原油储运系统最优化运行技术研究
Research on Optimization Operation Technology for Crude Oil Storage And Transportation System
原油储运系统是油田整体生产的中心关键环节,该系统庞大复杂,点多面广,是一个复杂多变的动态系统.如何实现原油储运系统在完成输油计划的同时,安全、经济、平稳运行,是储运系统调度决策的首要目标.目前,最优化理论和方法已经广泛应用于复杂生产系统的优化调度和最优化运行方案的研究中.基于传热学、运筹学和最优化理论,开展原油储运系统最优化运行技术研究对于提高储运系统生产调度水平、降低运行成本,丰富工程热物理和应用数学等相关领域的理论研究成果都具有重要意义.因此,以大庆油田原油储运系统为研究对象,开展了以下研究工作:首先,以大型浮顶原油储罐和输油管道为研究对象,对原油储存及运输过程中的关键水力、热力过程进行了分析研究.具体包括:研制了适用于监测大型浮顶储罐内原油温度分布的系统,优化设计了温度监测点的布置.采用监测系统对5万、10万和15万立双盘式浮顶储罐的油温分布进行了监测,明确了油温分布特点.结合传热学理论计算得到不同工况下、不同容量储罐的总传热系数.在此基础上,基于能量守恒原理,建立了储罐平均油温和温度场变化过程的预测模型.针对输油管道的水力、热力特性,在对输油管道实际运行数据进行统计分析的基础上,采用反算法和最优化拟合方法建立了输油管道水力、热力计算模型修正方法.使管道水力计算的相对误差降低到12%以内,热力计算误差降低到8%以内.此外,采用最优化拟合技术对储运系统的输油泵、加热炉工作特性进行了拟合.在对储运系统水力、热力过程分析研究的基础上,将原油储运系统调度流程分解为油库来油流程、油库发油流程、油库外输流程和总外输流程四个基本的工艺流程,采用树型结构、二叉链表数据存储结构和二叉树遍历方法实现了对原油储运系统生产调度过程的仿真计算.其次,以原油储运系统中不同油库、长距离输油管道及储运系统整体调度过程为研究对象,分别建立了单站库运行方案优化数学模型、长距离输油管道运行方案优化数学模型和多站库协同调度过程优化数学模型,形成原油储运系统生产调度方案优化体系.针对单站库运行方案优化数学模型的结构特点,建立了包括矩阵编码、单点交叉及相对禁止选择策略的遗传算法.应用其对大庆油田南一油库夏季和冬季不同工况下的运行方案进行了优化,相比于原方案,使原油库的运行费用降低了7.6%和11.9%.结合遗传算法和罚函数法,建立了长距离输油管道运行方案优化数学模型的分层优化求解方法.应用该方法对"大庆-哈尔滨"长距离输油管道的运行方案进行了优化,确定管道不同输油站的最优运行参数和设备组合方式,使管道的燃料费用、动力费用大幅度降低,节约输油成本达15.1%.针对多站库协同调度优化问题,提出采用分层优化法结合遗传算法和序列二次规划法的求解思路.应用该算法对大庆油田南一油库、南三油库及北油库构成的总外输系统的调度方案进行了优化.实例计算结果表明,通过优化调整不同站库储罐的收发油运行模式、油库外输温度、维温温度等运行参数,最终可使储运系统的总输油调度成本降低9.1%.最后,基于C++Builder 6.0程序开发平台,Microsoft Access数据库开发工具,将理论研究成果给予计算机实现,研制完成了"大庆油田原油储运库存调度仿真与智能决策系统".该系统包括工程项目管理、数据管理、图形处理、油库运行方案仿真决策、储运系统调度辅助决策、庆哈输油管道优化运行和工具等7个功能模块,可以实现对原油储运系统生产调度过程仿真及调度方案优化的功能.
- 作者：
- 王宇
- 学位授予单位：
- 东北石油大学
- 专业名称：
- 石油与天然气工程
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2016年
- 导师姓名：
- 刘扬
- 中图分类号：
- TE8
- 关键词：
- 原油储运系统；仿真；优化；储罐；测温；软件
- Crude oil storage and transportation system; Simulation; Optimization; Oil tank; Temperature test; Software;