中哈原油管道是中国的第一条陆上跨国原油进口管道,设计进口能力为2000万吨/年,具有“油源多、长距离、大落差、泵到泵工艺、低输量”五大特点,截止目前,已累计向我国供应原油1.46亿吨,年输量约占我国陆上原油进口量的20%,对保障国家能源供应平衡以及能源安全发挥了十分重要的作用。该管道在实际生产中主要存在以下几个问题:大落差管段会在某些翻越高点后产生不满流现象、长期低输量运行使得系统能耗逐年升高、主要耗能的输油泵机组缺少科学的节能监测评价与分析体系、计划期内输油任务分配与方案制定仅凭经验以及事故工况引起的非稳态水击危害难以完全避免等等,严重影响到管道的安全经济运行,因此,有必要深入开展中哈原油管道系统节能优化运行与水击超前保护策略研究。针对中哈原油管道阿塔苏-阿拉山口段（AA管道）,在进行油品物性测试基础上,构建了密度、比热容、粘度等参数预测模型,通过分别修正总传热系数和水力摩阻系数对管道热力与水力分析模型进行了校正,使其满足工程应用精度要求;考虑到管线起伏较大可能产生的不满流现象,提出了临界压力控制法,即通过调控管道末端压力高于不满流产生的临界压力,避免管道翻越高点时不满流现象的产生。按此方法编制了中哈原油管道不满流控制测算程序,运用SPS仿真软件进行了验证,二者相对误差在0.3%以内,并将其与现场SCADA、ESD控制系统进行集成,实现了不同输量、不同油品物性条件下,管道末端压力的自动测算、自动调节,从而确保管道安全运行。构建了中哈原油管道系统多层次的能效评价体系,采用层次分析法判定输油泵站或泵机组应是系统节能监测与技术改造的重点单元;对中哈原油管道沿途四个泵站内16台泵机组的实测数据点进行了稳态数据初筛选以及二次精确剔除,通过最小二乘法和图像平移法回归、校正了泵特性曲线,使得泵效及扬程相对误差均在3%范围内;根据GB/T31453-2015《油田生产系统节能监测规范》等国家/行业标准,给出了管道输油泵机组能耗指标的测试与计算方法,可用于评价管道系统用能水平及持续跟踪泵机组性能变化;提出了一种多指标节能监测综合评价方法,采用熵权法确定各个指标的权重,再采用灰色关联法确定泵机组状态与理想状态的贴近程度,从而对输油系统泵机组整体运行情况进行合理评价,以便有针对性地辨识薄弱机组设备;分析了关联度排序靠后输油泵机组未达到合格限定值要求的原因,提出了适应性较强的切削叶轮改造与永磁调速技术,可分别达到提高泵效率8.1%和7%的节能效果。基于动态规划思想,以运行电费为目标函数,结合中哈原油管道的实际运行情况,考虑进站压力约束、出站压力约束、全线水力约束、泵功率约束,建立了管道系统运行优化数学模型,将多阶段过程转化为一系列单阶段问题,利用各阶段之间的关系逐个求解;利用VB语言开发了中哈原油管道稳态优化运行软件,软件包括管道基础数据信息模块、日均输量优化模块、月输量优化模块。日均输量优化可以生成不同月份、不同输量、不同地温条件下的最优开泵方案及最优运行参数,对典型工况进行优化前后能耗及费用对比,最高可节约用电41424k Wh/天,节省电费2.69万元/天;月输量优化模块可以给出当月最优分输量及分输天数,以月总输量100万吨为例,月度优化较日均输送每月可以节约电费1.65万元,经济效益明显。综合考虑泵站运行方案、管道运行压力及事故发生后反应时间等多种因素,筛选了中哈原油管道水击模拟工况,利用SPS仿真软件对泵站停电、ESD阀和BVS隔离阀紧急关闭等17种事故工况引起的水击过程分别进行了瞬态模拟,得到了管道从非稳态过渡到稳态的全线压力时空变化规律;在数值预测水击波到达管道的具体位置和经历时间基础上,制定了增压波和减压波在管道不同位置的抵消策略,形成了水击保护分步调整方案和控制逻辑;针对中哈原油管道模拟工况水击超前保护逻辑触发后的14种可能再启动过程,同样通过数值模拟给出了再启动工况水击保护分步调整方案和控制逻辑,严格按此控制再启动过程中开泵顺序与全线压力变化,可实现管道系统水击控制后全生产周期安全运行。本文提出的大落差不满流临界压力控制法、泵机组熵权-灰色关联节能监测综合评价方法、密闭长输原油管道动态规划优化运行建模与求解方法及水击工况保护分步调整方案和控制逻辑,可为管道企业科学制定输送方案、提高输送效率及降低运行风险提供理论与技术支持。