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油气长输管道建设是一个投资巨大的系统工程,如何对长输管道进行优化设计减少管道建设和运行费用,还有许多值得探索和改进的地方。 本文介绍了国内外油气管道建设的现状和发展趋势,对以往的长输管道优化设计工作进行了分析和研究。以长距离无分支的热油管道为研究对象,考虑到管道在实际运行中年输量存在不确定性变化,根据原油长输工艺理论和最优化设计原理,建立了考虑年输量不确定性的热油管道优化设计模型。模型以管径D、壁厚δ_g、保温层厚度δ_b、加热站数nR、泵站数n_C、加热站出口温度t_R和泵站扬程H_c等主要参数作为设计变量。把管道系统总费用作为衡量输油管道经济性的指标,考虑投资收益率的影响,选取输油管道年折合费用作为目标函数。综合考虑影响管道设计的热力约束、水力约束、强度约束和泵特性约束。在热油管道工艺计算中考虑了摩擦生热影响,将原油物性参数、沿程水力坡降、管道传热系数、管壁结蜡厚度等看成变量,对不同管段的不同流态采用不同的计算公式,以便提高计算精度。 离散变量复合型法(MDCP)是当前比较成熟的管道优化算法,适用于求解含离散变量的优化问题,但存在收敛速度缓慢、易陷入局部最优解的缺点。离散变量随机搜索法(MDRP)属于随机试验法,算法具有简单、搜索速度快的优点,但容易造成局部收敛。微粒群算法(PSO)具有简单、收敛速度快、易于编程实现等优点,主要适用于连续空间函数的优化问题。 根据热油管道优化设计模型中既有连续变量又有离散变量的特点,本文提出了一种微粒群一随机搜索综合算法(PSO-MDRP)。该综合算法结合微粒群算法和离散变量随机搜索法的优点,在进行热油管道优化设计时先用微粒群算法进行连续优化,快速搜索到最优解附近,然后采用离散变量随机搜索法直接寻找离散最优解,有效克服了微粒群算法优化离散变量需要进行圆整的缺点。 本文以某长输热油管道为例,用VB6.0编写计算程序,分别采用PSO、MDCP、MDRP和PSO-MDRP四种优化方法对其进行优化设计。通过比较优化结果,验证了PSO-MDRP综合算法进行热油管道设计的可靠性和实用性。得到的热油管道设计方案更加符合年输量存在不确定性变化的实际情况。 本文对热油管道的运行优化和天然气长输管道设计也具有一定的借鉴意义。