 瘸 一 t qo o 菖 邑 憾 趾 。 。 o oo o。 。 寸甘- ni n v 、 寸寸甘寸寸 嗵 赠 账 g 、 毯l ni nnni ni ni nnn岔 送 nnnt ln n _ 鲻 野 ，、 呈 寸 _ 寸 h 一 寸寸 一一 醯 卜卜o i - 卜心卜卜 划 g 岔 一 岔寸卜 v 、 寸 卜 n一 - 一 _ i n 卜 卜 _ _ t q 、一， i n v 、卜 卜n 、卜口 寸 寸 l n 们 n j l j o 岔 - _ 。寸 寸 nn 寸 n n卜 _ 卜 一 n卜o 一 岔 _ n n 醛 卜 _ni n寸 n n ill l- 幄 岔 一 卜一口n岔寸 驰 i no”nl n 卜 一 寸 寸i n卜 n 卜卜岔 p 寸 心 套 o寸 n l n n一 l n 幄 西o o o n n- 一 o 卜 一 nn n n 寸 n 寸 口 一 o 一 o oo卜 _ n一t - , l 心 一、 o o卜 n n _ 昏o on n夺 nn n 一 n n nn nn卜 nn i n 驰n nn 一 _ o nn i n o 、o 昏 凸 o 寸寸 _ 一 n卜 i n 一 d 吲 一 _ n n _ _ n岔 n i nn 一 o - n 夺 nt n n n卜 卜 。 n寸 n 寸 寸 也 n n卜 n o 一 寸寸i n 口 卜 寸i n 心卜 口 - _o_h - 一 卜- _ 寸a _ - _ _ 婶壕 智 d 1 楼 k ，、 虹 i 导 10 爨。 春兰 刊 撑 斗 懈盛容豁她譬尔夏鬃尊制莓f盍f琶f魍|冥世隧魁则，宣剞，脞恒草 i - 毒滕 仪秘掣扑千隧扑长景k馘般 卜 o - 一 t l 卜卜 一 一 。o o ooo。o o。 o o。ooo。 甘t 4 j i n 甘 i n 寸寸 i n 寸寸i n寸寸i ni n寸甘 岔蚤岔岔小岔卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜 - _ _叫 一 _ 一 _- _ 一 _ 一 - _ _- _ 寸寸寸甘寸寸寸 叫_ - 一一 _ 寸寸 寸 卜卜口口口口卜t -卜t -卜婚 n卜 n 岔一 - _ v 、n 一 甘d卜 n o 卜 _ o 一 n 、oa卜 _- - 一 口 卜 口 卜 一。 n 寸n t _ q 甘 西o寸 卜 一 on卜 一 叮 岔 甙 昏 叮 a n o n口oo n 寸一 岔 小 o 一l q 、 _hn - _ _ n 寸 _ n、 -i i n 卜 寸 no卜 岔岔o岔n n- 一口婚卜 口卜i n寸 口 g _ n心 卜 寸 nn o卜 no o i n 口 卜 o n 卜 寸n卜 一 岔 n寸 nn l n 一 n n _ 一 n心 岔 寸口 一 nn nn 西 一 一一 岔 n卜i ，、 岔n寸 n 、o l n 寸“口 岔岔 岔 西 a口 n n n nn一n一n - n nt n ” 一 n n n n n i n 甘 i n 寸 i n n 寸寸 卜 卜 一 口 屿 一 口 呐 o 卜 卜 n n o 一 o 昏 o口i n 寸 o 一 - 一 一 _ 一 小 寸 n _ 寸 寸 口 一 n - _ t nn o- _nv 、 nnl n l n 一 t qnn i n o寸 i ni nan 口 on寸。 西 i nn i n n nn卜 o o岔 i n o n 寸 o仉 o n _ - _ 一 n 一 l n 口 一 卜 n on卜甘 寸 甘 十 口nn口 n卜 小 n nn 一 t lnf n o n 一n n * 聋，、 0 干。基 饕3 l 竺 糕。 v 血 接 岳 琳盎r*冥琳基r幕妲埘料扭靛毒荟卜衄n1卜旺褂目拣 西安石油大学硕士学位论文 第五章热油管道经济运行数学模型的建立 本文以热油管道的运行费用为目标，根据管道的实际情况，提出了几种可行的运行 方案( 不同的热站进站温度和开不同的泵站组合而成的方案) ，确定出了管道最经济的运 行方案。 5 1 热油管道经济计算数学模型 对于热油管道，管道输送压力越高，所耗动力费用就越大，所需的输送温度就越低， 所耗热力费用也就越小，反之亦然。因此，确定最佳的输油温度和输油压力使管道处在 最优运行状态对于降低输油成本具有重要意义。 本文为解决此问题建立了以热油管道的运行费用最小为目标函数的热油管道经济计 算数学模型。影响热油管道运行费用的参数主要是各站加热炉的升温值和泵站的升压值， 则热油管道的运行费用主要包括两部分，一部分为加热站的热力费用，另一部分为泵站 的动力费用。使热油管道运行费用最低也就是使泵站动力费用和热站的热力费用两部分 总和最低。 因此，确定合理的输油温度和开泵方案使管道运行费用最低作为经济计算的最终目 的。 热力费用可表示为： 驴善n , 百c m a f t f e r 动力费用可表示为： s = 誊哿 因此，热油管道的运行费用可表示为： s = s r + s p - - - 釜i = l 等嘻警 式中：s 熟油管道的运行费用，元时； c 一油品的比热容，k j k g ，取2 1 0 5k j k g ： 耳燃油的燃烧值( k j k g ) 或者是燃料气的燃烧值( k j m 3 ) ，燃油按4 0 0 0 0 k j k g ； 燃料气按4 0 0 0 0k j m 3 算； m 一管道质量流量，k g l l ； g 一管道质量流量，k g s ； z 一第i 个加热站出站油温与进站油温的差值，； 巳燃料油价格( 元l ( g ) 或者是燃料气价格( y r 2 m 3 ) ，取燃料原油价格0 5 7 5 , 元k g ( 甘 1 6 第五章热油管道经济运行数学模型的建立 森，中灶火) ；燃料气价格0 6 7 5 元册3 ( 大乌斯) ； h 一第i 个泵站的扬程，m p 。一电费价格，元( k w h ) ，花土沟、大乌斯站电价1 1 5 元k w h ，大乌斯以后 各站电价0 5 3 元k w h ； 热站数； 一泵站数； r 。一第i 个热站加热炉效率； 7 第i 个泵站泵机组的效率，首站及甘森站、中灶火站刁p ，= 7 8 4 ( 水效) ；大 乌斯站r 。= 7 8 0 ( 水效) ； 该热油管道正常运行必须满足的约束条件为： 1 ) 加热站出站温度约束 对输油管线而言，原油经加热站升温后进入干线，沿途热量不断散失，油温逐渐下 降，然后又进入下一个加热站。如果出站油温t r 选的不好，接近原油的恶化处理温度， 则非但收不道良好的效果，反而导致原油的粘度、凝固点及屈服值等流变参数的恶化。 因此原油出站温度以宜远其恶化处理温度，尽可能保持在最优处理条件下。 其次考虑出站油温的变化对系统费用的影响。如果提高加热温度，一方面可以减少 加热站的数目，从而降低加热站的建设费用。但因原油与外界环境的温差较大，热损失 上升，导致热力费用相应增加；另一方面，增大使原油粘度降低，从而减少摩阻损失， 降低泵站的建设费用和动力费用。而原油的粘温曲线在凝固点附近往往很陡，当油温高 于凝固点3 0 - 4 0 以上时，粘度随温度0 2 5 次方成正比，提高油温对摩阻影响不甚显 著，而相比之下，热损失却明显增加。由此可见，加热油温不宜过高。 为提高输油泵效率，全线采用“先炉后泵”流程。但出站油温太高，接近或超过原 油的初馏点，除了影响泵的正常吸入外，还极易引起泵的气蚀现象。破坏输油管道的运 行工况，应当力求避免，一般应低于初馏点1 0 c 以下。 还有两个值得考虑的因素是：当管线采用沥青防腐绝缘和泡沫塑料保温时，过高的 出站温度有可能使沥青软化，使泡沫塑料老化，从而影响管线的寿命，必须保证管路在 安装和运行温度的温差作用下，所受到的温差应力在强度允许的范围内。 综上所述，原油出站温度的约束条件为： k ，f = 1 , 2 ， 式中：死一第i 个站的进站温度，； 一油品允许的最低进站温度，主要取决于原油的凝固点，根据规范取 高于原油的凝固点3 - 5 。 3 ) 泵站出站压力约束 为了确保输油管道安全工作，输油泵站提供的扬程必须满足管线的强度要求，即每个 泵站的出站压力不得大于管线允许的最大工作压力。则： 气 ，f = 1 , 2 ，n p 式中：厶一第i 个站的进站压力，m p a ； 一泵站最低允许压力，m p a 。 5 ) 管道首站油品的进站压力和末站油品的进站压力约束 e z l = c o n s t l 匕= c o n s t 2 式中：b 一管道首站油品的进站压力，m p a ； 末站油品的进站压力，m p a ； c o n s t l c o n 盯2 一已知的常数，m p a 。 6 ) 水力约束条件 为了保证输油管道系统完成给定的任务输量，全线泵站所提供的总扬程不应小于该 输量下管路所需的压头。则： k 供 k 耗 式中：魄供一泵站提供的能量，m p a ； 耗一管道消耗的能量，m p a 。 对花一格输油管道，由于原油的凝固点为3 1 c ，初馏点为7 8 c ，管道允许工作压力 第五章热油管道经济运行数学模型的建立 为8 0 m p a ，各泵站的进站压力取0 3 3 7 m p a ，花土沟首站油品的进站压力为o 1 2 m p a ，格 尔木末站要求的进站压力为o 3 3 m p a ，因此有： t i = 7 7 = 3 6 = 8 0 = 0 3 3 7 芝l = 0 1 2 兄5 = 0 3 3 5 2 数学模型的求解方法 本文采用方案比较法求解热油管道经济计算数学模型，其基本思路为： 1 、根据管道输量和泵站内的泵机组型号、特性，确定泵站内泵机组的开泵台数和组 合方式； 2 、根据管道计算参数和终点用户的要求，确定管道必须满足的约束条件； 3 、根据约束条件及泵站、泵机组的可行组合方式，采用t l n e t 软件对管道进行了热 力和水力计算，确定出不同输量下管道的可行运行方案； 4 、对每个可行的运行方案进行经济计算，分别计算出管道的热力费用、动力费用和 运行费用； 5 、比较运行费用的大小，其中最小运行费用对应的方案就是该输量下管道的经济运 行方案。 1 9 西安石油大学硕士学位论文 第六章不同输量工况下花格管道经济运行方案 ( 用t l n e t 软件计算) 6 1 冬季 6 1 1 输量为2 0 0 万吨年时管道的经济运行方案 6 1 1 1 输量为2 0 0 万吨年时管道的可行运行方案 6 1 1 1 1 方案一 当各个加热站的进站油温都为3 6 ，且全线各泵站开关及泵匹配组合如表6 - 1 ，花 土沟进站压力为0 1 2 m p a ，站内摩阻损失为0 3 3 m p a ，格尔木末站的进站压力为0 3 m p a ， 经过t l n e t 软件计算，管道各站的运行参数如表6 - 1 所示。 表6 - 1输量为2 0 0 万吨年时管道各站的运行参数 泵匹配组合进站 出站节流 泵提供进站 热站加 序出站温热负荷 站名( 1 - 开0 停)压力压力( m p a )压力温度热温度 号 度( ) ( u i i ) l2 3 4( m p 曲( m p a ) ( 肝a ) ( ) r l花土沟ll0 o0 1 26 5 5 9o6 7 6 96 54 1 1 7 2大乌斯o o 0 o3 8 6 53 5 3 5 o 3 6 o 5 7 12 1 1 1 0 5 7 5 3 3l 3甘森ll0 o1 7 0 43 3 6 6o1 9 9 23 6 o5 4 3 91 8 3 99 2 1 7 0 7 7 4中灶火llo 00 3 3 73 5 8 9o3 5 8 23 6 o5 4 8 71 8 8 79 4 5 7 6 5 3 5格尔木 0 3 0 0 3 6 o 6 1 1 1 2 方案二 当各个加热站的进站油温都为3 6 ，且全线各泵站开关及泵匹配组合如表6 2 ，经 过t l n e t 软件计算，管道各站的运行参数如表6 - 2 所示。 表6 - 2 输量为2 0 0 万吨年时管道各站的运行参数 泵匹配组合进站出站节流泵提供进站 热站加 序出站温热负荷 站名( 1 - 开0 - 停)压力压力( m p a )压力温度热温度 号 度( ) ( k j l i ) l2 3 4 ( m v a )( m p 曲( m p a )( ) r l花土沟ll0 0o 1 26 5 5 906 7 6 96 54 1 1 7 2大乌斯o0 0 0 3 8 6 5 3 5 3 5 o 3 6 o5 7 1 2 1 1 1 0 5 7 5 3 3l 3 甘森 ll0