克—烏管道稠稀油混輸?shù)膬?yōu)化運(yùn)行

袁亮1買斌虎2石遠(yuǎn)1沈曉燕1

1新疆油田公司工程技術(shù)研究院2新疆油田公司重油公司

針對(duì)克—烏管道稠稀混輸要求，建立了以稀油摻混比例最小以及管輸過程能耗最低的多目標(biāo)函數(shù)的稠稀混輸運(yùn)行方案優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。將主觀賦權(quán)與客觀賦權(quán)有機(jī)結(jié)合，確定了不同子目標(biāo)函數(shù)值的組合權(quán)重。以稠油輸送任務(wù)6 000 t/d為例，對(duì)克—烏管道混輸運(yùn)行方案進(jìn)行優(yōu)化模擬計(jì)算，確定該任務(wù)輸量下，稀稠比例6∶4為最優(yōu)，同時(shí)給出管線運(yùn)行的相關(guān)優(yōu)化參數(shù)。

稠稀混輸；能耗；多目標(biāo)函數(shù)；優(yōu)化；組合權(quán)重

新疆油田隨著風(fēng)城超稠油SAGD開采技術(shù)的突破和建設(shè)新疆大慶的需要，風(fēng)城稠油產(chǎn)量不斷增加，部分超稠油需通過已建的克—烏兩條管道進(jìn)行摻稀油外輸。因此，有必要開展克—烏管道混輸優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)研究，在確保完成稠油輸送任務(wù)的前提下，減小稀油摻混比例，降低輸油能耗，提高在役管道的經(jīng)濟(jì)效益。

1 稠稀油混輸優(yōu)化模型建立

整體設(shè)定輸油能耗最低和稀油摻混比例最小兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，采用非線性多目標(biāo)規(guī)劃方法構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)。

式中C為日輸油能耗（kJ/d）；a1為權(quán)重；N為稠稀油摻混比例；a2為權(quán)重；Cp為熱泵站動(dòng)力能耗（kJ/d）；Ch為熱力能耗（J/d）；i為站號(hào)；n為熱泵站號(hào)；G′、G″為兩條管道日輸混油量（t/d）（注：兩條線的輸量分配額優(yōu)化方法比較簡(jiǎn)單，這里不作說明）；H′i、H″i為兩條管道第i站的泵提供的揚(yáng)程（m）；η′pi、η″pi為兩條管道第i站的泵效率；c為原油比熱容（kJ/(kg·℃)）；T′ri、T″ri分別為兩條管道第i站的出站溫度（℃）；T′zi、T″zi為兩條管道第i站的進(jìn)站溫度（℃）；η′hi、η″hi為兩條管道第i站加熱爐效率。

出站溫度約束為

進(jìn)站溫度約束為

出站壓力約束為

進(jìn)站壓力約束為

泵站特性約束為

加熱爐特性約束為

式（6）～（11）中：Pri為第i站出站壓力（Pa），為第i站允許最高出站壓力（Pa）；Pzi為第i站進(jìn)站壓力（Pa）；為第i站允許最低進(jìn)站壓力（Pa）；為第i站最高升壓值（Pa）；Ai、Bi分別為第i站泵站系數(shù)；Q為體積流量；m為原油流態(tài)系數(shù)；ΔTi為第i站最大升溫值（℃）；Sri為第i站加熱爐有效熱負(fù)荷（kW）；為第i站最大出站溫度；為第i站最低進(jìn)站溫度。

2 求解過程

具體求解過程見圖1。

圖1 多目標(biāo)優(yōu)化迭代計(jì)算流程

本文采用極大型評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行量綱的歸一化處理。

將層次分析法和熵值法確定的權(quán)重進(jìn)行組合，得到新的組合權(quán)重。

（3）令α和β表示主、客觀方法的相對(duì)重要程度，滿足0≤α≤1，0≤β≤1，且α+β=1，滿足

3 模擬計(jì)算

以輸送稠油任務(wù)6 000 t/d為例對(duì)混輸運(yùn)行方案進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 目標(biāo)值評(píng)價(jià)結(jié)果

由表1看出，在稀油比例最小的情況下由于沿線溫降較大，摩阻大，能耗損失巨大，目標(biāo)值較大；而日輸油能耗最低的方案，由于稀稠油比例較大，其目標(biāo)值也不是最小。最終確定稀稠油比例為6∶4作為最優(yōu)輸送方案。

從運(yùn)行數(shù)據(jù)可以反映出各站需控制的出站溫度和出站壓力情況，為克—烏管道今后的生產(chǎn)運(yùn)行提供參考。

4 結(jié)論

（1）針對(duì)克—烏管道稠稀混輸要求，建立了以稀油摻混比例最小以及管輸過程能耗最低的多目標(biāo)函數(shù)的稠稀混輸運(yùn)行方案優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。

（2）將主觀賦權(quán)與客觀賦權(quán)有機(jī)結(jié)合，確定了不同子目標(biāo)函數(shù)值的組合權(quán)重。

（3）以稠油輸送任務(wù)6 000 t/d為例，對(duì)克—烏管道混輸運(yùn)行方案進(jìn)行優(yōu)化模擬計(jì)算，確定該任務(wù)輸量下，稀稠比例6∶4為最優(yōu)，同時(shí)給出管線運(yùn)行的相關(guān)優(yōu)化參數(shù)，為今后克—烏管道不同任務(wù)輸量下的高效運(yùn)行提供理論支持。

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.011