油气储运工程最优化概述.ppt

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1武汉理工大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院储运工程最优化课件（概述）概述概述主讲：

田野联系方式：

15827566568E-mail:

QQ:

294925262武汉理工大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院教材：

最优化应用技术最优化应用技术卢名高编卢名高编石油工业出版社石油工业出版社20022002年年1111月第月第22版版参考文献:

优化设计及应用优化设计及应用孙国正主编孙国正主编人民交通出版社人民交通出版社机械最优设计技术机械最优设计技术孟兆明编孟兆明编化学工业出版社化学工业出版社优化设计方法优化设计方法卜英勇编卜英勇编中南工业大学出版社中南工业大学出版社优化技术及其应用优化技术及其应用何献忠编北京理工大学出版社何献忠编北京理工大学出版社优化设计优化设计何季雄编何季雄编机械工业大学出版社机械工业大学出版社概述概述3武汉理工大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院第一章第一章线性规划的基本概念及基本原理线性规划的基本概念及基本原理第二章第二章线性规划求解的基本方法线性规划求解的基本方法第三章第三章对偶线性规划问题对偶线性规划问题第四章第四章整数线性规划整数线性规划第六章第六章非线性规划问题及其数学基础非线性规划问题及其数学基础第七章第七章单变量函数的寻优方法单变量函数的寻优方法第八章第八章无约束条件下多变量函数的寻优方法无约束条件下多变量函数的寻优方法第十一章第十一章动态规划方法简介动态规划方法简介第十二章第十二章多目标规划简介多目标规划简介目录概述概述4武汉理工大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院油气储运系统优化设计思路最优化问题最优化问题：

如何从可行方案中找出最优方案的问题：

如何从可行方案中找出最优方案的问题可行方案可行方案：

一个方案能达到预定的目的。

：

一个方案能达到预定的目的。

最优方案最优方案：

可行方案中最好的方案，达到最优的效果。

：

可行方案中最好的方案，达到最优的效果。

最优化所包含两层含义：

最优化所包含两层含义：

（11）寻找最优方案的过程）寻找最优方案的过程（22）由最优方案产生的效果）由最优方案产生的效果数学数学极值或条件极值极值或条件极值按性质分类：

按性质分类：

（11）最小化问题最小化问题：

用最小的资源消耗完成规定的任务用最小的资源消耗完成规定的任务。

（22）最大化问题最大化问题：

以一定的资源消耗达到最大的效益以一定的资源消耗达到最大的效益。

概述概述5武汉理工大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院建立数学模型的基础建立数学模型的基础系统分系统分析析11、系统系统-由相互联系的若干部分构成的具有一定功能的整体。

由相互联系的若干部分构成的具有一定功能的整体。

如：

埋地热油管道系统（管线、泵站、加热站、原油）如：

埋地热油管道系统（管线、泵站、加热站、原油）系统基本特征：

系统基本特征：

11）系统由若干部分组成，每一部分具有特定的功能。

）系统由若干部分组成，每一部分具有特定的功能。

22）系统中的各个要素之间相互制约、联系和作用。

）系统中的各个要素之间相互制约、联系和作用。

33）系统是具有一定功能的整体，系统的总功能不等于各个部分）系统是具有一定功能的整体，系统的总功能不等于各个部分功能的简单的迭加，系统的整体功能大于各部分的功能之和。

功能的简单的迭加，系统的整体功能大于各部分的功能之和。

44）系统存在于一定的环境中，系统与环境之间存在相互作用，）系统存在于一定的环境中，系统与环境之间存在相互作用，系统与环境的划分是相对的，对于一个系统是环境，而对于另一系统与环境的划分是相对的，对于一个系统是环境，而对于另一个系统而言可能是其中的一部分。

个系统而言可能是其中的一部分。

概述概述6武汉理工大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院22、系统分析法系统分析法包括以下内容：

包括以下内容：

11）确定所研究系统的范围及其所处的环境。

）确定所研究系统的范围及其所处的环境。

如：

如：

一条长输管道的优化运行问题，要确定研究的是管道系统一条长输管道的优化运行问题，要确定研究的是管道系统本身，还是与油田、炼厂统一起来考虑，两种情况就不一样。

本身，还是与油田、炼厂统一起来考虑，两种情况就不一样。

22）确定系统的组成部分、结构、功能、目的、各部分的功能和）确定系统的组成部分、结构、功能、目的、各部分的功能和内部规律。

内部规律。

如：

如：

长输管道系统，要确定有几个泵站？

几个加热站？

各站有长输管道系统，要确定有几个泵站？

几个加热站？

各站有几台泵？

最大和最小输油能力？

每个站有几台加热炉？

发热能几台泵？

最大和最小输油能力？

每个站有几台加热炉？

发热能力如何？

泵与站的关系如何？

是先炉后泵还是先泵后炉？

设备力如何？

泵与站的关系如何？

是先炉后泵还是先泵后炉？

设备与管道的承压能力如何？

等等与管道的承压能力如何？

等等概述概述7武汉理工大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院33）明确系统各个部分之间的关系及整个系统与环境之间）明确系统各个部分之间的关系及整个系统与环境之间的联系。

的联系。

44）在上述分析的基础上，确定问题的决策变量及评价方）在上述分析的基础上，确定问题的决策变量及评价方案优劣的标准（即目标函数）。

案优劣的标准（即目标函数）。

如如长输管道优化运行问题中的进站油温为决策变量等长输管道优化运行问题中的进站油温为决策变量等.概述概述8武汉理工大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院以安全可靠、经济合理的方式保质保量地完成原油、天然气以安全可靠、经济合理的方式保质保量地完成原油、天然气及石油产品的运输和储存。

及石油产品的运输和储存。

由于储存和运量大，运距又长，故油气储运设施及系统的规由于储存和运量大，运距又长，故油气储运设施及系统的规模一般比较大，需要大量的投资和经营费用。

模一般比较大，需要大量的投资和经营费用。

对于这种大规模的工程系统，其设计或运行方案稍有改变就对于这种大规模的工程系统，其设计或运行方案稍有改变就可能导致费用的很大变化，因此对这种系统的规划、设计、运可能导致费用的很大变化，因此对这种系统的规划、设计、运行进行最优化就很有必要，并具有重要的经济意义。

行进行最优化就很有必要，并具有重要的经济意义。

国外自国外自6060年代初就开始将最优化方法应用于油气储运系统年代初就开始将最优化方法应用于油气储运系统.国内起步较晚，直至八十年代初才开始这方面的研究工作。

国内起步较晚，直至八十年代初才开始这方面的研究工作。

油气储运专业的任务油气储运专业的任务概述概述9武汉理工大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院11、成品油最优调和方案的制定、成品油最优调和方案的制定在炼厂或商品油库中，经常要进行成品油调在炼厂或商品油库中，经常要进行成品油调和业务。

这是因为从炼厂设备中生产出来的和业务。

这是因为从炼厂设备中生产出来的是组分油，而国民经济各行各业对成品油的是组分油，而国民经济各行各业对成品油的需求是多种多样的，这就需要用几种组分油需求是多种多样的，这就需要用几种组分油调和多种规格的成品油。

调和多种规格的成品油。

对于一个炼厂或商品油库来说，一对于一个炼厂或商品油库来说，一般为了获取最大利润，需要在组分般为了获取最大利润，需要在组分油总量一定的情况下，确定各种规油总量一定的情况下，确定各种规格油品的产量，使总利润最大。

格油品的产量，使总利润最大。

概述概述10武汉理工大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院22、商品油库的最优进货计划的制定、商品油库的最优进货计划的制定商品油库是专门进行油品买卖业务的企业，它靠油品的进出商品油库是专门进行油品买卖业务的企业，它靠油品的进出库差价来获取利润，而油品的进货价可能随月份有所不同，库差价来获取利润，而油品的进货价可能随月份有所不同，因此，对于商品油库来说，存在一个最优进货计划问题。

因此，对于商品油库来说，存在一个最优进货计划问题。

概述概述11武汉理工大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院33、商品油库的最优规划与最优布局问题、商品油库的最优规划与最优布局问题在货源及销售情况、库区的地形及水陆交通情况等外部环境在货源及销售情况、库区的地形及水陆交通情况等外部环境因素已定的条件下，为了使油库建成后能获得最佳综合效益，因素已定的条件下，为了使油库建成后能获得最佳综合效益，客观上就存在一个最优规划作业区、工艺管线优布局问题。

客观上就存在一个最优规划作业区、工艺管线优布局问题。

商品油库最优规划与最优布局的主要内容有：

商品油库最优规划与最优布局的主要内容有：

各种油品的最优容量、油罐的最优规格及数目的确定，各类各种油品的最优容量、油罐的最优规格及数目的确定，各类工艺及辅助设施的最优规格和台数、各条管线的最优尺寸的工艺及辅助设施的最优规格和台数、各条管线的最优尺寸的确定，油罐区、各类泵房、锅炉房、收发油作业区、工艺管确定，油罐区、各类泵房、锅炉房、收发油作业区、工艺管线等工艺设施以及道路、给排水、供电、消防等辅助设施的线等工艺设施以及道路、给排水、供电、消防等辅助设施的总体最优布局。

可见，商品油库最优化规划与最优布局是一总体最优布局。

可见，商品油库最优化规划与最优布局是一个相当复杂的大系统最优化问题。

个相当复杂的大系统最优化问题。

概述概述12武汉理工大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院全国长输油气管道分布示意图全国长输油气管道分布示意图林源铁岭秦皇岛北京濮阳沧州靖边马岭石空轮南库尔勒鄯善乌鲁木齐大连拉萨格尔木花土沟赛汉塔拉阿尔善成都重庆魏岗荆门洛阳南京青岛东营临邑克拉玛依独山子广州三亚香港东方原油天然气成品油银川西安茂名湛江石家庄塔中火烧山郑州洪湖平湖上海舟山哈尔滨吉化概述概述13武汉理工大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院44、长输管道的最优设计、长输管道的最优设计长输管道主要有三种类型：

原油管道、成品油管道和长输管道主要有三种类型：

原油管道、成品油管道和输气管道。

在长输管道的设计中都存在最优路径、最输气管道。

在长输管道的设计中都存在最优路径、最优管径、最优壁厚、最优泵站数（压气站数）的确定优管径、最优壁厚、最优泵站数（压气站数）的确定问题。

问题。

对于原油管道，一般采用加热输送工艺，所以还存在对于原油管道，一般采用加热输送工艺，所以还存在最优加热站数的确定问题。

对于成品油管道，一般采最优加热站数的确定问题。

对于成品油管道，一般采用加热输送工艺，所以还存在最优加热站数的确定问用加热输送工艺，所以还存在最优加热站数的确定问题。

题。

对于成品油管道，如果采用顺序输送，则还存在最优对于成品油管道，如果采用顺序输送，则还存在最优输送顺序、最优循环次数、首末站最优储罐容量等一输送顺序、最优循环次数、首末站最优储罐容量等一系列优化问题。

系列优化问题。

概述概述14武汉理工大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院主要包括主要包括局部方案优化局部方案优化和和全项目方案优化全项目方案优化。

局部方案优化局部方案优化：

线路走向的方案优化，一般说来投资少者的方案为优。

线路走向的方案优化，一般说来投资少者的方案为优。

管径选择和设备选择的方案优化，一般采用费用现值法，费用现管径选择和设备选择的方案优化，一般采用费用现值法，费用现值低者的方案为优。

值低者的方案为优。

全项目方案优化全项目方案优化：

由于线路走向和管径选择制约了站场设置和公用工程的设置，因由于线路走向和管径选择制约了站场设置和公用工程的设置，因此每一个线路走向和管径选择方案必然带来一个全项目方案。

此每一个线路走向和管径选择方案必然带来一个全项目方案。

在输量相同的情况下，全项目方案的优化，一般说来采用费用现在输量相同的情况下，全项目方案的优化，一般说来采用费用现值法和最低运价法，以费用现值最少或运价最低者的方案为优。

值法和最低运价法，以费用现值最少或运价最低者的方案为优。

最低运价即是按国家或行业规定的基准收益率，利用现金流量表最低运价即是按国家或行业规定的基准收益率，利用现金流量表返求出来的运价。

返求出来的运价。

概述概述15武汉理工大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院55、长输管道