基于MATLAB的長(zhǎng)輸成品油管線水力模型構(gòu)建

陳云（中國(guó)石化銷售股份有限公司華東分公司，上海200050）

1 收集實(shí)際管道物理數(shù)據(jù)

本文首先收集了一條實(shí)際在用某長(zhǎng)輸成品油管道的物理數(shù)據(jù)，該管道為支線架構(gòu)，共5個(gè)站場(chǎng)，主線分為A首站、B中間站、C中間站、D末站、其中支線段在B站處與主線匯集，支線末站為E末站。

2 模型構(gòu)建

該模型主要架構(gòu)如下，模擬實(shí)際調(diào)度場(chǎng)景，用戶輸入相關(guān)參數(shù)（A首站配泵、B站、C站下載量）計(jì)算穩(wěn)態(tài)工況下所有節(jié)點(diǎn)的參數(shù)情況（為簡(jiǎn)化計(jì)算，本文僅考慮全線柴油工況，柴油密度定為840kg/m3）。

為避免節(jié)流，節(jié)能降耗，管道正常運(yùn)行時(shí)，主線調(diào)節(jié)閥及末站下載調(diào)節(jié)閥均處于全開狀態(tài)，管線損耗以沿程摩阻損耗為主，管線運(yùn)行人員在進(jìn)行工況控制時(shí)，一般只會(huì)控制首站配泵組合以及中間下載站流量，而末站的流量無法直接控制。根據(jù)該特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)定的模型的輸入量?jī)H有3個(gè)，以模擬真實(shí)調(diào)度場(chǎng)景，即首站配泵模式、B站下載流量、C站下載流量，根據(jù)該部分輸入可直接計(jì)算出管線穩(wěn)態(tài)工況。

本模型主要基于MATLAB平臺(tái)，共包含兩個(gè)M文件、Calculate.M 和Calculate_error.M，其中后者主要用于初始穩(wěn)態(tài)的摩阻計(jì)算、泵的壓力模擬及補(bǔ)償、并根據(jù)全線流量消耗摩阻及泵提供的壓力輸出一個(gè)error 值，該值在Calculate.M 中得到引用，主要用于D站的流量計(jì)算。程序的初始穩(wěn)態(tài)需要使用者提供3個(gè)參數(shù)、B站下載量、C站下載量、A站配泵模式。

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，本文假設(shè)管線流量和壓力的變化都是實(shí)時(shí)無滯后的，即循環(huán)計(jì)算查找穩(wěn)態(tài)流量時(shí)不考慮瞬態(tài)影響。在知道A 站配泵、B 站、C 站下載量以后,需要計(jì)算D 站的下載量，根據(jù)站場(chǎng)設(shè)計(jì)流量區(qū)間，先設(shè)定D流量上下限區(qū)間（100～400）m3/h，在得到A站、B站、C站下載量后，分別取q2（D站下載量）=100和400 來分別計(jì)算E 站下載量以及全線的摩阻情況，并將這兩個(gè)情況下的摩阻分別同A站的泵出口壓力做差值（error值），再將兩個(gè)差值做乘積，根據(jù)這個(gè)乘積的正負(fù)來確定D站壓力是否處于合理區(qū)間。（如若泵出口壓力不夠，則差值為負(fù)，如果泵出口壓力大于摩阻，則差值為正）。

當(dāng)error1×error2=0時(shí)，說明有一個(gè)值是合理的，則將error為0時(shí)的流量賦值給q2；當(dāng)error1×error2＞0,說明兩個(gè)都為正或負(fù)，這種情況不可能發(fā)生，因?yàn)樵谠撃Ｐ蛥?shù)下，當(dāng)E站運(yùn)行時(shí)，無論配泵模式和中間站下載流量如何調(diào)節(jié)，始終不會(huì)發(fā)生D站穩(wěn)態(tài)流量小于100m3/h或大于400m3/h的情況。當(dāng)error1×error2＜0,說明一正一負(fù)，即合理流量應(yīng)處于100～400，創(chuàng)建循環(huán)，當(dāng)error1×error2＜0，取m=（qmin+qmax）/2，并用m 值計(jì)算出一個(gè)error3，再做比較，并重新賦值，如此循環(huán)，直至尋找到qmin基本等于qmax，即最合理的q2值。

主要計(jì)算程序部分如下所示：

while abs(q_max-q_min)＞0.000000001

error1=Calculate_Error(q_min,A_adjust,q_B,q_C)；error2=Calculate_Error(q_max,A_adjust,q_B,q_C)；if error1*error2==0 if error1==0 solution=q_min；else solution=q_max；end；break；elseif error1*error2＜0 m=(q_min+q_max)/2； error3=Calculate_Error(m,A_adjust,q_B,q_C)；if error3==0 solution=m；break；elseif error1*error3＜0 q_max=m； else q_min=m； end；else end； solution=m；end；q2=solution；

error 值的計(jì)算主要在Calculate_Error 中實(shí)現(xiàn)，主要邏輯是根據(jù)反算出的E站流量來計(jì)算全線的摩阻，并且同A站的泵出口壓力做差值。當(dāng)error=0 時(shí)，我們即可認(rèn)為全線摩阻已經(jīng)配平，基本符合實(shí)際工況（在程序中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，D 站、E 站所連油罐由于直通大氣，站外穩(wěn)態(tài)壓力設(shè)置為0.2MPa）。

3 運(yùn)行測(cè)試

在配置好某實(shí)際在用管道的物理參數(shù)后，在MATLAB中調(diào)試可得如下結(jié)果：A 站出站流量：763.9m3/h；B 站下載流量150 m3/h；C站下載流量140 m3/h；D站下載流量170.3 m3/h；E站下載流量303.6 m3/h。經(jīng)過與管線實(shí)際運(yùn)行情況比較，A 站、D 站、E站流量基本同實(shí)際一致，誤差均小于5m3/h，滿足使用要求。

4 結(jié)語

文章創(chuàng)新性的提出了一種基于MATLAB 的長(zhǎng)輸管線水力模型構(gòu)建方法，該方法可以拓展至所有管線，可大幅提升工藝人員工作效率，而且該架構(gòu)可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化，繼續(xù)研究長(zhǎng)輸管道的混油模型以及瞬變流模型，具有深化應(yīng)用的價(jià)值。