最优化在油气储运中的应用.doc

最优化在油气储运中的应用

课 程：_____油气储运工程最优化
院 系：_____培黎石油工程学院_____
专 业：_____ 油气储运工程
班 级：__________113班
姓 名：_________尤鹏翔
时 间：______2014年12月20日

摘要
最优化方法是使用数学原理求解最优化问题的方法，最优化问题的实质就是求函数的极值或条件极值，在工程上大多是条件极值.使用最优化方法解决实际问题的一般步骤:(l)提出优化问题，建立完整的数学模型，包括目标函数和约束条件;(2)分析模型，在误差允许的范围内进行数学加工，使之便于求解;(3)选择合适的优化方法，编制计算机程序对数学模型进行求解;(4)分析计算结果.在建立目标函数之前，首先确定最优准则.对于工程优化问题，最优准则通常包括系统性能准则和经济性准则两类.系统性能准则是指使系统的某些性能指标(如功率、效率等)达到最大或最小.经济准则是指使系统的某些经济指标达到最优，如产量最高、利润最大、能耗最低、成本最低等.从工程应用的角度，最优化问题可分为最优设计和最优运行问题.在油气储运工程中，这种分类尤为突出.
在日常生活中，无论做什么事情，总是有多种方案可供选择，并且可能出现多种不同的结果。我们在做这些事情的时候，总是自觉不自觉的选择一种最优方案，以期达到最优结果。这种追求最优方案以达到最优结果的学科就是最优化。寻求最优方案的方法就是最优化方法。这种方法的理论基础就是最优化理论，而凸分析又是最优化理论的基础之一。
“油气储运工程最优化”主要介绍的是最优化在油气储运工程中的应用。通过理论学习和老师的讲解对着门课也有了初步的认识！学习这门课目的也只有一个即在以后的油气储运工程问题中能得以运用，怎样以最小的代价换取最大的回报，也就说利益的最大化。那么怎样才能实现在工程中的应用呢？最优化方法就是使用数学原理求解最优化问题方法。最优问题的实质就是通过求函数的极值或极值条件。在工程中大多数是极值条件，使用最优化的一些具体办法解决工程中的一些实际问题。而本文主要简述最优方法在油气储运中的一些应用。
在建立数学模型之前，首先确定最优准则。对于工程优化问题，最优准则通常包括系统性能准则和经济性能准则。系统性能准则是指是系统的性能指标达到最大或最小。经济性能指标是指是经济性能达到最优，例如产量最大、利润最大、能耗最低等。
从工程的角度，最优化问题可分为最优设计和最优运行。在油气储运工程问题中，这种分类尤为突出。
关键字：最优化、油气储运。

1最优化方法的发展历史：
最优化方法是研究和解决最优化问题的一门科学。第二次世界大战以前，处理最优化问题的数学方法主要是古典法。即微分法和变分法。它只适用于简单规范的问题，对于复杂的尤其离散问题是无能为力的。第二次世界大战中，由于军事上的需要，产生了运筹学，提出了大量不能用上述古典方法解决的最优化问题，从而产生了如线性规划、非线性规划、动态规划和整数规划等新方法。此后，最优化理论和方逐渐得到丰富和发展，特别是60年代以来，最优化方法发展迅速，成为一门新兴的学科，而且得到了广泛应用，特别是近代科技与生产的需要和计算机技术的飞速发展，促进了最优化方法的迅速发展。
2.最优化方法在油气储运中的主要应用：
2.1成品油最优调和方案的制定（线性规划）
在炼厂或商品油库中，经常要进行成品油调和业务，这是因为从炼油设备中生产出来的是组分油，而国民经济各行业对成品油的需求是多种多样的，这就需要用几种组分油调和出多种规格的成品油。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。这属于线性规划问题。
2.2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，它靠油品的进出库价差来获取利润，而油品的进货价和销售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。
2.3商品油库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因素一定的条件下，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和最优布局问题。商品油库最优规划与最优布局的主要内容有：各种油品的最优库容量、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模、各类设备的最优规格和台数、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，商品油库最优规划与最优布局是一个相当复杂的大系统最优化问题
2.4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）的确定问题。对于原油管道，一般采用热输送工艺，所以还存在最优加热站数的确定问题。对于成品油管道，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系列优化问题。
2.4长输管道的优化运行
长输管道在运行过程中，各种运行条件如地温、总传热系数、油品性质等都会发生变化，这就需要管道运行管理人员根据当前的运行条件制定最优的运行方案。对于等温输油管道来说，需要确定各个泵站的最优升压值组合，即最优开泵方案。对于热油管道，需要确定各站的最优升压值与最优温度组合，即最优的开泵点炉方案。
2.6输油管道最佳月输油计划确定
长输油管道的输油任务一般以月为单位下达。对于一条长输管道，总有几种节流流量最小的开泵方案。如对于有六座泵站的长输管道节流量最小的开泵方案一般有：六座泵站全开、开三座泵站、开二座泵站、开一座泵站，每种开泵方案都对应有一个输量，也就是说，一条长输管道总存在几个节流量最小的输量。如果管道按月平均输量运行，节流量可能很大，为了使能耗最小，可以采用不同的输量运行不同的时间，从而满足月输油任务的要求。这就需要根据月输油任务，制定最佳的月输油计划（运行方案）。
2.7矿场油气集输系统的最优化问题
包括矿场油气集输系统的优化设计和优化运行。目前我国油田矿场油气集输系统大多采用“三级管理”的小站流程，即计量站、转油站和联合站。对于这种流程，优化设计的主要内容包括：在油井分布和油井产量一定的条件下，确定计量站、转油站和联合站的最优隶属关系。各站之间由油、气、水管道连接，形成一个树枝状的网络系统。对于这样的个网络系统，要确定各站的最佳规模、各种设备的最优规格及台数、各类工艺管道的最优尺寸等。
2.8全国油气产品的合理分配与运输
我国各地区油气产品的生产、加工和消费很不平衡，为满足全国炼厂对原油的需求和各地区对成品油的需求，实现全国范围内的采、炼、销的综合平衡，使国家获得最佳的宏观经济效益，就存在一个油气产品的合理分配与运输问题。
3.商品油库的最优进货计划问题
商品油库的特点是经营的油品种类多，批量小，周转快，并要保证按时、按质、按量向用户提供所需的油品。另一方面，作为一个商业经营单位，在满足用户要求的前提下，应当以获取最大利润作为自己的经营目标。油库增加利润的合理措施很多，这里仅从进货计划角度进行讨论。为了及时向用户提供各种油品，油库必须储备一定量的油品，如果储量太少，不能及时满足合同规定的发油量，油库就要承担经济损失。此外，油库进货的季节差价也是维持一定储量的原因。但另一方面，油品的储存占用了流动资金，并需要付利息，还需要一定的储存保管费，包括油罐等设备的折旧、修理费、工作人员工资、安全措施和油品蒸发损耗等费用。虽然这些费用中有些是与储存量无关的固定费用，如设备的折旧和工作人员工资等，但其他的可变费用一般是随储存量的增加而增加，故总的储存保管费总是随储存量的增加而增加。综合上面的分析可知，所谓最优进货计划就是通过权衡以上所分析的两方面因素，确定计划期内各阶段的最优进货量，在满足供货要求及其他限制的前提下使计划期内获取的利润最大。

参考文献
1、安家荣编，油气储运系统最优化，校内教材
2、范鸣玉编，最优化技术基础，清华大学出版社
3、运筹学，清华大学出版社
4、蔡三宣，最优化与最优控制，清华大学出版社
8