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1.成品油工藝系統的特點

成品油的輸出管道中的工藝系統主要根據首站、管道、中間的接收站、中間泵站以及分輸站和末尾站構建而成，在一些落差比較大的地段，還要建設相關的減壓站。其中建設管道系統的外部環境包含著管道的其他子系統以及掩埋管道的土壤等。成品油的輸管道的工藝是一個即連續又統一的輸出系統。對與單根成品油的輸出管道，在它的輸出方向已經確定的情況中，對其的優化方案主要是對泵站管道的設置以及鋼管規格的選擇上。在建設成品油的管道中，其中的工藝系統是管道建設中的主要投資部分，而成品油泵站和管道的建設投資在總的投資量中也占據了比較大的比例，因此應將兩種相結合來進行成品油管道工藝方案的優化設計。

2.管道工藝設計方案優化的決策變量

描述成品油管道工藝設計方案中的變量就是優化管道工藝方案中的設計變量。選擇相應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，成品油管道工藝設計的優化方案方向就確定下來了。在成品油管道工藝設計中的工藝方案涉及到泵站和管道這兩個方面。其中泵站分為泵站中的機組配置以及連接方式，還有泵站位置等進行設計。而管道可分為管徑、管道材料以及管道壁厚來進行設計。在對成品油的管道進行設計時，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化設計方案就確定下來了。從數學方面來講，這些因素都可以成為數學模型中的優化決策變量，根據相關的設計準則可以選擇一組關聯程度相對較低的決策變量來對成品油的管道工藝進行優化設計。還有在成品油輸出管道的設計中，還需要對輸出管道的建設附近設置幾個泵站來給成品油的輸出提供相應的壓力能，因此應充分的利用管道路線的強度來設置壓力值。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的壓力就會相差無幾，從而有利于設備的維修保養，進而減少投資成本以及管道運行使用的相關維護費用。

3.目標函數和約束條件

對成品油的管道工藝方案進行優化設計的前提是在滿足多種約束條件下，從而尋找質量最好的管徑、管材、設計壓力、管道壁的厚度、泵站的數量以及位置、操作的壓力、成品油的輸送順序以及管道的首站和末尾站，還有各種成品油的儲罐設置等等因素進行組合，使設計的管道工藝方案能在規定時期中獲得最大化的經濟效益。在對管道設計中，對成品油的工藝方案進行優化設計的基本前提以及相關原則是：(1)將成品油的輸出管道按照分輸站點來進行劃分為幾個管段，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行設計；(3)管段之間的壓力設計要相同；(4)不考慮對成品油的建設進行分期投資和分時間斷進行建設；(5)各種成品油輸出時的體積和流量要相等。還有在管徑以及其他的相關參數作為基礎對成品油的輸送順序進行研究，因考慮到對成品油的輸送量跟管道中的內徑相關，因此可以將成品油的輸送順序優化放在這個管道工藝設計方案中進行統一探究。(1)目標函數根據我國現今的管道建設情況，可以選擇在管道系統中的建設和運行中的總費用值用最小F作為目標函數，在進行管道建設以及運行中的費用進行計算時，為了簡化計算，可以只探究跟管道工藝設計方案相關的一些費用項。在對成品油管道的總費用進行計算時可以根據管道的線路、泵站以及儲油罐和相關的混油處理這四個部分來進行計算，從而得出目標函數表達式，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行優化設計中的約束條件包括強度的約束、水利的約束、工藝操作的相關條件約束以及鋼管的相關規格約束和流態約束等等。①鋼管強度的約束條件，根據相關的規定（即GB50253-2003），管道泵站的出站壓力要滿足管道的強度相關要求。②鋼管運行穩定的約束條件。在管道建設中為了防止鋼管在施工建設期間以及運行期間因外部的一些壓力過大導致鋼管產生彎曲現象，因此GB50253-2003中對鋼管的壁厚和鋼管的外徑的比對進行了相關規定：A.管徑約束Di∈{D}，B.壁厚約束δi∈{δ}DI。③管道鋼管中的規格約束，因為成品油的輸送管道所用的鋼管的按照相關的標準規則進行制造的，因此在對成品油中管道工藝設計中要根據相關的標準來進行設計管徑和管道的壁厚。④管道中水壓的約束條件，就是任何的動力水壓必須要大于最小的動力水壓。⑤水力約束條件，成品油在管道中的流動速度必須跟水壓維持供需平衡的關系。

4.優化管道工藝的方法

對成品油管道工藝方案的優化程序可以分別分為內外兩個層次，所謂的外層就是輸送順序的周期優化，而內層就是管道中管道的壁厚以及管徑等參數的優化。由于相關的總費用值跟輸送順序的周期之間的關系是單峰函數，因此在優化成品油輸送順序周期時可以采用一維搜尋法來進行優化。由于內層的優化相關的數學模型是屬于非線性混合整數，因此不能使用相關的通用優化方法來進行求解。差分進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，可以應用于其他領域當中。為了使函數的求解變得簡單些，可以將壓力離散設計為離散值，還要采用相關的實數編碼制，來對相應的函數值進行處理，可以用以下方法進行處理：(1)對違法約束條件的進行懲罰，違法約束程度越大所受到的懲罰也將越大；(2)將可行點數相適應的函數值作為管道建設的總費用現值（即總利潤值），而對非可行點要進行相關的懲罰項，相關的算法完結條件就是需要其中一代的最差和最好的個體中的適應值之差要小于0.1%。因為在建設成品油管道之前，就已經對各個分輸站的建設位置已經確定下來了，又因，在通常的建設情況下，對管道優化設計的人員都希望將管道中建設的分輸站和泵站進行合并，這樣不僅可以節約一部分投資建設費用，還可以給運行后的管理和維護帶來許多的便利。在進行成品油管道系統總體工藝方案的優化設計時可以運用賦權有向圖來表示，在設計成品油管道泵站的位置時，所選擇的建設點必須要對應圖的頂點，根據對管道中管徑和壓力所允許的設計取值范圍，從而可以確定兩個頂點之間有沒有弧。當這兩個頂點之間沒有弧時，設計弧的權值可以為無窮大。我們所說的最短路徑就是指兩個頂點之間的權值為最小的路徑。因此，從起點算起到終點之間所有的路徑集合起來的最小權值路徑就是成品油管道工藝方案中的最優化方案。在實際的設計應用過程中，需要對管道工藝的設計方案進行綜合對比，因此就需要對最短路徑進行擴展，形成多條最短路徑。對最短路徑的求解步驟：(1)先計算出每個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管段間的管徑；(3)確定一個成品油輸送順序周期；(4)隨意選擇管道中的兩個泵站位置在滿足約束條件下計算出管道的總費用值；(5)改變管道輸送順序周期，運用一維搜索法進行搜尋，從而確定管道的最佳壁厚、管徑、以及輸送順序周期和設計壓力；(6)運用差進化算法計算出多條最短路徑；最后對設計的管道工藝方案進行校核。通過以上的對最短路徑的計算，可以在管道泵站選擇位置確定的前提下，將對管道優化設計方案轉化成最短路徑，然后進行求解，不僅有利于對管道建設中的問題進行分析，還有利于求出最佳的管道工藝方案的優化。

5.結語

綜上所述，優化成品油管道工藝方案設計到諸多方面的因素，其優化程度直接影響到經濟效益的高低。所以在對成品油管道工藝方案進行優化時，首先，可以在管道泵站設置確定的情況下，將管道工藝的優化為題轉成最短路徑問題進行相關求解。其次，還可以根據傳統的函數算法來進行求解，同時對設計算法進行相應的改進和創新，再經過實際的比例從而得出更優的管道工藝方案。再次，還可以編輯一些成品油的管道工藝方案優化設計的相應軟件，可以給成品油管道工藝方案進行優化設計提供相應的輔助和參考，從而設計出更好的成品油管道工藝設計方案。隨著我國社會經濟的不斷發展，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計優化，不僅可以有效的減少成品油在管道輸送中成品油的損耗，更有利于在運行中對管道的維護，還可以最大化的提高經濟效益。

作者:梁麗珊 單位:廣東中化石油化工設計有限公司

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