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多卸油站成品油管道工藝設(shè)計(jì)

文檔作者：梁麗珊文檔來源：廣東中化石油化工設(shè)計(jì)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月09日
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2017·02 工藝與設(shè)備 Chenmical Intermediate 75
當(dāng)代化工研究
多卸油站成品油管道工藝設(shè)計(jì)
＊梁麗珊
（廣東中化石油化工設(shè)計(jì)有限公司 廣東 510000）
摘要：改革開放以來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中對成品油的需求量也越來越大。然而在成品油的生產(chǎn)過程中，成品油要
經(jīng)過一系列的原油來進(jìn)行加工生產(chǎn)而成的，然后根據(jù)管道對成品油進(jìn)行分輸。又因?yàn)樵趯Τ善酚瓦M(jìn)行輸送的管線中，通常是運(yùn)用順序輸送
的方式在輸送途中建設(shè)許多的分輸站來對各種成品油進(jìn)行輸送，隨著流量的輸送呈現(xiàn)階梯狀進(jìn)行遞減，管徑也會(huì)隨之成品油的輸送而發(fā)生
變化。要想減少在輸送過程中減少混油的損耗量，就需要對成品油的輸送管道的工藝進(jìn)行優(yōu)化。本文結(jié)合多卸油站成品油管道工藝系統(tǒng)的
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)的變量，對如何優(yōu)化成品油的管道工藝方案進(jìn)行研究。
關(guān)鍵詞：多卸油站；成品油；管道工藝
中圖分類號：T 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Pipeline Technology Design of Refined Oil Product in Multi-unloading Oil Station
Liang Lishan
（Guangdong Sinochem petroleum chemical engineering design co., LTD, Guangdong, 510000）
Abstract：Since China's reform and opening up, with the continuous development of social economy, the demand for refined oil products in
the process of economic development has become larger and larger. However in the process of refined oil production, the refined oil products need
a series of crude oil to carry on processing and production, and then according to the pipeline types, take separate transportation of the refined oil
products. Besides, as the pipelines of refined oil products in the transportation process usually adopt the sequential transportation method and build
many off-take stations in the transportation process to transport various refined oil products, which presents the progressive decrease status along with
the flow flux transportation, besides, the pipeline diameter will change along with the refined oil transportation. If we want to reduce the blended oil
wastage quantity in the transportation process, it is necessary to take optimization of the transportation pipeline technology for refined oil. In this paper,
combing with the structure characteristics of multi-unloading oil station refined oil product pipeline technology and variate of technology optimization
design, it has taken study of the technology optimization plans for refined oil products.
Key words：multi-unloading oil station；refined oil product；pipeline technology
引言
成品油是經(jīng)過原油進(jìn)行加工生產(chǎn)而成的混合油，可分
為石油燃料或者是石蠟以及汽油和煤油等，在成品油的運(yùn)輸
中，由于成品油的運(yùn)輸管道具有距離長、輸送的品種多、輸
送量較大以及輸送工藝等特點(diǎn)，而成品油管道輸送的建設(shè)直
接涉及到國家政治經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境以及社會(huì)技術(shù)等方面的系
統(tǒng)工程建設(shè)。因此，合理的設(shè)計(jì)和定制成品油的管道建設(shè)工
藝方案，對這類管道的運(yùn)營有著非常重要的意義。對成品油
的管道工藝方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)就是在管道建設(shè)后
的使用期內(nèi)發(fā)揮出在保證成品油輸出量的前提下，使經(jīng)濟(jì)效
益達(dá)到最大化。又因，在成品油管道輸出的建設(shè)中需要進(jìn)行
大量的投資，因此就需要根據(jù)相關(guān)的工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用合適
的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行成品油管道工藝方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
1.成品油工藝系統(tǒng)的特點(diǎn)
成品油的輸出管道中的工藝系統(tǒng)主要根據(jù)首站、管道、
中間的接收站、中間泵站以及分輸站和末尾站構(gòu)建而成，在
一些落差比較大的地段，還要建設(shè)相關(guān)的減壓站。其中建設(shè)
管道系統(tǒng)的外部環(huán)境包含著管道的其他子系統(tǒng)以及掩埋管道
的土壤等。成品油的輸管道的工藝是一個(gè)即連續(xù)又統(tǒng)一的輸
出系統(tǒng)。對與單根成品油的輸出管道，在它的輸出方向已經(jīng)
確定的情況中，對其的優(yōu)化方案主要是對泵站管道的設(shè)置以
及鋼管規(guī)格的選擇上。在建設(shè)成品油的管道中，其中的工藝
系統(tǒng)是管道建設(shè)中的主要投資部分，而成品油泵站和管道的
建設(shè)投資在總的投資量中也占據(jù)了比較大的比例，因此應(yīng)將
兩種相結(jié)合來進(jìn)行成品油管道工藝方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2.管道工藝設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的決策變量
描述成品油管道工藝設(shè)計(jì)方案中的變量就是優(yōu)化管道
工藝方案中的設(shè)計(jì)變量。選擇相應(yīng)的決策變量的基本前提就
是，一旦將決策變量的值確定之后，成品油管道工藝設(shè)計(jì)的
優(yōu)化方案方向就確定下來了。在成品油管道工藝設(shè)計(jì)中的工
藝方案涉及到泵站和管道這兩個(gè)方面。其中泵站分為泵站中
的機(jī)組配置以及連接方式，還有泵站位置等進(jìn)行設(shè)計(jì)。而管
道可分為管徑、管道材料以及管道壁厚來進(jìn)行設(shè)計(jì)。在對成
品油的管道進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一旦成品油的輸出種類、輸出走向
以及輸出的流量等因素確定的情況下，那么成品油的管道工
藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案就確定下來了。從數(shù)學(xué)方面來講，這些因
素都可以成為數(shù)學(xué)模型中的優(yōu)化決策變量，根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)
準(zhǔn)則可以選擇一組關(guān)聯(lián)程度相對較低的決策變量來對成品油
的管道工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
還有在成品油輸出管道的設(shè)計(jì)中，還需要對輸出管道
的建設(shè)附近設(shè)置幾個(gè)泵站來給成品油的輸出提供相應(yīng)的壓力
能，因此應(yīng)充分的利用管道路線的強(qiáng)度來設(shè)置壓力值。也以
將泵站的壓力能作為決策變量，這樣的話使成品油的輸出管
道中承擔(dān)的壓力就會(huì)相差無幾，從而有利于設(shè)備的維修保
養(yǎng)，進(jìn)而減少投資成本以及管道運(yùn)行使用的相關(guān)維護(hù)費(fèi)用。
3.目標(biāo)函數(shù)和約束條件
對成品油的管道工藝方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提是在滿
足多種約束條件下，從而尋找質(zhì)量最好的管徑、管材、設(shè)計(jì)
壓力、管道壁的厚度、泵站的數(shù)量以及位置、操作的壓力、
成品油的輸送順序以及管道的首站和末尾站，還有各種成品
萬方數(shù)據(jù)
Chenmical Intermediate
76 當(dāng)代化工研究 工藝與設(shè)備 2017·02
油的儲(chǔ)罐設(shè)置等等因素進(jìn)行組合，使設(shè)計(jì)的管道工藝方案能
在規(guī)定時(shí)期中獲得最大化的經(jīng)濟(jì)效益。在對管道設(shè)計(jì)中，
對成品油的工藝方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本前提以及相關(guān)原
則是：(1)將成品油的輸出管道按照分輸站點(diǎn)來進(jìn)行劃分為
幾個(gè)管段，其管段之間的管徑要相同；(2)按照相同的溫度
對管道工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)；(3)管段之間的壓力設(shè)計(jì)要相同；(4)
不考慮對成品油的建設(shè)進(jìn)行分期投資和分時(shí)間斷進(jìn)行建
設(shè)；(5)各種成品油輸出時(shí)的體積和流量要相等。還有在管
徑以及其他的相關(guān)參數(shù)作為基礎(chǔ)對成品油的輸送順序進(jìn)行研
究，因考慮到對成品油的輸送量跟管道中的內(nèi)徑相關(guān)，因此
可以將成品油的輸送順序優(yōu)化放在這個(gè)管道工藝設(shè)計(jì)方案中
進(jìn)行統(tǒng)一探究。
(1)目標(biāo)函數(shù)
根據(jù)我國現(xiàn)今的管道建設(shè)情況，可以選擇在管道系統(tǒng)中
的建設(shè)和運(yùn)行中的總費(fèi)用值用最小F作為目標(biāo)函數(shù)，在進(jìn)行
管道建設(shè)以及運(yùn)行中的費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算時(shí)，為了簡化計(jì)算，可
以只探究跟管道工藝設(shè)計(jì)方案相關(guān)的一些費(fèi)用項(xiàng)。在對成品
油管道的總費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算時(shí)可以根據(jù)管道的線路、泵站以及
儲(chǔ)油罐和相關(guān)的混油處理這四個(gè)部分來進(jìn)行計(jì)算，從而得出
目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式，如下圖所示：
minC =Cpipe+Cpipemain+Cstation+Cstationmain+Coperation+Cad
(2)約束條件
在對成品油管道工藝方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)中的約束條件
包括強(qiáng)度的約束、水利的約束、工藝操作的相關(guān)條件約束以
及鋼管的相關(guān)規(guī)格約束和流態(tài)約束等等。①鋼管強(qiáng)度的約束
條件，根據(jù)相關(guān)的規(guī)定（即GB50253-2003），管道泵站的
出站壓力要滿足管道的強(qiáng)度相關(guān)要求。②鋼管運(yùn)行穩(wěn)定的約
束條件。在管道建設(shè)中為了防止鋼管在施工建設(shè)期間以及運(yùn)
行期間因外部的一些壓力過大導(dǎo)致鋼管產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象，因此
GB50253-2003中對鋼管的壁厚和鋼管的外徑的比對進(jìn)行了相
關(guān)規(guī)定：A.管徑約束Di∈{D}，B.壁厚約束δi∈{δ}DI。③管道
鋼管中的規(guī)格約束，因?yàn)槌善酚偷妮斔凸艿浪玫匿摴艿陌?
照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則進(jìn)行制造的，因此在對成品油中管道工藝
設(shè)計(jì)中要根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)管徑和管道的壁厚。④
管道中水壓的約束條件，就是任何的動(dòng)力水壓必須要大于最
小的動(dòng)力水壓。⑤水力約束條件，成品油在管道中的流動(dòng)速
度必須跟水壓維持供需平衡的關(guān)系。
4.優(yōu)化管道工藝的方法
對成品油管道工藝方案的優(yōu)化程序可以分別分為內(nèi)外
兩個(gè)層次，所謂的外層就是輸送順序的周期優(yōu)化，而內(nèi)層就
是管道中管道的壁厚以及管徑等參數(shù)的優(yōu)化。由于相關(guān)的總
費(fèi)用值跟輸送順序的周期之間的關(guān)系是單峰函數(shù)，因此在優(yōu)
化成品油輸送順序周期時(shí)可以采用一維搜尋法來進(jìn)行優(yōu)化。
由于內(nèi)層的優(yōu)化相關(guān)的數(shù)學(xué)模型是屬于非線性混合整數(shù)，因
此不能使用相關(guān)的通用優(yōu)化方法來進(jìn)行求解。差分進(jìn)化算法
可以作為一種全局搜尋方法，因其具體不需要其他的輔助信
息以及魯棒性等特點(diǎn)，可以應(yīng)用于其他領(lǐng)域當(dāng)中。為了使函
數(shù)的求解變得簡單些，可以將壓力離散設(shè)計(jì)為離散值，還要
采用相關(guān)的實(shí)數(shù)編碼制，來對相應(yīng)的函數(shù)值進(jìn)行處理，可以
用以下方法進(jìn)行處理：(1)對違法約束條件的進(jìn)行懲罰，違
法約束程度越大所受到的懲罰也將越大；(2)將可行點(diǎn)數(shù)相
適應(yīng)的函數(shù)值作為管道建設(shè)的總費(fèi)用現(xiàn)值（即總利潤值），
而對非可行點(diǎn)要進(jìn)行相關(guān)的懲罰項(xiàng)，相關(guān)的算法完結(jié)條件就
是需要其中一代的最差和最好的個(gè)體中的適應(yīng)值之差要小于
0.1%。
因?yàn)樵诮ㄔO(shè)成品油管道之前，就已經(jīng)對各個(gè)分輸站的
建設(shè)位置已經(jīng)確定下來了，又因，在通常的建設(shè)情況下，對
管道優(yōu)化設(shè)計(jì)的人員都希望將管道中建設(shè)的分輸站和泵站進(jìn)
行合并，這樣不僅可以節(jié)約一部分投資建設(shè)費(fèi)用，還可以給
運(yùn)行后的管理和維護(hù)帶來許多的便利。在進(jìn)行成品油管道系
統(tǒng)總體工藝方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)可以運(yùn)用賦權(quán)有向圖來表示，
在設(shè)計(jì)成品油管道泵站的位置時(shí)，所選擇的建設(shè)點(diǎn)必須要對
應(yīng)圖的頂點(diǎn)，根據(jù)對管道中管徑和壓力所允許的設(shè)計(jì)取值范
圍，從而可以確定兩個(gè)頂點(diǎn)之間有沒有弧。當(dāng)這兩個(gè)頂點(diǎn)之
間沒有弧時(shí)，設(shè)計(jì)弧的權(quán)值可以為無窮大。我們所說的最短
路徑就是指兩個(gè)頂點(diǎn)之間的權(quán)值為最小的路徑。因此，從起
點(diǎn)算起到終點(diǎn)之間所有的路徑集合起來的最小權(quán)值路徑就是
成品油管道工藝方案中的最優(yōu)化方案。在實(shí)際的設(shè)計(jì)應(yīng)用過
程中，需要對管道工藝的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合對比，因此就需
要對最短路徑進(jìn)行擴(kuò)展，形成多條最短路徑。對最短路徑的
求解步驟：(1)先計(jì)算出每個(gè)成品油管道的最大流量和最小
流量；(2)然后確定管道中每個(gè)管段間的管徑；(3)確定一個(gè)
成品油輸送順序周期；(4)隨意選擇管道中的兩個(gè)泵站位置
在滿足約束條件下計(jì)算出管道的總費(fèi)用值；(5)改變管道輸
送順序周期，運(yùn)用一維搜索法進(jìn)行搜尋，從而確定管道的最
佳壁厚、管徑、以及輸送順序周期和設(shè)計(jì)壓力；(6)運(yùn)用差
進(jìn)化算法計(jì)算出多條最短路徑；最后對設(shè)計(jì)的管道工藝方案
進(jìn)行校核。通過以上的對最短路徑的計(jì)算，可以在管道泵站
選擇位置確定的前提下，將對管道優(yōu)化設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化成最短
路徑，然后進(jìn)行求解，不僅有利于對管道建設(shè)中的問題進(jìn)行
分析，還有利于求出最佳的管道工藝方案的優(yōu)化。
5.結(jié)語
綜上所述，優(yōu)化成品油管道工藝方案設(shè)計(jì)到諸多方面
的因素，其優(yōu)化程度直接影響到經(jīng)濟(jì)效益的高低。所以在對
成品油管道工藝方案進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，首先，可以在管道泵站設(shè)
置確定的情況下，將管道工藝的優(yōu)化為題轉(zhuǎn)成最短路徑問題
進(jìn)行相關(guān)求解。其次，還可以根據(jù)傳統(tǒng)的函數(shù)算法來進(jìn)行求
解，同時(shí)對設(shè)計(jì)算法進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和創(chuàng)新，再經(jīng)過實(shí)際的
比例從而得出更優(yōu)的管道工藝方案。再次，還可以編輯一些
成品油的管道工藝方案優(yōu)化設(shè)計(jì)的相應(yīng)軟件，可以給成品油
管道工藝方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的輔助和參考，從而設(shè)
計(jì)出更好的成品油管道工藝設(shè)計(jì)方案。隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的
不斷發(fā)展，對成品油的需求量也在不斷的增加，因此對成品
油管道工藝的合理設(shè)計(jì)優(yōu)化，不僅可以有效的減少成品油在
管道輸送中成品油的損耗，更有利于在運(yùn)行中對管道的維
護(hù)，還可以最大化的提高經(jīng)濟(jì)效益。
?【參考文獻(xiàn)】
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?【作者簡介】
梁麗珊（1989~），女，廣東中化石油化工設(shè)計(jì)有限公司；研
究方向：化工設(shè)計(jì)，儲(chǔ)運(yùn)和煉油。
((責(zé)任編輯宋小蒙)

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