输油管道能耗预测数学模型研究

计划、运行方式、设备组合和运行参数等。在实际运行过程中，对于任务输量和油品物性一定的情况下，由于其输油计划、运行方案不同导致的输油管道的运行能耗的差异也是很大。因此，本研究在对输油管道的工艺原理和运行特点进行分析的基础上，通过合理优化输油管道的输油计划、运行方式、设备组合和运行参数，建立能耗测算模型，得到考核周期内的最优能耗指标值。

2 数学模型的求解

2.1 输油温度及站内热负荷分配

对于管径、管长、高差、地温及所输油品固定的热油管道，其摩阻与输量间的变化关系随管道的热力工况而不同。根据经验控制管段终点为最低进站温度一般就是管道的最优的运行温度，因此在本研究中控制管段终点为最低进站温度的温度控制方式。

具体步骤描述为：验算是否需要加热，首先假定为常温输送，根据公式（1）（2）（3）（4）（5）依次类推，直到生成所有站的点炉方案，循环结束。

2.2 站间压头的最优分配

在输量一定的条件下，管道沿线为克服摩阻损失和位差需消耗的总压头是一定的。这个总压头在各输油站间的分配存在一个最优分配即站间压头最优分配，站间压头最优分配的任务是根据管道设备配置的实际情况将总压头分配到管道沿线各泵站，这种分配一方面要满足管道运行的各种约束条件，另一方面要使得全线所有泵站的总能耗最低。要实现这种最优分配，一方面要使全线各泵站提供的总压头尽可能不要超过管线所需要的总压头，应尽量消除节流；另一方面应该根据各泵站的泵配置、泵运行效率合理分配压头，即在满足管道运行约束的前提下，让泵机组运行效率高、能耗低的泵站分配较多的压头。

如果把全线各泵站所提供的总有效压头看成一种资源，则总有效压头在全线各泵站之间的分配过程就是一个有限资源分配问题，该问题的目标是使全线的总能耗最省。针对该问题，可利用动态规划方法进行求解，动态规划中有逆序递推和顺序递推两种算法，由于所输送油品总是从管道首站流向管道末站，因此采用顺序递推算法。

2.3 总传热系数及摩阻修正系数

在热油管道的稳态优化运行计算中，沿程温降和压降的计算至关重要，管线的总传热系数是影响温降计算的关键因素，同时它也通过温降影响压降。在热油管道的运行管理中，总传热系数一般是根据管线实际运行参数的记录值统计预测出来的。现场测试和实际运行经验都表明：按照目前通用的牛顿流和非牛顿流压降计算公式的摩阻与实际值有一定的偏差。为了修正摩阻计算公式本身的偏差并反映管内壁结蜡对计算摩阻的影响，我们引入摩阻修正系数f，它是相同条件下的实际记录摩阻与按公式计算摩阻的比值。在考虑了摩阻修正系数以后，计算公式中的管径均为不结蜡时的管径。

3 输量分布模型的确定

3.1 平均分配法

一个月内每天的输量多集中在日平均输量附近。因此，我们采用的第一种分配方案就是根据月输油任务和月输油天数把月输油任务均分到每一天，进而得到管道的月输油能耗指标。

3.2 历史分配法

对于各条管线而言，历史上月份之间输量的波动情况有所不同，以各月日输量/月输量的百分比作为独立的统计数据，则历史上每个月的数据都可以产生一个输量分配方案。在预测具体管道的月输油能耗时，可以根据需要调用已经生成的输量分配表，调用不同的输量分配方案将得到不同的能耗指标，将这些能耗指标构成的区间，作为最优能耗区间。如果最优能耗区间比较窄，则说明输量的分配方案对能耗指标的影响不显著；如果最优能耗区间比较宽，则说明能耗指标对输量的波动比较敏感，有必要进一步研究该管线的输油计划优化问题。

4 管线能耗计算分析

4.1 能耗计算

以西部原油管道鄯兰干线为例进行能耗计算分析对比。其中2010年2月份加剂输送工况、2010年4月份冷热油交替输送工况、2010年8月份不加剂常温输送工况，利用HOPOPT软件计算得到的月输油电耗如表1所示。

4.2 误差分析

在鄯干兰线2010年2月、4月、8月的算例中，月能耗预测值与实际值的误差较大，在-19.47～-27.6%之间，一方面说明鄯兰线有一定的节能潜力，另一方面也可能是简化计算导致能耗误差较大，可能导致误差较大的原因如下：（1）地温。在使用所见模型进行电耗计算时，为了完成计算，地温普遍高于实际值，这会使管道电耗降低，产生一定的误差。（2）停输再启动时的额外电耗。2010年08月份的一个运行特点就是，该月有频繁的启停输操作，这也会增大实际电耗值。（3）顺序输送的影响。计算过程中没有考虑油品顺序输送对能耗的影响，而是按每一种油品单独输送来计算其能耗值，再将输送不同油品的能耗值相加，得到月总能耗值，这与实际的运行工况有一定偏差。

5 结束语

首先，本研究建立的能耗预测数学模型和采用的算法具有一定的普遍性，适用于现有的输油管道的能耗测算。能耗预测模型的测算结果对生产运行和节能考核有一定的决策支持作用；其次，对各管线输量的概率分布统计及分析进行了研究。研究提出的月任务输量的分配方法，可以测算出最优能耗区间，不仅使得能耗测算的结果更接近实际能耗值，而且从最优能耗区间的大小可以判断流量波动对管线能耗的影响程度，从而进一步挖掘管线的节能潜力。

参考文献

[1]陈由旺，左丽丽，林冉，等.原油管道能耗测算软件的开发与应用[J].油气储运，2013（5）：501-501.

作者简介：徐烈（1982，2-），男，工程师，毕业于中国石油大学（华东），现从事油气管道运行管理工作。

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