油气储运工程最优化概述.ppt
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油气储运工程最优化概述.ppt
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储运工程最优化课件,(概述),概述,主讲:
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最优化应用技术卢名高编石油工业出版社2002年11月第2版参考文献:
优化设计及应用孙国正主编人民交通出版社机械最优设计技术孟兆明编化学工业出版社优化设计方法卜英勇编中南工业大学出版社优化技术及其应用何献忠编北京理工大学出版社优化设计何季雄编机械工业大学出版社,概述,第一章线性规划的基本概念及基本原理第二章线性规划求解的基本方法第三章对偶线性规划问题第四章整数线性规划第六章非线性规划问题及其数学基础第七章单变量函数的寻优方法第八章无约束条件下多变量函数的寻优方法第十一章动态规划方法简介第十二章多目标规划简介,目录,概述,油气储运系统优化设计思路,最优化问题:
如何从可行方案中找出最优方案的问题,可行方案:
一个方案能达到预定的目的。
最优方案:
可行方案中最好的方案,达到最优的效果。
最优化所包含两层含义:
(1)寻找最优方案的过程,
(2)由最优方案产生的效果,数学,极值或条件极值,按性质分类:
(1)最小化问题:
用最小的资源消耗完成规定的任务。
(2)最大化问题:
以一定的资源消耗达到最大的效益。
概述,建立数学模型的基础系统分析,1、系统-由相互联系的若干部分构成的具有一定功能的整体。
如:
埋地热油管道系统(管线、泵站、加热站、原油)系统基本特征:
1)系统由若干部分组成,每一部分具有特定的功能。
2)系统中的各个要素之间相互制约、联系和作用。
3)系统是具有一定功能的整体,系统的总功能不等于各个部分功能的简单的迭加,系统的整体功能大于各部分的功能之和。
4)系统存在于一定的环境中,系统与环境之间存在相互作用,系统与环境的划分是相对的,对于一个系统是环境,而对于另一个系统而言可能是其中的一部分。
概述,2、系统分析法包括以下内容:
1)确定所研究系统的范围及其所处的环境。
如:
一条长输管道的优化运行问题,要确定研究的是管道系统本身,还是与油田、炼厂统一起来考虑,两种情况就不一样。
2)确定系统的组成部分、结构、功能、目的、各部分的功能和内部规律。
如:
长输管道系统,要确定有几个泵站?
几个加热站?
各站有几台泵?
最大和最小输油能力?
每个站有几台加热炉?
发热能力如何?
泵与站的关系如何?
是先炉后泵还是先泵后炉?
设备与管道的承压能力如何?
等等,概述,3)明确系统各个部分之间的关系及整个系统与环境之间的联系。
4)在上述分析的基础上,确定问题的决策变量及评价方案优劣的标准(即目标函数)。
如长输管道优化运行问题中的进站油温为决策变量等.,概述,以安全可靠、经济合理的方式保质保量地完成原油、天然气及石油产品的运输和储存。
由于储存和运量大,运距又长,故油气储运设施及系统的规模一般比较大,需要大量的投资和经营费用。
对于这种大规模的工程系统,其设计或运行方案稍有改变就可能导致费用的很大变化,因此对这种系统的规划、设计、运行进行最优化就很有必要,并具有重要的经济意义。
国外自60年代初就开始将最优化方法应用于油气储运系统.国内起步较晚,直至八十年代初才开始这方面的研究工作。
油气储运专业的任务,概述,1、成品油最优调和方案的制定,在炼厂或商品油库中,经常要进行成品油调和业务。
这是因为从炼厂设备中生产出来的是组分油,而国民经济各行各业对成品油的需求是多种多样的,这就需要用几种组分油调和多种规格的成品油。
对于一个炼厂或商品油库来说,一般为了获取最大利润,需要在组分油总量一定的情况下,确定各种规格油品的产量,使总利润最大。
概述,2、商品油库的最优进货计划的制定商品油库是专门进行油品买卖业务的企业,它靠油品的进出库差价来获取利润,而油品的进货价可能随月份有所不同,因此,对于商品油库来说,存在一个最优进货计划问题。
概述,3、商品油库的最优规划与最优布局问题在货源及销售情况、库区的地形及水陆交通情况等外部环境因素已定的条件下,为了使油库建成后能获得最佳综合效益,客观上就存在一个最优规划作业区、工艺管线优布局问题。
商品油库最优规划与最优布局的主要内容有:
各种油品的最优容量、油罐的最优规格及数目的确定,各类工艺及辅助设施的最优规格和台数、各条管线的最优尺寸的确定,油罐区、各类泵房、锅炉房、收发油作业区、工艺管线等工艺设施以及道路、给排水、供电、消防等辅助设施的总体最优布局。
可见,商品油库最优化规划与最优布局是一个相当复杂的大系统最优化问题。
概述,全国长输油气管道分布示意图,林源,铁岭,秦皇岛,北京,濮阳,沧州,靖边,马岭,石空,轮南,库尔勒,鄯善,乌鲁木齐,大连,拉萨,格尔木,花土沟,赛汉塔拉,阿尔善,成都,重庆,魏岗,荆门,洛阳,南京,青岛,东营,临邑,克拉玛依,独山子,广州,三亚,香港,东方,原油,天然气,成品油,银川,西安,茂名,湛江,石家庄,塔中,火烧山,郑州,洪湖,平湖,上海,舟山,哈尔滨,吉化,概述,4、长输管道的最优设计长输管道主要有三种类型:
原油管道、成品油管道和输气管道。
在长输管道的设计中都存在最优路径、最优管径、最优壁厚、最优泵站数(压气站数)的确定问题。
对于原油管道,一般采用加热输送工艺,所以还存在最优加热站数的确定问题。
对于成品油管道,一般采用加热输送工艺,所以还存在最优加热站数的确定问题。
对于成品油管道,如果采用顺序输送,则还存在最优输送顺序、最优循环次数、首末站最优储罐容量等一系列优化问题。
概述,主要包括局部方案优化和全项目方案优化。
局部方案优化:
线路走向的方案优化,一般说来投资少者的方案为优。
管径选择和设备选择的方案优化,一般采用费用现值法,费用现值低者的方案为优。
全项目方案优化:
由于线路走向和管径选择制约了站场设置和公用工程的设置,因此每一个线路走向和管径选择方案必然带来一个全项目方案。
在输量相同的情况下,全项目方案的优化,一般说来采用费用现值法和最低运价法,以费用现值最少或运价最低者的方案为优。
最低运价即是按国家或行业规定的基准收益率,利用现金流量表返求出来的运价。
概述,5、长输管道的优化运行长输管道在运行过程中,各种运行条件如地温、总传热系数、油品性质都会发生变化,这就需要管道运行管理人员根据当前的运行条件制定最优的运行方案。
对于热油管道,需要确定各泵站的最优升压值组合,即最优开泵方案。
对于热油管道,需要确定各站的最优升压值与最优温度组合,即最优的开泵点炉方案。
概述,6、输油管道最佳月输油计划确定长输管道在输油任务一般以月为单位下达。
对于一条长输管道,总有几种节流量最小的开泵方案。
如对于有六座泵站的长输管道,节流量最小的开泵方案一般有:
六座泵站全开、开三座泵站、开一座泵站,每种开泵方案都对应有一个输量,也就是说,一条长输管道总存在几个节流量最小的输量。
如果管道按月平均输量运行,节流量可能很大,为了使能耗最小,可以用不同的输量运行不同的时间,从而满足月输油任务的要求。
这就需要根据月输油任务,制定最佳的月输油计划(运行方案)。
概述,7、矿场油气集输系统的最优化问题,概述,包括矿场油气集输系统的优化设计和优化运行。
目前我国油田矿场油气集输系统大多采用“三级管理”的小站流程,即计量站、转油站和联合站。
对于这种流程,优化设计的主要内容包括:
在油井分布和油井产量一定的条件下,确定计量站、转油站和联合站的最优数目,油井与计量站、计量站与转油站、转油站与联合站的最优隶属关系。
各站之间由油、气、水管道连接,形成一个树枝状的网络系统。
对于这样一个网络系统,要确定各站的最佳规模、各种设备的最优规格及台数、各类工艺管道的最优尺寸等。
7、矿场油气集输系统的最优化问题,概述,我国各地区油气产品的生产、加工和消费很不平衡,为满足全国炼厂对原油的需求和各地区对成品油的需求,实现全国范围内的采、炼、销的综合平衡,使国家获得最佳的宏观经济效益,就存在一个油气产品的合理分配与运输问题。
8、全国油气产品的合理分配与运输,概述,1、澳大利亚石油天然气公司OMV的天然气集输系统,在19711973年间采用纯线性规划(LP)和混合整数规划(MIP)进行优化。
当时的计算条件在计算5个离散变量时需要一个小时。
经过优化器的优化后,系统中燃料天然气可节约5%30%。
2、弗罗里达天然气输送管网系统长约850km,22065kW的输送功率,日送气量约16744m3/d。
这条输气管道不象北美地区其它的输气管道,该系统送气高峰在夏季。
1997年,该系统用优化技术对运行进行了优化,结果表明能更好地操作管道,同时还能考虑天然气输送公司和顾客的利益。
3、德州东部输气公司(TETCO)的管道系统大约有近1561km长的管道,包括74个压缩机站。
该系统从靠近麦卡伦的墨西哥边界,延伸到纽约州的Staten岛。
1998年的研究表明,在TETCO的管道系统中采用优化技术后,每年要节约300万美元的费用。
而采用同样的技术,在美国CGT的管道上每年则要节约400万美元。
概述,
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