毕 潆，韩 钢, 刘德俊，官学源，于德龙

（1. 辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院，辽宁 抚顺113001; 2. 舟山实华原油码头有限公司，浙江 舟山 330900 ; 3. 新疆油田公司工程技术研究院，新疆 克拉玛依 834002）

液化石油气管道优化设计

毕 潆1，韩 钢2, 刘德俊1，官学源3，于德龙1

（1. 辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院，辽宁 抚顺113001; 2. 舟山实华原油码头有限公司，浙江 舟山 330900 ; 3. 新疆油田公司工程技术研究院，新疆 克拉玛依 834002）

液化石油气管道建设周期长，投资大，且影响总费用的因素众多，而管道的优化设计直接决定着管线的经济性和可行性，因此，建立液化石油气管道数学模型，对液化石油气管道设计进行优化具有重要的研究意义。在综合考虑了影响液化石油气(LPG)管道总费用的各项因素，并以此基础，建立液化石油气管道的总费用为最小目标函数，以管道的管道强度、水力、稳定性为约束条件建立数学模型。并用VC++进行数值求解。通过算例计算得出，当管径为Ø114× 3.2时，可使总费用达到最小值。该数学模型能够全面反映出各因素对总费用的影响，对相关的液化石油气管道优化设计具有一定的参考价值。

液化石油气；目标函数；数学模型；约束条件

液化石油气管道建设具有投资大，建设运行周期长，经营费用高的特点，能否确定较优的方案直接关系到管线的经济性和可行性。液化石油气管道总运行费用包括管道建设费用和泵所需的电费[1]。管道的压力对管道的建设费用和动力费用有一定的影响，为防止液化石油气在管内气化，管内的每一点压力必须大于输送温度下的饱和蒸汽压，但是压力越大，壁厚就越大，对所需费用有显著的影响[2-8]。

本文在给定输量的前提下，求解变量，使管道在其寿命期内总费用最低。并以总费用最低为目标函数，提出一个合理的液化石油气管道设计经济模型[9]。

1 数学模型

液化石油气管道总运行费用主要由管道建设费用和泵的电费用组成。

1.1 液化石油气管道寿命期内总费用为目标函数

1.1.1 管道的建设费用[10,11]

1.1.2 泵设备的电费

式中：F1m— 管道建设费用，元；

F2m—泵设备用电费用，元；

a0,a1,a2—管道投资因数；

P—贷款，元；

i—年利率；

n—年限；

ρ—液态LPG密度，t/m3；

Q—流量，m3/ s；

H—扬程，J/kg;

T—运行时间，h；

e0—电价，元/(kW·h-1)；

η—泵组效率。

根据雷诺数判断液化石油气的流态。牛顿流体雷诺数：

式中：γ—液化石油气的运动粘度，m2/s。

e—管壁的绝对当量粗糙度，m。

根据各流态管段的摩阻选择泵牛顿流体沿程摩阻损失：

1.2 约束条件

（1）管道强度约束[12,13]管道的压力必须不大于管子的允许最大操作压力。

式中：δ—管壁计算厚度，mm；

σ—管材最低屈服强度，MPa；

F—强度设计系数；

Φ—管道纵向焊缝系数。

（2）稳定性约束条件

管道设计时所选择的壁厚，在任何情况下，不得小于根据刚性要求确定的最小壁厚。钢管的外直径与壁厚的比值不应大于140。

式中：C—管径与壁厚比值限制。

（3）在运输过程中，要求管道中任何一点的压力都必须高于管道中液化石油气所处温度下的饱和蒸汽压。

式中：P任—管道内任意一点的压力，MPa；

P饱—液化石油气所处温度下的饱和蒸汽压，MPa。

总数学模型为：

依据图1程序求解该数学模型。

图1 液化石油气管道运行费用数学模型求解程序框图Fig.1 Solving program model diagram of gas pipeline liquefied petroleum mathematical operation cost

2 算 例

某液化石油气管道，已知管道长为31.4 km,由于地势平缓，站间高差忽略不计，输量为 1.7×105t/a。在恒定温度为20 ℃下输送，液化石油气液态的密度为449 kg/m3，饱和蒸汽压为0.82 MPa，管道投资因数a0，a1，a2分别为-2.604、40.35、371.2，当地电费1元/(kw·h)。根据上面的分析，对液化石油气管道的总费用进行优化设计。优化结果见图2和表1。

图2 管道的压降线Fig.2 Pipeline pressure drop line

表1 算例管道的最优运行方案Table 1 The optimal operation scheme for example 1 pipeline

3 结 语

目前，关于液化石油气管道设计优化的研究较少，多为石油运输管道的优化设计。液化石油气管道建设具有运行周期长，投资大等特点，且液化石油气容易气化，对压强和温度的要求较高，因此，影响因素更加复杂。本文在综合考虑各项因素的前提下，列举三个约束条件：一是管道强度约束条件，管道的压力必须不大于管子的允许最大操作压力；二是稳定性约束条件，管道壁厚在任何情况下，不得小于刚性要求确定的最小壁厚；三是管道中任何一点的压力都必须高于管道中液化石油气所处温度下的饱和蒸汽压，最终以石油天然气管道总费用的最小值为目标函数确定数学模型。经算例可知，在管径为Ø114.3×3.2时，可使总费用达到最小值。研究证明，本文得出的数学模型和算法切实可行，以期为相关的设计研究提供参考。

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［7］ Manning T J. What are future petrochemical feeds tocks[J]. Hydrocarbon Process, 1997, 76(5): 85-90.

［8］Thi Chang . Ethylene capacity growth flat in 1999[J].large increase expected in 2000. Oil & Gas Journal, 2000, 98(14):56-67.

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环保趋严推高印染上游的染料价格

2014年 9月左右，国内还原物主要生产厂家—宁夏明盛染化有限公司(下称“明盛染化”)老厂区因非法排污而被勒令永久性关闭，而公司新厂在短期内又无法投产，导致还原物价格暴涨。还原物为生产分散染料的重要中间体，因此分散染料由此进入持续上涨行情。

2015年10月底，染料龙头企业浙江龙盛及闰土股份等皆率先上调了分散深蓝产品价格2000元/吨。相对于其他分散染料，还原物在分散深蓝生产成本中所占比重最大。

去年年底，分散深蓝系列染料价格再次上涨5000-10000元/吨,涨幅高达12%～23%。占分散染料约50%的黑系列也随着跟涨。今年1月19日，分散染料蓝系列主要规格再度涨价5000元/吨，分散红系列同步涨价2000元/吨。至此，分散染料已基本完成全面提价的目标，其中分散深蓝系列染料累计涨价逾10000元/吨，目前均价已在5.5万元/吨以上;分散黑系列已普涨5000元/吨左右。

除了分散染料，纺织印染另一必需的活性染料也进入上涨行情。2014年上半年，受江苏地区环保核查趋严影响，位于该区域的国内两家主要h酸生产企业江苏明盛、江苏吉华均被停产，导致h酸市场供应紧张，价格大幅上涨。

h酸为生产活性染料的主要原料，占比总成本的30%-50%。受成本推动，活性染料价格去年底开始进入上涨行情。今年1月11日，国内另一主要活性染料及中间体企业湖北省楚源化工集团旗下染料公司发生锅炉管道泄漏事故，引发大火，使原本供求紧张的染料生产链雪上加霜。楚源化工集团年产h酸4万吨、对位酯4万吨和活性染料5万吨，是全球最大的染料中间体及活性染料生产企业之一。

近期，浙江龙盛和闰土股份也上调活性染料价格，涨幅高达5000-8000元/吨，目前，活性染料价格已经达到3万元/吨以上，相比去年底涨幅高达16%。

据安信证券研究报告分析，染料产品价格上涨主要是受到环保压力的影响，中小企业将在此期间被逐步淘汰。染料身处高污染行业减排压力将持续存在，在此严峻形势下，未来行业整合速度有望加快，染料价格有望进一步上涨。

染料涨价给印染企业带来了新考验。据中国纺织工业联合会统计，去年前 11个月受染料暴涨等因素影响，印染企业利润下降了大约 6.5%。去年底到今年，染料产品价格更是暴涨，印染企业利润或将被吞噬殆尽。

不过分析人士指出，长期以来，印染行业上游染料企业产能集中，而下游印染企业产能分散，导致下游企业对染料价格上涨没有议价能力。随着《排放标准》即将出台，印染企业的行业集中度有望提升，有利于印染上下游议价平衡。

Optimization Design of Liquefied Petroleum Gas Pipeline

BI Ying1，HANG Gang2，LIU De-jun1，GUAN Xue-yuan3，YU De-long1

（1. College of Petroleum Engineering，Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China；2. Zhoushan Shihua Crude Oil Dock Co.,Ltd., Zhejiang Zhoushan 330900, China; 3. Technology Research Institute of Xinjiang Oilfield Company, Xinjiang Karamay 834002，China)

The construction of liquefied petroleum gas pipeline has long period and large investment, and it is affected by many factors. Economy and feasibility of pipelines are directly determined by the optimization of design. Thus, it is significant that establishing liquefied petroleum gas pipeline mathematical models for optimizing the design of liquefied petroleum gas pipeline. In this paper, various factors to affect the cost of LPG pipelines were considered during the analysis of total operation cost of LPG pipeline. The mathematical model was established with the total cost of LPG pipeline as the minimum objective function, and the strength, hydraulic and stability of pipeline as the constraint conditions. The minimum value of total cost was obtained by example calculation with VC++. When the diameter of pipeline is Φ114× 3.2, the total cost is the minimum value. This mathematical model can reflect the influence of various factors on the total cost, and it has certain reference value to the related optimization of liquefied petroleum gas pipeline.

Liquefied petroleum gas；Objective function；Mathematical model; Constraint conditions

TE 624

： A

： 1671-0460（2015）03-0612-03

2014-10-13

毕潆（1989-），女，辽宁抚顺人，硕士，毕业于辽宁石油化工大学，研究方向：液化石油气管输研究。E-mail：358481056@qq.com。

刘德俊（1967-），男，副教授，硕士，研究方向：原油及成品油管道输送技术研究。E-mail：ldj8448@163.com。