江涛

摘 要：随着社会的发展和不断进步，以及现代化建设的开展，人们对各项能源的需求日益增加。为更好的满足人们对能源的需求，需要通过管道將石油、天然气等能源运输到城市、乡镇中。与以往的水上运输、铁路运输、公路运输等运输方式相比较，管道运输的方式更具有安全性、稳定性、可靠性、经济性和连续性等。并且通过管道进行石油、天然气的运输，有利于降低管理的难度和工作量，并提高管理的质量和效率，有利于进行自动化管理等优势。

关键词：油气管道；油田开发；市场扩展

随着人们对石油、天然气能源需求的增加，扩大了管道建设的规模。但是在进行管道建设时，需要投入大量的资金，为在保障质量的前提下实现费用的最小化，需要不断寻求最优的组合方案。结合经济学原理，分析各个可行性方案，并进行经济性的比较、综合效益的评价等，找寻既具有技术性又具有经济性的最优组合。保障该方案具有先进的施工技术、合理的经济效果。当前阶段国内外在进行油气管道的优化设计时，应用较为先进的优化理念和方法，并进行深入的研究，从而得到较好的研究成果。

1 我国油气管道优化设计的概况

我国在油气管道优化设计方面的研究起步较晚，广大石油工作者自20世纪80年代以来在油气管道优化设计工作中取得了可喜的成绩，研究成果应用在生产上产生了巨大的经济效益。1986年，朱琦的《关于长距离输气干管经济管径的研究》提出了经济管径的概念，用总折合费用最小来确定经济管径，并给出了经济数学模型，但只优化了管径。1990年，雍歧东和肖芳淳的《管道结构中的多目标模糊优化》考虑到管道结构经济费用与输送油气的水力摩阻成反向变化，引入了多目标模糊优化设计，且采用了复合型法运算。2003年，严宏东对热含蜡原油管道采用改进混沌算法，将混沌算法和复合型算法相结合，得到了比单一的混沌算法和复合型算法更好的优化结果。

管道设计方案优选方法主要有三大类，即方案比较法、最优化方法和灰色关联分析法。案比较法通过比较年折合费用，选择费用最小的方案作为最优方案，但计算的方案数有限，容易遗漏最佳方案，方案相差不大时难以取舍。最优化方法依靠建立折合费用和设计参数间近似的函数关系来确定最优参数，需要建立复杂的数学模型，设计变量多。这两种方法都是依靠比较折合费用最小值来确定最优方案，有时具有片面性，得到的设计参数不符合工程实际情况。灰色关联分析法综合考虑经济费用、工艺参数等多因素，进行多因素分析比较，方案优劣排序能反映整个设计方案的优劣，优选出的方案不仅能节省投资和操作费用，而且能较好地反映工程实际。但在灰色关联分析法中，各技术经济指标和各工艺参数等所处的地位相同，而实际工程更侧重于费用因素。

上述这些研究成果能够大量减少设计时间，降低设计费用，提高设计结果的准确性。但是这些研究成果都或多或少地存在一些问题，没有哪一个方法为绝对的最好，有的在设计时只考虑有限的影响因素，不够全面；有的把一个整体的系统人为地分成几部分加以分析；有的算法本身就存在一定的缺陷，如动态规划法难以避免“维数障碍”，遗传算法、模拟退火算法、复合型法等随机搜索方法容易过早地陷入局部最优解，梯度法对复杂函数求导困难，枚举法计算量又太大等。

2 年输量不确定的油气管道的优化设计

在进行油气管道的设计时存在较多的不确定因素，其中年输量的不确定对油气管道的设计工作产生的影响最大。以往在进行油气管道的优化设计时，其前提条件便是某设计的年运输量，从而根据该运输量进行设计方案的优化，在保证质量的前提下，寻找费用最低的设计方案，并且当该优化设计方案投入使用后，可根据油气管道年运输量的改变对管道进行泵站、热站的增加或减少。

在实际的油气管道工程中，管道上游石油、天然气资源的供应量，管道下游消费市场的消费能力等决定着该管道工程的规模。但是开发资源和开发市场都不是一蹴而就的，需要长期进行。所以油气管道的年输量受资源供应、市场消费的影响，无法有效的确定最高产量、最低产量的具体数值。因此在进行油气管道的设计时，若将年输量固定在某一数值上，对于具有较大运输量和较长运输距离的管道，无法在初期使运行状态达到满负荷，而收资源开发和市场开发的影响，年输量的规模会逐渐扩大。当资源逐渐使用，储存量下降后，油气管道的年输量也会跟着下降，所以制定一个合理的设计方案十分重要且必要。

将输石油管道作为此次进行优化设计的例子，通常在进行油田的开发时，进行长输油管道的建设，此时油田仍处于未稳产的状态。地下情况相对复杂，影响油田产量的因素较多，因此在油田的开发初期很难具体确定油田的稳产量，甚至会出现实际产量与预期产量相差较大，下一阶段与上一阶段产量相差较大的情况。造成管道设计输量与建成后的实际输量不一致（偏大或偏小），使建成的管道不能满足经济输送要求。因此，在建设原油长输管道前，要考虑油田初期、中期和远期的产量规划，正确分析油田的产量变化趋势，使油气管道设计方案尽可能接近实际的最优方案，并充分考虑各种不确定性因素，尤其是输量的不确定性对设计方案的影响，寻找最佳设计输量，确定合理经济的设计方案。

需要现制定一个合理的开发计划，并按照该计划进行油田的开发，先确定某年的运输量。设定该油气管道建成并投入使用后，可能出现m中实际运输量。设定为Q1、Q2、Q3....Qm，并且Q1

运输量Qi（i=1、2、3.....m），实际运输量为Qj（j=1、2、3....m），并且该设计方案的费用是Fj（j=1、2、3....m），Qj出现的概率则为Pj（j=1、2、3....m）。按照该设计方案建设的油气管道，其投资费用的现值期望值及方差分别为：

E（Qi）=■Fj·Pj i=1，2，…m；j=1，2，…m

？滓（Qi）=■

其中E（Qi）为按照Qi进行设计的费用现值期望值，而σ（Qi）则为按照Qi进行设计的方差。

比较不同设计输量Qi下油气管道设计方案费用现值，期望值越小，方案越优，根据这一准则就可以确定出最佳设计输量和最优油气管道设计方案。

3 结束语

在油气管道的建设工程中，优化设计阶段是整体工程的重要组成部分，并且是保障油气管道运输安全性、稳定性、和设备使用功能正常发挥的重要阶段。以往在进行油气管道的设计时，未能充分考虑能源开采、市场消费等对年输量产生的影响。从而按照某一固定的年输量数值进行油气管道的优化设计，致使部分油气管道存在设备闲置，部分油气管道无法满足实际的运输量等现象。因此在进行油气管道的优化设计时，应充分考虑到年输量的不确定性的特点，结合能源开发和市场开发的情况下运输量较大、能源储存量下降导致运输量下降等情况。对于油气管道无法满足实际运输情况的，应及时采取相关措施如加泵站等方法进行调整。并且在保障运输安全性、稳定性和质量的前提下，使成本最低。

参考文献

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