畢業(yè)論文--輸油管線參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件的編制

1、<p>　　輸油管線參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件的編制</p><p>　　摘 要：管道優(yōu)化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，目標(biāo)是尋求既滿足工藝要求，同時(shí)經(jīng)濟(jì)效益較好的方案，但工作量和計(jì)算量龐大，通過編制計(jì)算機(jī)軟件既提高工了作效率，節(jié)省時(shí)間，而且能更直觀更準(zhǔn)確地對管線參數(shù)進(jìn)行操作，從而達(dá)到優(yōu)化的效果。</p><p>　　論文對優(yōu)化設(shè)計(jì)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)

2、研究進(jìn)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(jì)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Visual Basic6.0編制，以Microsoft Office Access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Date grid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(jì)算及分布曲線的繪制、停輸時(shí)間計(jì)算、推薦運(yùn)行參數(shù)和數(shù)據(jù)輸出等幾大功能。</p><p>

3、;　　通過對白豹到華池的輸油管線的優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)例計(jì)算,表明計(jì)算結(jié)果與管線實(shí)際運(yùn)行參數(shù)相符，優(yōu)化結(jié)果令人滿意，證實(shí)了本軟件的可靠性與實(shí)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(jì)、管理水平具有重要的實(shí)際意義。</p><p>　　關(guān)鍵詞：輸油管道；含蠟原油；優(yōu)化設(shè)計(jì)；加熱輸送；軟件編制</p><p>　　The design of software for optimezing the

4、parameter of pipeline</p><p>　　Abstract: Pipeline optimization design is a complex system engineering. It aims at finding the program that economically meets the technology requirement. However, the system e

5、ngineering needs enormous calculations and works. The use of software can not only highly raise the efficiency, but also calculate the parameter accurately in intuitionistic way, consequently achieve the optimization of

6、pipeline.</p><p>　　This paper first gives a overall summary of mathematical models of optimal design, optimum-seeking techniques and their development trends and the optimization researches in pipeline proje

7、ct. According to the theory of hydromechanics and heat transfor, the author build the mathematical model for the optimal design of pipeline system transporting hot waxy crudes, then design the software for optimezation o

8、f pipeline base on the mathematical model in visual basic 6.0 language. The software use Mi</p><p>　　The calculations of the pipeline which is from Bai bao to Hua che indicate that the results accord with p

9、ractical parameter, consequently achieve the optimezation of pipeline.Thereby, the reliability and practicability of the software is confirmed.It is especially significant for improving the design and management arts of

10、petroleum pipeline to the solution of the problem.</p><p>　　Key Word: Oil pipeline; Waxy crude oil; Optimization design; Hot transportation; software</p><p><b>　　目 錄</b></p>&

11、lt;p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1 問題的提出1</p><p>　　1.2 輸油管道優(yōu)化運(yùn)行研究及其軟件編制的發(fā)展?fàn)顩r1</p><p>　　1.2.1 國外輸油管道優(yōu)化運(yùn)行及其軟件編制研究的發(fā)展?fàn)顩r2</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)輸油管道優(yōu)化運(yùn)行研究的發(fā)展?fàn)顩r

12、3</p><p>　　1.3 管道優(yōu)化及其軟件編制的意義5</p><p>　　1.3.1節(jié)約能源5</p><p>　　1.3.2 降低油品的生產(chǎn)成本5</p><p>　　1.3.3 有利于環(huán)境保護(hù)5</p><p>　　1.4 主要研究內(nèi)容................................

13、..........................................................................6</p><p>　　2基本算法的確定6</p><p>　　2.1熱油管道沿程溫降計(jì)算7</p><p>　　2.2 熱油管道的摩阻計(jì)算8</p><p>　　2.3 保證管線正常輸運(yùn)所

14、允許的停輸時(shí)間8</p><p>　　2.4 原油輸送能耗的計(jì)算12</p><p>　　3 軟件的設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1 軟件的設(shè)計(jì)環(huán)境及功能說明15</p><p>　　3.2 軟件的結(jié)構(gòu)圖16</p><p>　　3.3 軟件的操作界面及使用說明17</p><p&g

15、t;　　3.3.1 啟動(dòng)界面及主操作界面17</p><p>　　3.3.2數(shù)據(jù)輸入19</p><p>　　3.3.3 溫度及壓力計(jì)算21</p><p>　　3.3.4 停輸時(shí)間23</p><p>　　3.3.5 推薦運(yùn)行參數(shù)24</p><p><b>　　4 計(jì)算實(shí)例25</b&g

16、t;</p><p>　　4.1 管道溫度及壓力分布25</p><p>　　4.2 停輸時(shí)間的計(jì)算27</p><p>　　4.2 推薦運(yùn)行參數(shù)29</p><p>　　5 結(jié)論及建議31</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)32</b></p><p>&

17、lt;b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><b>　　致謝34</b></p><p>　　附錄1 軟件源代碼35</p><p><b>　　1 前言</b></p><p><b>　　1.1 問題的提出</b></p>&

18、lt;p>　　石油管道運(yùn)輸是近三四十年發(fā)展起來的一種運(yùn)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(jì)發(fā)展和石油工業(yè)的壯大，石油管道運(yùn)輸已經(jīng)成為自己的運(yùn)輸體系，并與鐵路、公路、水路、航空運(yùn)輸一起成為五大運(yùn)輸體系。目前的管道運(yùn)輸已不僅僅運(yùn)送石油，它已向多品種管道運(yùn)輸發(fā)展，已經(jīng)使用和正在研究使用管道運(yùn)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(yùn)輸，海底油氣管道也得到大量運(yùn)用，可以說管道運(yùn)輸已在國民經(jīng)濟(jì)

19、發(fā)展中起著越來越重要的作用。</p><p>　　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(jì)、運(yùn)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(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)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(jì)的方案[1]。輸油管道優(yōu)化運(yùn)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(jì)劃及運(yùn)行

20、方案，使之在規(guī)定期內(nèi)完成給定輸油任務(wù)的同時(shí)運(yùn)行費(fèi)用最低[2]。</p><p>　　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(dòng)力電。因此，如何才能實(shí)現(xiàn)管道的安全運(yùn)行、低耗、節(jié)能、提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，這是科研攻關(guān)和運(yùn)行管理的大目標(biāo)[3]。輸油管道優(yōu)化運(yùn)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(jì)的輸送條件。輸油管道在穩(wěn)態(tài)(包括準(zhǔn)穩(wěn)

21、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(yùn)行的約束條件下，要求選擇管道的最優(yōu)運(yùn)行方式、設(shè)備組合以及運(yùn)行參數(shù)使得單位時(shí)間內(nèi)的能耗費(fèi)用最低[4]。對正在運(yùn)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(jì)效益影響重大，輸油管道優(yōu)化運(yùn)行在現(xiàn)實(shí)生活中具有重大的意義。</p><p>　　但是，輸油管道優(yōu)化運(yùn)行的研究是一項(xiàng)浩大的工程，需要耗費(fèi)大量的人力物力，在科技飛速發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)日益

22、發(fā)達(dá)，通過編制軟件不僅可以大大節(jié)省時(shí)間和資源，而且更能準(zhǔn)確直觀的實(shí)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(jì)效益等重大意義。</p><p>　　1.2 輸油管道優(yōu)化運(yùn)行研究及其軟件編制的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　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

23、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(yùn)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(dòng)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(gè)決策的好壞，對經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jì)算，若僅依靠手工計(jì)算，則不僅工作量大，計(jì)算時(shí)間長

24、，而且往往難于實(shí)現(xiàn)，令人欣慰的是，由于電子計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，為最優(yōu)化技術(shù)提供了強(qiáng)有力的計(jì)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(gè)生產(chǎn)科研領(lǐng)域，成為促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)多快好省發(fā)展的有效方法[7]。</p><p>　　1.2.1 國外輸油管道優(yōu)化運(yùn)行及其軟件編制研究的發(fā)展?fàn)顩r[9][8]</p><p>　　油氣管道系統(tǒng)最優(yōu)

25、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(shí)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(dòng)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(jì)算機(jī)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(jì)、運(yùn)行、擴(kuò)建、控制等

26、領(lǐng)域。尤其在最優(yōu)運(yùn)行與最優(yōu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域碩果累累，且達(dá)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(jì)算。費(fèi)用程序包括兩個(gè)主要參數(shù):動(dòng)力費(fèi)和材料投資。假設(shè)對每一個(gè)搜索的參數(shù)只有一個(gè)最小費(fèi)用。從不同起點(diǎn)出發(fā)看有無相同局部優(yōu)化值，如果有就認(rèn)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(gè)高效的算法，仍使設(shè)計(jì)時(shí)間減少70%，設(shè)計(jì)費(fèi)用減少30%，設(shè)計(jì)質(zhì)量得到提高。Grelli

27、和Gilmou:設(shè)計(jì)的管線優(yōu)化程序用于太平洋輸氣公司和阿爾伯達(dá)天然氣公司的一條輸氣管線。程序采用穩(wěn)態(tài)分析</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)輸油管道優(yōu)化運(yùn)行研究的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　對輸油管道優(yōu)化運(yùn)行的研究是輸油工作者研究的重點(diǎn)，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(yùn)行研究方面所做的工作也很多，取得了較令人滿意的成果。</p><p&

28、gt;　　(1) 優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型[10][4][8]</p><p>　　把一個(gè)復(fù)雜的工程系統(tǒng)抽象成數(shù)學(xué)模型時(shí)，設(shè)計(jì)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(gè)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(shí)際問題，同時(shí)又便于處理。</p><p>　　已投產(chǎn)運(yùn)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(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，如溫度、泵組合等。這樣影響輸油

29、能耗的只有熱、動(dòng)力費(fèi)用，一般都以二者費(fèi)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(yán)大凡、吳長春考慮了油品的溫度沿管線真實(shí)分布及熱機(jī)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(dòng)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?jiān)鰪?qiáng)等建立了秦京輸油管道優(yōu)化運(yùn)行的動(dòng)態(tài)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，把全線總壓頭和全線總熱負(fù)荷在各站間進(jìn)行了最優(yōu)分配，提出了一種二維動(dòng)態(tài)規(guī)劃求解方法，在求解時(shí)

30、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(diǎn)又兼顧了數(shù)學(xué)上的嚴(yán)密性。</p><p><b>　　(2) 優(yōu)化方法</b></p><p>　　用于優(yōu)化的方法很多。</p><p><b>　　線性規(guī)劃問題:</b></p><p>　　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

31、可以使用割平面法、分枝定界法及0-1規(guī)劃的布爾運(yùn)算法等。</p><p><b>　　非線性規(guī)劃問題:</b></p><p>　　計(jì)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(diǎn)法、黃金分割法、Fibonacci法)、爬山法(變量

32、輪換法、復(fù)合形法)、隨機(jī)試驗(yàn)法等。數(shù)值法包括牛頓法、變尺度法、可行方向法、鞍點(diǎn)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(dòng)限制)近似規(guī)劃法(MAP)等。</p><p><b>　　動(dòng)態(tài)規(guī)劃問題:</b></p><p>　　動(dòng)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

33、方法。輸油管道優(yōu)化運(yùn)行研究所要解決的是如何確定各站最佳的進(jìn)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(yùn)行上的方法還不是很多。在我國輸油管道優(yōu)化運(yùn)行方面使用過的方法有:1991年，嚴(yán)大凡、吳長春使用了動(dòng)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(jī)搜索產(chǎn)Powell法的初始點(diǎn)，采用改進(jìn)0.61

34、8法進(jìn)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(yùn)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(jìn)行尋優(yōu)，以期獲得最佳運(yùn)行方案。</p

35、><p>　　(3) 泵組合和溫度優(yōu)化方面</p><p>　　1980年，吳長春等人對熱含蠟原油管道的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案的求解方法進(jìn)行了探討，鄭國華等人也討論過低輸量管道的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，金德馨則應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)化算法闡述了輸油管道最佳運(yùn)行方案的選擇方法訓(xùn)。</p><p>　　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(yùn)行進(jìn)行了協(xié)作研究。同期，華東石油管理局也開始

36、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(yùn)行)的工業(yè)試驗(yàn)研究。由于鐵秦線和督寧線自投產(chǎn)后一直處于不滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，而且實(shí)際輸量波動(dòng)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(yùn)行提供了較寬的決策面，一但實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行，其效益就相當(dāng)可觀。這兩個(gè)研究項(xiàng)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(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用的方法是混合離散變量復(fù)合形法，有一定的研究價(jià)值。

37、</p><p>　　1992年，蒲家寧運(yùn)用動(dòng)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(yùn)行的分析與計(jì)算方法，有助于對輸油管道優(yōu)化運(yùn)行的研究。1992年，金崗、張心等對熱油管道優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)進(jìn)行了探討，指出輸油管道的能耗及運(yùn)行費(fèi)用除受油泵壓力和油品溫度變化影響外，還必須考慮動(dòng)力和熱力設(shè)備在不同負(fù)荷下系統(tǒng)效率變化的影響。通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的反饋驗(yàn)證，找出了偏差并制定了能控制最小運(yùn)行費(fèi)用的新優(yōu)化運(yùn)行

38、方案。</p><p>　　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(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行，減少了原油外輸中油泵工況搭配和搭配機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的盲目性，有利于優(yōu)化運(yùn)行。1995年，王鑒光根據(jù)泵的機(jī)械特性，提出了泵站節(jié)能運(yùn)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(jì)效益。目前遼河油田考慮到運(yùn)行溫度決定了能耗費(fèi)用，而運(yùn)行費(fèi)用中可變的參數(shù)就是能耗費(fèi)用，所以對沱一鞍輸油管道的運(yùn)行溫度進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，

39、將中間加熱站改成了熱泵站，同時(shí)，也提高了沱--鞍輸油管道輸油能力，設(shè)計(jì)輸量為500X104噸，優(yōu)化前輸量僅有350 X104噸，優(yōu)化后輸量達(dá)到7450 X104噸。通過實(shí)踐證明，優(yōu)化了運(yùn)行溫度后，每年可節(jié)省能耗費(fèi)用30.12萬元，如果管道較長，輸量較大，經(jīng)濟(jì)效果會(huì)更加明顯。1998年，吳明等用最優(yōu)化方法計(jì)算了熱油輸送的經(jīng)濟(jì)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(yùn)用降低進(jìn)站溫度的方法，對降低油電消

40、耗總費(fèi)用的可行性進(jìn)行了具體分析，通過計(jì)算證明在保證低輸量的安全運(yùn)行的前提下，降低進(jìn)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(yùn)行方面的研究</p><p><b>　　(4)軟件編制方面</b></p><p>　　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(jìn)行了研究，提出了一種計(jì)算東辛管道輸

41、送混合原油粘度的新模型。將管道運(yùn)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(yùn)行軟件，既考慮了管道運(yùn)行能耗費(fèi)用又考慮了投資改造費(fèi)用，實(shí)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(yùn)行參數(shù)又可指導(dǎo)最優(yōu)改造方案。對我們的優(yōu)化運(yùn)行研究很有幫助。</p><p>　　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

42、作方便，功能全面，但其不足之處是在停輸時(shí)間的計(jì)算上還不夠準(zhǔn)確，需要進(jìn)一步完善。</p><p>　　1.3 管道優(yōu)化及其軟件編制的意義</p><p><b>　　1.3.1節(jié)約能源</b></p><p>　　節(jié)約能源及提高經(jīng)濟(jì)效益是當(dāng)前國家對工交部門的兩項(xiàng)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(fèi)就占生產(chǎn)成本的5

43、0%,能源消耗費(fèi)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(huì)發(fā)展的源泉和戰(zhàn)略依據(jù)，并標(biāo)志和決定著一個(gè)國家的競爭實(shí)力和綜合實(shí)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(gè)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(gè)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

44、里，則一年將節(jié)約870萬元，可見節(jié)省下來的運(yùn)行費(fèi)用是驚人的[5]。</p><p>　　1.3.2 降低油品的生產(chǎn)成本[1]</p><p>　　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(hù)而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益的機(jī)會(huì)越來越少，只有按照市場的需求對運(yùn)行的管道進(jìn)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(jì)中的競爭能力。</p>

45、;<p>　　1.3.3 有利于環(huán)境保護(hù)[1]</p><p>　　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(yùn)行，不但達(dá)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(fèi)用，對企業(yè)自身也有著直接的經(jīng)濟(jì)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(yùn)行中引進(jìn)優(yōu)化技術(shù)，對流量、溫度、泵機(jī)組特性等參數(shù)進(jìn)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)

46、經(jīng)濟(jì)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(jì)比較和效益評價(jià)、尋優(yōu)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)組合，從而確定出經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行參數(shù)，使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)下，達(dá)到節(jié)約能源、少投入、多產(chǎn)出、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的?？梢?，輸油管道優(yōu)化運(yùn)行方案研究是一個(gè)很有潛力的發(fā)展方向，對輸油管道優(yōu)化運(yùn)行進(jìn)行研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義[6]。</p><p>　　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(jì)算機(jī)技術(shù)向高速

47、、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(jì)、運(yùn)行、控制、模擬技術(shù)會(huì)相互融合形成綜合最優(yōu)化技術(shù)。</p><p>　　1.4 主要研究內(nèi)容</p><p>　　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(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，目標(biāo)是尋求既滿足工藝要求，同時(shí)經(jīng)濟(jì)效益較好的方案，但工作量和計(jì)算量龐大，通過編制計(jì)算機(jī)軟件既提高工了作效率，節(jié)省時(shí)間，而且能更直觀更

48、準(zhǔn)確地對管線參數(shù)進(jìn)行操作，從而達(dá)到優(yōu)化的效果。</p><p>　　本論文首先對優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jìn)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(jì)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Visual Basic6.0編制，以Microsoft Office Access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Date grid控件顯示

49、數(shù)據(jù)，具有網(wǎng)格式大量數(shù)據(jù)讀入、溫度壓力計(jì)算及分布曲線的繪制、停輸時(shí)間計(jì)算、推薦運(yùn)行參數(shù)和數(shù)據(jù)輸出等幾大功能。</p><p>　　最后，對白豹到華池的輸油管線的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)例計(jì)算，驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果與管線實(shí)際運(yùn)行參數(shù)是否相符，從而證實(shí)本軟件的可靠性與實(shí)用性。</p><p><b>　　2基本算法的確定</b></p><p>　　2.1熱油管道沿

50、程溫降計(jì)算</p><p>　　易凝、高粘的原油當(dāng)其凝固點(diǎn)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(shí)，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(jì)地運(yùn)行。</p><p>　　熱油在輸送過程中存在著兩個(gè)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(gè)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(jì)和管理中，要正確處理這兩種能量的

51、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?yàn)槟ψ钃p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(jì)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。</p><p>　　油流在加熱站加熱到一定的

52、溫度后進(jìn)入熱油管道。油流在沿管道流動(dòng)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(yán)格地講，這些因素是隨時(shí)間變化的，故熱油管道經(jīng)常處于熱力不穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　但在實(shí)際工程中，將正常運(yùn)行工況近似為熱力、水力穩(wěn)定狀態(tài)，在此前提下進(jìn)行軸向溫降的計(jì)算。</p><p>　　設(shè)管道周圍介質(zhì)的溫度為T0，

53、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：</p><p>　　上式中左邊為dl管段單位時(shí)間內(nèi)向周圍介質(zhì)的散熱量，右邊的第一項(xiàng)為管內(nèi)油流溫降dT 的散熱量；右邊第二項(xiàng)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(fù)號。 </p><p>　　假定在dl管段內(nèi)總傳熱系

54、數(shù)K為常數(shù)，且忽略水力坡降沿dl的變化，對上</p><p>　　式分離變量積分，得到沿程溫度分布公式，即列賓宗公式：</p><p>　　記 ， ；則有：</p><p><b>　　(2—1)</b></p><p><b>　　(2—2)</b></p><p&

55、gt;　　或 (2—3)</p><p>　　上式中，G—— 原油的質(zhì)量流量，kg/s；</p><p>　　c—— 輸油平均溫度下原油的比熱容，J/(kg.℃)；</p><p>　　D—— 管道外徑，m；</p><p>　　L—— 管道加熱輸送的長

56、度，m；</p><p>　　K——管道的總傳熱系數(shù)，W/（m2. ℃）；</p><p>　　TR——管道起點(diǎn)油溫，℃；</p><p>　　TL——距起點(diǎn)為L處的油溫，℃；</p><p>　　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，℃；</p><p>　　I ——油流的水力坡降，m/m；<

57、;/p><p>　　g ——重力加速度，m/s2。</p><p>　　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：</p><p><b>　　(2—4)</b></p><p>　　在推導(dǎo)上式時(shí)，假定水力坡降i為定值。實(shí)際上，水力坡降要由管道的摩阻</p><p>　　計(jì)算

58、得出，在進(jìn)行溫度分布計(jì)算時(shí)，它還未精確給出。在本研究里我們采用迭代</p><p><b>　　算法確定。</b></p><p>　　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(jìn)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

59、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℃。</p><p>　　2.2 熱油管道的摩阻計(jì)算</p><p>　　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(jì)算熱油管道的摩阻時(shí)，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(jì)算熱油管道的壓力和溫度分布。</p>

60、<p>　　在本研究中，我們采用平均油溫的計(jì)算法計(jì)算油流的壓力沿程分布。其計(jì)算步驟為：</p><p>　　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(jì)算程序里，我們大致按0.1 千米分劃，記下每個(gè)計(jì)算點(diǎn)的管道里程和管道中心的高程；</p><p>　　b．由反推計(jì)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(jì)算該段的終點(diǎn)溫

61、度T2；</p><p>　　c．按下式計(jì)算該段原油的平均溫度：</p><p><b>　　(2－5)</b></p><p>　　d．由實(shí)測的原油粘溫曲線，內(nèi)插得到平均溫度下的原油粘度，計(jì)算油流的雷諾數(shù)，并判別流態(tài)；</p><p>　　e. 由科爾布魯克公式計(jì)算油流的沿程阻力系數(shù)，進(jìn)而求得該段的水力摩阻損失和計(jì)算的

62、水力坡度；</p><p>　　f．比較計(jì)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(jì)算；</p><p>　　g．若計(jì)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；</p><p>　　h．將計(jì)算得到的末端溫度和壓力作為下一段的起點(diǎn)溫度和壓力，重復(fù)上述計(jì)算，直到下一加熱站為止。&

63、lt;/p><p>　　2.3 保證管線正常輸運(yùn)所允許的停輸時(shí)間</p><p>　　本節(jié)所討論的問題實(shí)質(zhì)是要弄清楚熱油管線的停輸時(shí)間和再啟動(dòng)壓力的計(jì)算問題。</p><p>　　熱油管路的計(jì)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(dòng)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。

64、</p><p>　　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(dòng)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(shí)間和停輸后的溫度變化情況，確定出再啟動(dòng)時(shí)所需的壓力和輸量，以確保管線的安全生產(chǎn)。</p><p>　?。?）埋地?zé)嵊凸芫€停輸后溫降的計(jì)算</p>

65、<p>　　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(shí)踐表明，由于剛停輸時(shí)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(shí)，大約相差3～8℃。當(dāng)?shù)販貫?℃，油溫為35～40℃時(shí)，約相差8～10℃。故埋地管線停輸后地溫降可分為兩個(gè)階段：</p>

66、<p>　　●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；</p><p>　　●管內(nèi)存油和管外土壤作為一個(gè)整體而緩慢地冷卻。</p><p>　?、? 開始階段的溫降計(jì)算</p><p>　　對于這一階段的溫降計(jì)算，我們作如下假設(shè)：</p><p>　?、?忽略管內(nèi)橫斷面上溫度梯度和軸向溫降；</p

67、><p>　?、?管道總傳熱系數(shù)K保持不變；</p><p>　?、?忽略油品特性隨溫度的變化；</p><p><b>　?、?外界溫度不變；</b></p><p>　　⑤ 不計(jì)保溫層的熱容量。</p><p>　　在時(shí)間內(nèi)的熱平衡方程為：</p><p><b>

68、;　　(2—6)</b></p><p><b>　　將上式積分，</b></p><p><b>　　并整理后得到：</b></p><p><b>　　(2—7)</b></p><p>　　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

69、3;℃)；</p><p>　　D,D1,D2—管道平均直徑、油管內(nèi)徑和油管外徑，m；</p><p>　　— 原油的比熱和密度，J/(㎏·℃),㎏/m3；</p><p>　　— 鋼材的比熱和密度，J/(㎏·℃),㎏/m3；</p><p>　　T0——— 管道埋深處的地溫，℃；</p><p>

70、　　———停輸后小時(shí)的油溫，℃；</p><p>　　———停輸開始時(shí)的油溫，℃；</p><p>　　——— 停輸時(shí)間，h(小時(shí))。</p><p>　　若考慮到鋼管的壁厚不大，可以不計(jì)鋼管的熱容量，則上式可以更進(jìn)一步化簡為：</p><p><b>　　(2—8)</b></p><p>　　

71、ⅱ) 管內(nèi)存油和管外土壤的共同緩慢冷卻</p><p>　　若輸油管道正常運(yùn)行時(shí)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(dòng)預(yù)熱的反過程。可按恒熱流法計(jì)算停輸不同時(shí)間后的各點(diǎn)土壤溫度，得到在冷卻過程中管壁處的土壤溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律。</p><p>　　我們選用恒熱流法計(jì)算停輸不同時(shí)間后的各點(diǎn)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，

72、即認(rèn)為土壤是各向均勻同性的，管道傳往各方向的熱流強(qiáng)度是相等的。即：</p><p><b>　　(2—9)</b></p><p><b>　　式中， </b></p><p>　　—開始停輸時(shí)管壁處的土壤溫度；</p><p>　　—停輸小時(shí)后管壁處的土壤溫度；</p><

73、p>　　——土壤的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)；</p><p>　　—— 土壤的導(dǎo)溫系數(shù)，；</p><p>　　—— 管道埋深，m；</p><p>　　—— 停輸時(shí)間，小時(shí)，h；</p><p>　　——穩(wěn)定工況的管道散熱量，W/m；</p><p><b>　　若將</b>&l

74、t;/p><p><b>　　上式也可以</b></p><p><b>　　(2—10)</b></p><p>　　如果近似取停輸后的恒定散熱損失等于穩(wěn)定輸送時(shí)的熱損失，則</p><p><b>　　(2—11)</b></p><p>　　代入（3－

75、5）式，并考慮當(dāng)(3～4)時(shí)，<<,忽略前一項(xiàng)，并將展開為級數(shù)，</p><p>　　取前兩項(xiàng)，整理后得到第二階段的停輸時(shí)間：</p><p><b>　　(2—12)</b></p><p>　　由（3－10）式，可以求得溫降第一階段的停輸時(shí)間為：</p><p><b>　　式中，以秒計(jì)。<

76、;/b></p><p>　　上述恒熱流法系一種二維不穩(wěn)定傳熱計(jì)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(jì)算管道任意斷面上停輸后油溫的近似計(jì)算方法。</p><p>　　（2）短期停輸后管內(nèi)油溫計(jì)算</p><p>　　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)，

77、列出微元時(shí)段內(nèi)的熱平衡方程，進(jìn)行近似求解，得出停輸后管內(nèi)的油溫。</p><p>　　假定在時(shí)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(shí)的總傳熱系數(shù)K，類似可導(dǎo)得：</p><p><b>　　(2—13)</b></p><p>　　令 ，

78、(2—14)</p><p><b>　　則上式可寫成：</b></p><p>　　對上式積分，當(dāng)。此時(shí)，距起點(diǎn)l處，油溫Tl可按蘇霍夫公式計(jì)算：</p><p><b>　　(2—15)</b></p><p>　　于是，可得距起點(diǎn)任意距離l處，停輸溫降時(shí)間后管內(nèi)油溫的計(jì)算式為：</p&g

79、t;<p><b>　　(2—16)</b></p><p>　　式中，T——距管道起點(diǎn)l處，停輸時(shí)間后的油溫，℃；</p><p>　　T0——周圍環(huán)境溫度，℃；</p><p>　　TR ——管道起點(diǎn)處，開始停輸時(shí)的油溫，℃；</p><p>　　K——管道在穩(wěn)定狀態(tài)工況下的總傳熱系數(shù)，W/(m2. ℃

80、)；</p><p>　　L——計(jì)算點(diǎn)距管道起點(diǎn)的距離，m；</p><p>　　b——由（3—14）式定義的系數(shù)；</p><p><b>　　——停輸時(shí)間，s。</b></p><p>　　（3—16）式可以計(jì)算停輸后管道任意斷面上平均油溫隨時(shí)間的變化。</p><p>　　各種突然事故都可能

81、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(diǎn)溫度、不同的起點(diǎn)壓力下，停輸?shù)臅r(shí)間長短也不一。在停輸溫降計(jì)算的軟件設(shè)計(jì)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(shí)和準(zhǔn)確地計(jì)算出停輸管線沿線各斷面處的油溫隨時(shí)間變化的情況。</p><p>　　限于篇幅，在本論文中的各加熱站的停輸計(jì)算中，只對冬季最寒冷的月份發(fā)生停輸事件的溫降進(jìn)行了計(jì)算。其他的各種可能的停輸溫降計(jì)算可以很方

82、便地利用本研究提供的軟件進(jìn)行。</p><p>　　2.4 原油輸送能耗的計(jì)算</p><p>　　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(jī)械能損失和加熱輸送的管道散熱損失。</p><p><b>　　a）機(jī)械能消耗</b></p><p>　　在無翻越點(diǎn)的原油輸送管道中，機(jī)械能消耗僅為

83、提高原油位能和克服原油輸送時(shí)的摩阻損失。泵提供給單位重量原油的有效能頭為：</p><p><b>　?。?-17）</b></p><p>　　而在輸送管道存在翻越點(diǎn)的管線中，若不允許管道出現(xiàn)負(fù)壓，則泵提供給單位重量原油的有效能頭為：</p><p><b>　?。?-18）</b></p><p&g

84、t;<b>　　上兩式中，</b></p><p><b>　　泵的有效功率為：</b></p><p><b>　?。?-19）</b></p><p><b>　　上式中，</b></p><p>　　若以單位能耗，即輸送1噸原油每1千米所消耗的能量表

85、示，再計(jì)入泵和電機(jī)的效率，則有：</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　b）熱能消耗</b></p><p>　　單位熱能的消耗以下述公式計(jì)算：</p><p><

86、b>　?。?-21）</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p><b>　　3 軟件的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 軟件的設(shè)計(jì)環(huán)境及功能說明</p><p>　　軟件的開發(fā)環(huán)境采用Windows XP操作系統(tǒng)，因?yàn)閃indows是一個(gè)多任務(wù)的操

87、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。</p><p>　　本軟件采用的開發(fā)工具為Visual Basic6.0，它有以下特點(diǎn): VB繼承了Basic簡單易用的特點(diǎn)，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。</p><p>　　本軟件采用Microsoft Of

88、fice Access數(shù)據(jù)庫，以ADO數(shù)據(jù)控件鏈接，在窗體上用Date grid控件顯示數(shù)據(jù)。</p><p>　　該軟件由數(shù)據(jù)輸入、模擬計(jì)算、結(jié)果輸出等三大模塊組成。</p><p><b>　　(1)數(shù)據(jù)輸入模塊</b></p><p>　　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?cái)?shù)據(jù)三個(gè)子模塊。</p>&

89、lt;p><b>　　(2)模擬計(jì)算模塊</b></p><p>　　該模塊由管道溫度、壓力的分布計(jì)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(yùn)行參數(shù)計(jì)算模塊及停輸降溫計(jì)算模塊組合而成，用戶可根據(jù)屏幕提示和計(jì)算要求進(jìn)行選擇，以便節(jié)省計(jì)算時(shí)間。</p><p><b>　　(3)結(jié)果輸出模塊</b></p><p>

90、　　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。</p><p>　　3.2 軟件的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.3 軟件的操作界面及使用說明</p><p>　　3.3.1 啟動(dòng)界面及主操作界面</p><p>　　本軟件具有友好的界面設(shè)計(jì)，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

91、該軟件，使用工具欄（Tool Bar）控件，在主操作界面中制作了工具按鈕，然后鏈接Image list控件為按鈕添加了彩色圖標(biāo)。</p><p>　　主菜單包括有管道及原油數(shù)據(jù)，溫度壓力計(jì)算，停輸時(shí)間，推薦運(yùn)行參數(shù)，幫助及退出選項(xiàng)。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?cái)?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?cái)?shù)據(jù)、溫度壓力計(jì)算、停輸時(shí)間、推薦運(yùn)行參數(shù)及退出。在狀態(tài)欄

92、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(shí)間顯示。其源代碼見附錄1.1。</p><p><b>　　3.3.2數(shù)據(jù)輸入</b></p><p>　　本軟件采用Microsoft Office Access數(shù)據(jù)庫，以ADO數(shù)據(jù)控件鏈接，在窗體上用Date grid控件顯示數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)格式的大量數(shù)據(jù)的輸入。</p><p><

93、;b>　?。?）管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　（2）管線高程數(shù)據(jù)</b></p><p>　　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(gè)計(jì)算點(diǎn)。在界面左側(cè)為Date grid控件，可以輸入不同管線的各點(diǎn)高程數(shù)據(jù)，右側(cè)為管線縱斷面圖。在圖上方，可實(shí)時(shí)顯示鼠標(biāo)位置處的座標(biāo)，從而可以直觀的查詢到

94、管道任意位置處的高程。此功能是通過Picture box(圖片框)控件的line方法實(shí)現(xiàn)的，以管線里程為橫坐標(biāo)，管線高程為縱坐標(biāo)，兩點(diǎn)連線，再加以循環(huán)即可。具體源代碼見附錄1.3。</p><p><b>　　（3）粘溫?cái)?shù)據(jù)</b></p><p>　　此窗口用來顯示原油的粘溫?cái)?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(shí)現(xiàn)方法與管道高程數(shù)據(jù)

95、窗口相同。實(shí)現(xiàn)此功能的源代碼見附錄1.4。</p><p>　　3.3.3 溫度及壓力計(jì)算</p><p>　　此窗口功能為在給定的管線起點(diǎn)溫度與起點(diǎn)壓力條件下，來計(jì)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(jì)算結(jié)果保存到文本文件中。通過Text box（文本框）來實(shí)現(xiàn)管道起點(diǎn)溫度與管道起點(diǎn)壓力的輸入，根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)，來計(jì)算管道沿線的溫度與壓力的分布。具體源代碼見附錄1.5

96、。</p><p>　　3.3.4 停輸時(shí)間</p><p>　　此窗口用來實(shí)現(xiàn)管道停輸時(shí)，在已知地溫的條件下，根據(jù)輸入的停輸時(shí)間來計(jì)算管道沿線的溫度分布，并將計(jì)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。</p><p>　　3.3.5 推薦運(yùn)行參數(shù)</p><p>　　此窗口用來實(shí)現(xiàn)對管道運(yùn)行參數(shù)的

97、優(yōu)化。根據(jù)不同的輸送溫度下，管道的運(yùn)行費(fèi)用不同，以費(fèi)用最低時(shí)的輸送溫度為最優(yōu)溫度，并計(jì)算此起點(diǎn)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。</p><p><b>　　4 計(jì)算實(shí)例</b></p><p>　　以白豹至華池的輸油管線為例：</p><p>　　管線全長27.0

98、72km，起點(diǎn)溫度為32℃，起點(diǎn)壓力為3.0MPa，以0.1km為步長，進(jìn)行計(jì)算。由于計(jì)算點(diǎn)較多，這里僅列出整數(shù)km的計(jì)算點(diǎn)數(shù)據(jù)。</p><p>　　4.1 管道溫度及壓力分布</p><p>　　由軟件計(jì)算得出的溫度壓力數(shù)據(jù)如下表：</p><p>　　表4-1 管道溫度壓力數(shù)據(jù)表</p><p>　　圖4-1 管線縱斷面圖</p

99、><p>　　圖4-2 管線溫度分布曲線圖</p><p>　　圖4-3 管線壓力分布曲線圖</p><p>　　4.2 停輸時(shí)間的計(jì)算</p><p>　　停輸時(shí)間的計(jì)算結(jié)果如下：</p><p>　　表4-2 停輸后溫度分布數(shù)據(jù)表</p><p>　　圖4-4 管線不同停輸時(shí)間后的溫度分布&

100、lt;/p><p>　　B--停輸1h后的溫度分布 C--停輸5h后的溫度分布</p><p>　　D--停輸10h后的溫度分布 E--停輸20h后的溫度分布</p><p>　　由上圖可看出，隨停輸時(shí)間的延長，溫度曲線趨于平緩。停輸時(shí)間達(dá)到一定長后，油溫將趨于地溫。</p><p>　　4.2 推薦運(yùn)行參數(shù)<

101、/p><p>　　經(jīng)優(yōu)化后，管線運(yùn)行參數(shù)如下表：</p><p>　　表4-3 推薦運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)表</p><p>　　圖4-5 管線的推薦運(yùn)行溫度</p><p>　　E-- 優(yōu)化前管線的溫度分布 C-- 優(yōu)化后管線的溫度分布 </p><p>　　圖4-6 管線的推薦運(yùn)行壓力</p><p&g

102、t;<b>　　5 結(jié)論及建議</b></p><p>　　通過編制輸油管線參數(shù)優(yōu)化軟件和對實(shí)例的計(jì)算分析，得到以下結(jié)論：</p><p>　　1. 本論文對以往的輸油管道優(yōu)化運(yùn)行所做的工作進(jìn)行了分析和研究，考慮了運(yùn)行費(fèi)用的影響因素，在進(jìn)站油溫、出站油溫、熱負(fù)荷、水力約束、管線強(qiáng)度、流量等綜合約束條件下，建立了輸油管道優(yōu)化運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型。</p><

103、;p>　　2. 由于計(jì)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(jì)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(shí)計(jì)算溫度T時(shí)，T又受i的影響，故使用迭代法，較精確的計(jì)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。</p><p>　　3. 軟件具有網(wǎng)格式的數(shù)據(jù)輸入界面，計(jì)算管線沿程溫度、壓力的分布，停輸時(shí)間及推薦運(yùn)行參

104、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(shí)的溫度分布曲線等功能。</p><p>　　4. 以白豹至華池的輸油管線為例，進(jìn)行了計(jì)算，與實(shí)際測量值相符，從而驗(yàn)證了本軟件的正確性與實(shí)用性，優(yōu)化后取得了令人滿意的效果。</p><p><b>　　幾點(diǎn)建議：</b></p><p>　　1．計(jì)算時(shí)沒有考慮傳熱系數(shù)K的變化，將其設(shè)

105、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(huì)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(jì)算傳熱系數(shù)K的值并且考慮結(jié)蠟的影響，使計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際更接近。</p><p>　　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(shí)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(jìn)去，使輸油管道優(yōu)化運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型進(jìn)一步完善化。</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)<

106、/b></p><p>　　三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，而我也將告別我的大學(xué)生活。這三個(gè)多月可以說是我在大學(xué)里最重要的三個(gè)月，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不但加深了我對基礎(chǔ)知識的理解，更增強(qiáng)了我的實(shí)際動(dòng)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(yuǎn)的影響。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我以前所學(xué)課程的一次全面總結(jié)。因?yàn)轭}目涉及數(shù)學(xué)、流體力學(xué)、傳熱

107、學(xué)、專業(yè)課程及計(jì)算機(jī)等多方面的知識。因此，又是對我綜合能力的考察。</p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計(jì)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！</p><p>　　由于水平有限，時(shí)間倉促，不足之處在所難免，還請各位老師批評指正。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>&l

108、t;/p><p>　　[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</p><p>　　[2] 吳長春：熱油管道的優(yōu)化運(yùn)行.石油規(guī)劃設(shè)計(jì).1994.5 (2):48-49</p><p>　　[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</p>

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