摘要：在對(duì)長(zhǎng)吉輸油管道系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，建立了長(zhǎng)吉輸油管道優(yōu)化運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型，將這個(gè)數(shù)學(xué)模型看作二維資源分配問題，即把全線總壓頭和全線總熱負(fù)荷在各站間進(jìn)行最優(yōu)分配，運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法求解。計(jì)算結(jié)果表明，該模型具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　1.前言
　　長(zhǎng)吉輸油管道西起長(zhǎng)春市綠源區(qū)西新鄉(xiāng)，途經(jīng)雙陽區(qū)、永吉縣至吉林市吉化煉廠，全長(zhǎng)150.045km，正常管段采用323.9*6，材質(zhì)16Mn螺旋焊縫鋼管，設(shè)計(jì)工作壓力6.0Mpa。全線分七座輸油站，其中四個(gè)熱泵站和三個(gè)泵站，按流程順序依次為長(zhǎng)春輸油站、大南泵站、雙陽輸油站、岔路河泵站、永吉輸油站、九站泵站和吉林輸油站。該管道擔(dān)負(fù)著向吉化煉廠輸送大慶原油的任務(wù)，年輸量400萬噸，每年要消耗大量的熱能和電能，因此，運(yùn)行管理的一項(xiàng)重要指標(biāo)就是降低運(yùn)行能耗，為了實(shí)現(xiàn)這一指標(biāo)，在對(duì)長(zhǎng)吉輸油管道系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，建立了長(zhǎng)吉輸油管道優(yōu)化運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型，將這個(gè)數(shù)學(xué)模型看作二維資源分配問題，即把全線總壓頭和全線總熱負(fù)荷在各站間進(jìn)行最優(yōu)分配，運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法求解，為實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提供科學(xué)的決策依據(jù)。
　　
　　2.決策變量及數(shù)學(xué)模型
　　對(duì)于一條正在運(yùn)行的熱油管線，影響輸油管道運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性及分析結(jié)果的因素很多，大致可歸納如下。
　　（1）已知因素。如輸量、管徑、原油物性、管道及站間長(zhǎng)度、各站泵爐配備及性能、沿線起伏高差等．
　　（2）條件已知因素。如全年沿線地溫變化、不同輸量、不同埋設(shè)地域的沿線溫降壓降．結(jié)蠟及對(duì)管道運(yùn)行的影響等因素．可通過多年生產(chǎn)記錄、凋度經(jīng)驗(yàn)及某些實(shí)際測(cè)試獲得．通過分析這些因素對(duì)沿線土壤散熱進(jìn)行估算，并以相應(yīng)方式處理并存人數(shù)據(jù)庫以供調(diào)用。此外．站內(nèi)摩阻、過泵油流溫升、管道附件摩阻等也歸人此類．此類因素對(duì)正確分析經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有較大的影響。
　　（3）輸送工藝條件。如管道承壓、最大允許油溫、設(shè)備最大負(fù)荷、進(jìn)站壓力和進(jìn)站油溫要求等，此類因素以約束條件出現(xiàn)．合理與否直接影響最優(yōu)方案的確定及可實(shí)施性。
　　（4）管道敷設(shè)及運(yùn)行方式。管道敷設(shè)及運(yùn)行方式為需要通過建立不同模型和相應(yīng)處理方法加以解決的因素，如敷設(shè)單管道還是平行雙管道，分輸及合輸要求及位置，故障停泵所需對(duì)原輸送方案的優(yōu)化調(diào)整等，模型及處理方法正確合理與否，將直接影響分析結(jié)果。
　　（5）直接與運(yùn)行方案有關(guān)的因素。直接與運(yùn)行方案有關(guān)且對(duì)經(jīng)濟(jì)性有直接影響的因素，如泵爐開站位置及匹配方式，進(jìn)出站油溫管壓控制參數(shù)，增壓泵、調(diào)速泵啟用位置及相應(yīng)要求，此類因素與人為決策有關(guān)．可通過優(yōu)化分析獲得。
　　2.2優(yōu)化數(shù)學(xué)模型
　　根據(jù)動(dòng)態(tài)規(guī)劃法的思想，從空間上把長(zhǎng)吉輸油管道優(yōu)化運(yùn)行問題按照全線的泵站數(shù)劃分為6個(gè)階段，按照油流的方向，從首站開始油流每到達(dá)一站作為一個(gè)階段，直到某站為止。第k階段的狀態(tài)變量定義為該站的進(jìn)站溫度和進(jìn)站壓力，決策變量定義為該站給油流增加的溫度和有效壓頭，狀態(tài)變量和決策變量都是二維變量。
　　3.求解方法
　　用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求解二維資源分配問題時(shí)，實(shí)際問題中通常采用逐次逼近法和粗格子點(diǎn)法，本文考慮熱油管道優(yōu)化運(yùn)行問題有其自身特點(diǎn)，即壓力優(yōu)化是以溫度已知為前提的，溫度優(yōu)化時(shí)又要滿足壓力限制，應(yīng)用逐次逼近法求解時(shí)收斂速度很快，所以本文采用逐次逼近法求解這個(gè)二維資源分配問題，把二維資源分配問題轉(zhuǎn)化為一維問題求解。
　　（1）在進(jìn)站溫度已知的前提下，對(duì)壓力優(yōu)化，把總壓頭在全線各泵站之間進(jìn)行最優(yōu)分配，確定最優(yōu)開泵方案。
　　（2）在開泵方案給定的前提下，對(duì)溫度優(yōu)化，以期減小節(jié)流損失，把總熱負(fù)荷在全線各站之間進(jìn)行最優(yōu)分配，確定各站最優(yōu)熱負(fù)荷。在確定各階段狀態(tài)時(shí)，對(duì)進(jìn)站壓力和進(jìn)站溫度在可行區(qū)間內(nèi)按某一步長(zhǎng)離散，這樣各階段的狀態(tài)數(shù)是限定的，從而避免了動(dòng)態(tài)規(guī)劃法的致命弱點(diǎn)“維數(shù)災(zāi)難”。以上模型和算法構(gòu)成了長(zhǎng)吉輸油管道優(yōu)化運(yùn)行計(jì)算的理論基礎(chǔ)。
　　4計(jì)算實(shí)例及對(duì)比分析
　　算例1在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，以2001年7月份為例，對(duì)長(zhǎng)吉線實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用與優(yōu)化運(yùn)行的結(jié)果進(jìn)行比較。計(jì)算結(jié)果見表1。
　　表1實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用與優(yōu)化運(yùn)行費(fèi)用相比
　　輸量
　　噸/天 實(shí)際費(fèi)用
　　萬元/天 優(yōu)化費(fèi)用
　　萬元/天 節(jié)省費(fèi)用
　　萬元/天 單位能耗節(jié)省
　　元/（噸公里）
　　7671.989 5.01105 3.97258 1.03847 0.009024
　　11173.981 7.10478 6.93672 0.16806 0.001003
　　12032.466 8.76506 7.86806 0.897 0.00497
　　
　　算例2在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，在長(zhǎng)春輸油站、雙陽輸油站和永吉輸油站在安裝一臺(tái)型號(hào)為8X13DA-B的進(jìn)口泵，對(duì)長(zhǎng)吉線實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用與優(yōu)化運(yùn)行的結(jié)果進(jìn)行比較。計(jì)算結(jié)果見表2。
　　
　　表2實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用與考慮推薦優(yōu)化運(yùn)行費(fèi)用相比
　　輸量
　　噸/天 實(shí)際費(fèi)用
　　萬元/天 優(yōu)化費(fèi)用
　　萬元/天 節(jié)省費(fèi)用
　　萬元/天 單位能耗節(jié)省
　　元/（噸公里）
　　7671.989 5.01105 3.97258 1.03847 0.009024
　　11173.981 7.10478 6.82347 0.28131 0.001678
　　12032.466 8.76506 7.64386 1.1212 0.006212
　　
　　5結(jié)論
　　1． 針對(duì)長(zhǎng)吉輸油管道的特點(diǎn)，建立了長(zhǎng)吉輸油管道優(yōu)化運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型。
　　2． 采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法求解長(zhǎng)吉輸油管道的優(yōu)化模型。
　　3． 對(duì)長(zhǎng)吉輸油管道進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明優(yōu)化運(yùn)行能夠降低輸送油品的單位能耗。
　　4． 針對(duì)長(zhǎng)吉輸油管道的現(xiàn)有設(shè)備，提出在在長(zhǎng)春輸油站、雙陽輸油站和永吉輸油站在安裝一臺(tái)型號(hào)為8X13DA-B的進(jìn)口泵，并進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明安裝進(jìn)口泵后，能進(jìn)一步降低輸送油品的單位能耗。