МАГИСТРАЛЬНЫЕ НЕФТЕПРОВОДЫ

Оптимизация параметров нефтепроводной системы

При расчете параметров трубопровода существует неопределенность в отношении диаметра трубопровода (или диаметров труб в случае двух или даже нескольких вариантов трубопровода), количества насосных станций и максимального давления в каждой из них. Однако из уравнений приведенных в других разделах ясно, что неопределенными по своей сути являются только два параметра: например, количество насосных станций и перепад давления H_ст, создаваемый каждой насосной станцией. Если эти значения известны, то на их основе можно рассчитать остальные параметры трубопроводной системы.

Эта неопределенность скрывает основной момент оптимизации: выбор наилучшего варианта из ряда возможных альтернатив. Именно этот "лучший" выбор выявляет неопределенные параметры трубопроводной системы. Теперь давайте рассмотрим, как это сделать.

Формулировка задачи оптимизации

Предположим, что после анализа экономической и инвестиционной ситуации, а также состояния рынка транспортных услуг было решено, что лучше всего построить нефтепровод, который будет перевозить грузы G на расстояние L. Затем встает вопрос о том, каковы оптимальные параметры системы.

Критериями оптимизации при выборе параметров нефтепроводной системы могут быть экономическая эффективность (капитальные вложения, эксплуатационные расходы, первичные затраты), надежность, экологические характеристики и другие параметры. Если предполагается, что все возможные варианты трубопроводной системы решают основную задачу перекачки определенного количества нефти на определенное расстояние с сопоставимой надежностью, технической и экологической чистотой, отличаясь только стоимостью, то в качестве основного критерия оптимизации может быть выбрано снижение затрат.

Однако величина капитальных вложений и эксплуатационных расходов в уравнении зависит от грузопотока, дальности передачи, количества параллельных труб в трубопроводной системе, диаметра (или диаметров) каждой трубы и многих других факторов. В частности, экономическая среда определяет значение таких важных коэффициентов, как E_%.

Задача оптимального выбора параметров нефтепроводной системы может быть сформулирована следующим образом: Необходимо доставить G млн тонн нефти в год из пункта А в пункт В на расстояние L км. Необходимо выбрать параметры нефтепроводной системы (количество параллельных трубопроводов, диаметр, количество насосных станций, рабочее давление, скорость перекачки и т.д.), чтобы выполнялось условие:

Алгоритмы оптимизационных расчетов

Наиболее простым способом решения сформулированной задачи является прямой расчет возможных вариантов с помощью компьютера, конечно, в несколько дискретных шагов путем варьирования независимых переменных.

Сначала в качестве параметров независимой переменной можно взять число n насосных станций и дифференциальный гидравлический напор H_ст, создаваемый каждой насосной станцией. Затем, используя соответствующее уравнение, можно рассчитать внутренний диаметр нефтепровода d, толщину стенки δ, расход перекачки Q, и годовое время работы нефтепровода T.

После определения всех технических параметров трубопроводной системы рассчитываются экономические показатели для отдельных узлов и системы в целом. В результате определяются общие капитальные вложения K и эксплуатационные расходы Э₀. Это оказывается функцией двух независимых переменных, а именно количества насосных станций n и дифференциального гидравлического напора H_ст, создаваемого каждой насосной станцией, т.е. П = П(n, H_ст).

В процессе оптимизации количество насосных станций n может изменяться от 1 до N (максимальное значение), а перепад давления H_ст, создаваемый каждой станцией, может изменяться от максимального значения до минимального значения, допустимого в системе. При этом каждый раз рассчитывается текущая стоимость и выбирается вариант, минимизирующий эту стоимость.

В случае двух и более трубопроводов алгоритм оптимизации аналогичен, за исключением того, что результирующий перепад напора H_ст на насосных станциях изменяется независимо друг от друга. На втором этапе процесса оптимизации результаты однотрубной и многотрубной сетей сравниваются между собой, и выбирается наилучший вариант.

ледует отметить, что опыт и современная практика проектирования трубопроводов позволяют в некоторых случаях ограничить количество сравниваемых вариантов тремя или пятью. В этом случае следует учитывать данные о зависимости между оптимальным диаметром трубы и заданным потоком нагрузки.