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输油管道是石油工业的重要基础设施之一,投资巨大,运行费用高。本文在分析、总结国内外加减阻剂原油管道优化运行、设计技术研究成果的基础上,深入开展输油管道最优化设计及设计方案评价的研究,以达到更新管道设计观念和模式,缩短设计周期、提高设计质量、节省基建投资费和运行管理费、提高设计企业的经济效益、技术效益和社会效益的目的。 本文通过对添加减阻剂原油管道输送特点和规律的分析研究后认为,管道中原油的流量Q、粘度v,、管径d,对减阻率、减阻剂浓度都有不同程度的影响,用于压降计算的列宾宗公式已不再适用。因此,创建了加减阻剂后压降hDR与Q、v、d关系、减阻剂浓度C与Q、v、d关系的两个数学模型。两个数学模型为加减阻剂原油管道的压降计算、减阻剂耗量计算、优化设计数学模型的建立打下了基础。根据压降hDR、减阻剂浓度C两个数学模型非线性的特点,采用反求问题的思路,用遗传算法(GA)优化技术分别求得两个模型中的回归参数。 本文首次在建立原油管道优化设计的数学模型中考虑了减阻剂的注入对动力费、热力费、热泵站投资费、管道投资费的影响,以及减阻剂本身的费用对目标函数的影响。根据加减阻剂原油管道优化设计数学模型是具有非线性约束的、混合离散变量的非线性规划问题的特点,本文采用混合离散变量遗传算法、混合离散变量复合形法与数据库技术相结合的策略来求解模型,既保证了最优解的可靠性、准确性,又加快了寻优速度,取得了显著的效果。 本文首次提出“广义管道优化设计方法”的新思路,即建立管道优化设计体系:(1)管道优化设计建模;(2)管道优化设计模型的求解方法及程序设计;(3)管道优化设计方案的评价;(4)管道优化设计方法的通用性。管道优化设计方案评价体系又包括:(1)对优化方案集的整体评价,本文采用熵权多目标决策法;(2)对优化模型的灵敏度分析,本文采用摄动设计变量法,并把变化的减阻剂、能源价格在模型中当作设计变量处理,以实现高效率地灵敏度分析。 通过算例验证:采用不加减阻剂输送工艺,必须在长期大输量、满负荷、电价低的情况下运行才是经济合理的。采用加减阻剂输送方案进行优化设计,必须考虑减阻剂、电力、燃料价格的变化对年折合费用、运行管理费用的影响,盲目地进行加减阻剂原油管道的优化设计既不科学,又不经济。 将原油管道输送理论、最优化理论、熵权多目标决策法和计算机决策支持系统理论相结合,通过概念设计、功能设计和结构设计研究出《原油管道设计方案优选系统》(COPDOS)软件的总体框架。它将对后续的COPDOS软件开发奠定坚实的理论墓础并组成合理的软件结构体系.关键词:原油管道减阻剂优化设计数学模型算法评价决策