热油管道优化设计技术研究(1)

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1、中图分类号：单位代码：学号：寸闺石油六爹硕学位论文热油管道优化设计技术研究学科专业：油气储运工程研究方向：油气长距离管输技术作者姓名：高书光指导教师：安家荣副教授二。一一年五月关于学位论文的独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油大学华东或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何奉献均已在论文中出了明确的说明。假设有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者

2、签名：毫阻日期：如年月；日学位论文使用授权书本人完全同意中国石油大学华东有权使用本学位论文包括但不限于其印刷版和电子版，使用方式包括但不限于：保存学位论文，按规定向国家有关部门机构送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或局部内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签指导教师签名：日期：少年月岁日期：山，年月同，摘要长距离热油管道的建设关系到国民经济的开展，不仅工程建设投资巨大，建成后每年的运行费用也很大。如何对长距离热油管道进行优化设计减少管道建设费用和运行

3、费用，还有许多值得研究探索和改进的地方。本文首先对国内外油气管道优化设计工作进行了分析和研究。以长距离无分支热油管道为研究对象，根据原油长输工艺理论和最优化原理，确定了以管径，管壁厚度万。、保温层厚度瓯、泵站数、加热站站数、进站温度，、泵站扬程。为决策变量，考虑到资金时间的价值性，以热油管道的建设费用现值为目标函数，综合考虑管道设计的热力约束、水力约束、强度约束和泵特性约束，建立了热油管道优化设计的数学模型。在热油管道的工艺计算中，采用离散温度法计算沿程温降，在每步计算段，及时对流态进行判断，计算原油物性参数、沿程水力迫降、管线传热系数等参数等，提高了计算精度。由于所建立的热油管道优化设计数学

4、模型为混合离散变量非线性约束优化设计问题，难以求解。通过比照优化计算方法的优缺点，确定采用遗传算法对热油管道优化设计数学模型进行求解，系统阐述了求解思路，并设计了求解步骤。本文以某长距离热油输送管道为例，设计输量为万吨年，用平台进行编写计算程序，对其进行优化设计。通过比照计算结果，验证了本文所建立的数学模型与求解方法的可靠性和实用性。从结果上来看，进出站温度对优化方案影响较大，在优化计算过程后期，根本上就是对进出站温度的优化计算，说明进出站温度的优化在管道优化设计中处于重要地位。本文对热油管道的运行优化也具有一定的借鉴意义。关键词：热油管道，优化设计，遗传算法，数学模型，、胛、刀、，、，：，目

5、录第一章前言课题研究目的和意义最优化问题国内外热油管道优化研究现状本文主要研究对象与内容第二章热油管道优化设计数学模型决策变量确实定一模型假设条件目标函数的建立管径规格初选模型管道壁厚度约束条件管道的刚度约束条件经济流速约束条件约束条件的建立管道强度约束条件泵站特性约束条件热力约束条件水力约束条件热油管道优化设计数学模型本章小结第三章热油管道优化设计数学模型求解一选择优化算法遗传算法根本概念遗传算法的特点标准遗传算法的根本步骤热油管道优化设计模型求解方案管径初选方案决策变量编码初始种群的设计适应度的设计及其调整温降离散法计算沿程能量损失遗传操作的设计遗传算法终止条件判断站址确定热油管道优化设计

6、求解流程本章小结第四章软件程序编制与算例分析软件程序设计说明参数录入模块参数关系式拟合模块管径初选模块优化计算模块站址布置与设备选型模块算例根本数据资料算例根底数据拟合粘温曲线关系比热容温度关系泵特性拟合遗传算法参数算例优化设计结果及其分析管径规格初选优化计算结果及比照分析站址调整与泵、加热炉选型优化设计影响因素分析本章小结第五章结论参考文献致谢中困石油人学华东硕：学位论文课题研究目的和意义第一章前言随着国民经济的高速开展，我固对石油、天然气的依赖性越来越大。目前我国东部地区石油、天然气产量已经进入递减阶段，而西部地区的长庆油田、塔罩木油田等石油产量逐年增加，以及我国与俄罗斯、哈萨克斯坦等国的

7、石油进口工程也得到了落实。管道运输因具有运输量大、密闭平安、能长期稳定运行、能耗少、运费低、便于管理、易于实现自动化和远程集中监控等优点，成为石油、天然气这种大量、单向、定点运输等流体的首要运输方式。因而长距离输油管道的优化设计研究对国民经济的开展有着重大意义。从世界范围来看，长距离输油管道向着大口径、高压力的大型化输油管道的方向发展。大型化的长输管道建设根底建设投资巨大，管道建成后的运营费用也是不容无视的。尤其是我国的高粘易凝原油多采用加热输送，一般管道加热所损耗的燃料油占管道所输原油的左右。因此，在管道建设规划设计阶段不仅要考虑到根底建设费用，还要考虑到管道运行费用。将长距离输油管道工程经

8、济利益作为研究对象，在保证完成任务输量的前提下，把管道运输工程技术与经济有机的结合为一体，对各种设计方案经济效果，采用各种定量计算、定性分析、统计比较和综合评价，对长距离管道系统做最优化分析。影响长距离输油管道设计的因素很多，包括所输送原油的物理性质、管道本身的工艺条件、运行参数、沿线地理环境和经济参数等。考虑因素多，产生的可行性设计方案就多，难以用一般的数学方法求解。随着应用数学技术的开展，国内外学者将最优化理论和最优化技术应用在长距离输油管道设计中，并取得丰硕的研究成果。根据长距离输油管道设计的实际问题，分析管道设计中的各种参数，构造长距离输油管道设计优化的数学模型，采用合理的最优化方法求

9、解数学模型，并对最终结果进行评价分析，找出最优和次优设计方案。最优化问题在实际工作中，为了完成一项任务或解决某个问题往往可采取多种不同的方案，我们把他们都称为可行方案。虽然所有可行方案都可以到达预期的根本目的，但我们可以第一章前言按照某种标准对方案的优劣做出评价，一般来说不同的方案将导致不同的效果。从众多可行方案中找出最合理方案或最优方案以到达最优效果，即是所谓的最优化问题。求解最优化问题的方法叫做最优化方法。从数学上讲，最优化问题的实质就是求函数的极值或条件极值，根据问题的性质可分为最小化问题和最大化问题。利用最优化方法解决实际问题的一般步骤如下：一、提出优化问题，收集相关数据与资料；二、选

10、取变量，明确目标函数和约束条件，构造最优化问题数学模型；三、分析数学模型，选择适宜的最优化方法；四、编制计算程序求得最优解；五、对最优解进行分析评价。为了求解最优化问题，首先要建立问题的数学模型，一般应该符合以下要求：现实性：模型在一定程度上反映系统的客观实际情况；简洁性：在保证必要精度的前提下，模型应尽量简单明了，便于求解；适应性：当系统外部条件变化时，模型应具有一定的适应能力。数学模型包括两局部内容，即目标函数表达式和约束条件，用函数、方程式和不等式来描述所求解的最优化问题。其一般形式为：豇。募竺：了蠹：，。、式中：为的缩写，假设是最小化问题胤，最大化问题可以写成：为的缩写，即约束条件；，

11、为目标函数；吕，扛为约束函数。在数学模型中，目标函数是实际问题最优准那么的数量描述，目标函数值直接用于评价一个方案的优劣程度。对于工程优化问题，最优准那么通常包括系统性能准那么和经济准那么两类。系统性能准那么是指使系统的某些性能指标如功率、效率等到达最大或最小。经济准那么是指使系统的某些经济指标到达最优，如利润最大、能耗最低、本钱最低等。约束条件定量地描述了系统中诸因素之间及系统与环境之间相互联系、相互制约的关系。根据约束条件的性质和形式，工程问题的约束条件主要有以下几种类型：物理约束：反映系统在运行过程中应遵循的物理规律，它可以是等式，也可以是不等式。例如热油管道运行过程中站间管段的温降关系