输油管道调度中的优化控制策略研究

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输油管道调度中的优化控制策略研究

摘要：对于长距离输油管道系统而言，安全、可靠、高效地完成运销计划是系统运行控制的总体目标。本文对输油管道调度过程中的有效控制策略、运行波动最小控制策略、节流最小控制策略进行归纳分析，并结合实际调度经验给出具体的优化控制方法，综合应用这些优化控制策略，将有效提高调度操作的目的性和效率，进而提高管道系统的整体运行水平。



关键词：输油 管道 优化 控制 正文：

在长距离输油管道系统控制过程中，中控调度员通过SCADA 系统监控管道系统的运行状态，同时通过改变泵、加热炉或阀门的状态，以及压力设定值、流量设定值等，来改变管道系统所能提供的能量和管道系统所需消耗的能量。一方面是基于运行规程、调度手册、应急预案中确定的泄压值、最低（高）进出站压力值、设备特性等进行控制，这些都是管道系统固有的运行边界；另一方面，在具体的调度过程中尽可能对系统进行优化控制，以使管道系统平稳、可控运行。



1控制策略

有效控制策略是指通过恰当调节进出站压力设定值，使管道系统处于被有效控制的状态，当需要进行正常工况调节或异常工况处理时，可以最快速度地进行控制。为了说明这一策略，引入压力控制点和流量控制点的概念。压力控制点分为进站压力控制和出站压力控制两种，一个管道系统相距最近的一组出站压力控制点和进站压力控制点实现了对于该管道的流量控制，为此将这组控制点称为流量控制点，记为FCP（DP，SP）。对于已经正常启输的管道，应该尽快建立合适的流量控制点，以使工况调节时，目标明确，反应迅速。增大输量，则需要增加FCP（DP，SP）中DP 和SP 的差值；降低输量，则需要减小FCP（DP，SP）中DP 和SP 的差值。一条密闭输送无分支管道一般只有一组起作用的流量控制点，若有两组流量控制点同时起作用，则可能导致系统的不平衡。在系统非稳态调节过程中，可能有多组起作用的流量控制点，但调度员应该通过调节使达到稳态后起作用的流量控制点只有一组。对于一条管道，在最大输量或最小输量下运行时，流量控制点的位置由最高允许出站压力、最低允许进站压力、管道沿线的MAOP 及地形高点确定；在其他输量下运行时，可以根据需要在不同位置建立流量控制点（图1）。



图1 示例管道线路走向示意图

在启输过程中，为了能够及时发现泄漏或堵塞等异常情况并作出响应，应在基本稳定达到管道允许的最低输量后，再逐渐增大输量。并且如果某站处于进站压力控制状态，其出站压力设定值不应随意设置，推荐采用以下规则：①在注入站，进站压力设定值和最小允许进站压力之差不超过0.15 MPa；出站压力设定值和出站压力之差不大于2 MPa。②在所有中间泵站，进站压力设定值和进站压




力之差不超过0.7 MPa；出站压力设定值和出站压力之差不大于2 MPa。管道达到计划输量且运行平稳后，需要将进出站压力设定值设置为接近各站的实际进出站压力值。如此，当某站的进站压力或出站压力控制失效时，其对应的进站压力或出站压力控制能够快速反应，使调节阀快速动作，完成对压力的控制。可参考以下规则：①对于注入站，进站压力设定值和最小允许进站压力之差不超过0.15 MPa；出站压力设定值和出站压力之差不大于0.35 MPa。②除注入站之外的中间泵站，进站压力设定值和进站压力之差不超过0.25 MPa；出站压力设定值和出站压力之差不大于0.35 MPa。



2 运行波动最小控制策略

运行波动最小是指使管道处于尽可能平稳运行的状态，即通过控制使管道沿线压力、流量波动尽可能小。这一方面有利于降低管材的应力疲劳，另一方面，使管道运行的异常变化能够及时被发现，不至于被操作的波动所掩盖。



（1）启输控制：在启输过程中，首站采用出站压力控制，其余各站均采用进站压力控制。进站压力控制的优点是能够保证足够的进站压力，忽略可能导致的汽蚀的影响。每站各启一台小泵，小泵的扬程较小，启泵时产生的压力波动也较小，根据任务输量不断提高各站的出站压力。当小泵产生的扬程不足以克服沿程摩阻时，应在各站处于调节阀控制的前提下，启额外的输油主泵，并进行相应调节以满足任务输量。随着全线压力和流量的升高，初期各站调节阀的节流量较大，需要逐渐开启调节阀，对于进站压力控制的站场，应逐渐调低其进站压力设定值，调节幅度一般为0.20.3 MPa/次；对于出站压力控制的站场，应逐渐调高其出站压力设定值，调节幅度一般为0.5 MPa/次。



（2）停输控制：实施停输操作时，为了保证全线平稳降压，各站应同时降低出站压力，末站相应提高进站背压，并保持较小的调节幅度。由于调节阀开度逐渐减小，各站节流量逐渐增加，当节流量达到目标停运泵的扬程时，可停运本站当前一台输油主泵。当本站只运行变频泵机组时，则逐渐降低变频泵的转速，当其转速低于2000 转/min 时，停运变频泵；当本站既运行变频泵机组又运行定速泵机组时，通过调节出站压力，调速泵将逐渐降低转速以满足压力需求，当出站压力与单台调速泵扬程相匹配时，可停运定速泵，此时调速泵的转速会相应提高，之后再降低调速泵的转速，最终停运调速泵。此方式可达到节能降耗的目的。



（3）调量控制：在管道平稳运行过程中，需要进行启停泵操作来满足输量时，应先设定某站的出站压力设定值，使调节阀处于高效控制区（一般为调节阀开度的15%30%，具体由调节阀流量特性曲线确定）。这有助于在启停泵过程中，减少压力突然变化对管道的影响。



（4）启停分输控制：启停分输时，需要先行调节管道系统的流量控制点。启分输时，首先将分输支线调节为进站压力控制，然后降低分输站的出站压力设定值，使得全线的流量控制点调整为由分输站出站压力和下游某干线站场的进站压力构成一组流量控制点确定分输点下游干线的流量，分输点上游某站场的出站压力和分输支线的进站压力构成另一组流量控制点确定分输点上游干线的流量。

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