《输油管线能耗优化分析与应用研究》-工学论文，化学工程论文-论文范文参考-科学狗论文网

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输油管线能耗优化分析与应用研究

范文

张东

摘 ? ? ?要：根据某管道主线与某管道复线的基本参数以及目前的运营情况，对管道进行评估，主要针对管道现行方案中存在的问题进行分析，管道运行能耗费用偏高情况成为现行管道体系中普遍存在的问题之一。因此讨论了造成能耗费用偏高的原因，并制定出合理的泵站布置方案和具有一定经济性和可行性的开泵优化方案。

关 ?键 ?词：输油管道;水力计算;能耗;优化

中图分类号：TE 832 ? ? ? 文献标识码： A ? ? ? 文章编号： 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

迄今为止，我国在管道网络方面取得的成就已经受到全世界的关注，管道以东北，西北，西南等为骨干，逐步联通东北、西北以及西南的陆上输油管道的建设。然而，成品油输送过程中，管道沿线距离较长，导致沿途地区地形变化多，气候环境复杂，利用管道进行成品油输送时，受到其油品物性等因数影响，使得铁路和公路的运输成本增高，且存在一定程度的危险问题。

在成品油输送方面，长距离管道输送占据很大一部分，其中，成品油管道的能耗主要表现在运行能耗费用。因此，为降低管道运行成本，实现经济性管道优化，应对管道进行最优解模型的研究。该方面的研究内容主要包括：最优生产运行方案、设备主要能耗、建立数学模型并确定最合适的求解方法进行求解，达到降低能耗费用的目的[1]。

基于上述对输油管线能耗的计算及优化问题，本文针对所采集的数据建立水力计算的数学模型，目标函数为生产运行能耗费用最小，以实现降低运行过程中的能耗、节省电力成本、并使其更具有经济性效益的目的。

1 ?能耗分析方法

针对管道能耗的最优化问题，前人已经做出了大量的研究，并提出相应的观点。为该问题的分析和解决提供了思路。

2001年，Jokic，A.[2]等针对石油管道网络的优化，选择了非线性规划的分析方法。2004年，蒲家宁[3]等则应用动态规划原理，分析密闭输送过程中的能耗最优解问题。严宏东[4]等对数学模型的优化是采用改进混沌综合法。2004年，孟振虎[5]等提出了输油泵粘液性能曲线自动换算的求解方法，采用非线性规划，对输油管道的全线进行优化方案的制定。

1.1 ?输油管道能耗优化模型建立

在了解了某管道的基本信息与运行方式后，寻求合适的数学模型在求解最优化问题过程中至关重要。首先，应根据成品油油管道的特点，对现有问题进行分析整合，制定求解方向，根据经验及查阅大量资料，确定恰当的模型。对目标函数，约束条件等加以补充，得到完善的能耗模型体系[6]。

1.2 ?建立模型

1.2.1 ?流体摩阻计算

BP（Back-propagation）神经网络是一种人工神经网络，目前正广泛应用在实际生活中并具有一定的功能性。从结构上讲，BP神经网络分为输入层、隐含层和输出层，是典型的多层网络，且层与层之间的连接方式称为全互连方式（图1）[7]。

本文通过遗传算法优化神经网路的方式对管线能耗的动力费用进行优化处理，泵效率以及泵的运行时间会影响到管线的动力费用，而泵的吸入压力、泵的吸出压力以及输油泵的输入功率均会影响到泵效率，进而利用泵的吸入压力、泵的吸出压力以及输油泵的输入功率等参数的历史数据，通过遗传算法优化神经网络的方式对上述历史数据进行优化处理，进而使管线的动力费用最少。

具体做法为采用阈值的方法对相关参数进行设置，建立BP神经网络评估阈值的适应度，最后根据遗传算法得出的适应度进行选择、交叉和变异，最终得到最优的相关参数，通过最优的相关参数可以计算求得最优的动力费用。

3 ?结果与讨论

3.1 ?某管道复线优化方案

在成品油管道设计中，为达到沿线压力能的需求，可根据管路全长合理布置若干个泵站。泵站的工作特性和流量由组成泵站的输油泵性能决定。这个压头值的大小取决于管道壁面的强度，泵站的压力值则由进出站压力确定[8]。

本设计中，由于高程差变化不大，出于提高经济性减少动力损耗，并简化设计管路的流程等考虑，选用离心泵串联运行。減小成品油输送量的变动幅度可以达到调节控制管线输油量的目的[9]。为达到任务输量及高程要求，并确定满足能耗费用最小的方案，泵个数的选择一般不超过5台，并要考虑有1台备用泵。

根据水力计算要求，得到4种开泵方案，通过遗传算法优化对2015-2017年3年实际输量和电力单价条件下的泵站费用进行计算并绘制图像比较，如表1所示。

在成品油管道输送费用中，泵站运行费用以耗电费用为主[10]。根据实际电费损耗，可以得到2016年的平均电费单价最低，由于电费对实际费用的影响因素大于能耗本身，则可以解释2016年在不同泵站布置情况下均低于条件下的其他年份。2017年以后，价格波动较大，其主要是由能耗费用的增加造成的。通过上述的分析比较，对老旧设备进行更换和改进是时下减少能耗损失最直接且可行的办法。

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