在油田应用输油管道仿真系统的浅析

马洁

【摘要】输油管道仿真是以油气储运输送工艺中，管内原油稳定流和瞬变流的数学描述及求解为核心，综合应用油气储运、流体力学、计算机、自动化、网络通信等多学科知识的前沿技术。输油管道仿真技术已成为提升油田管道管理水平的有效途径，是实现管道智能化管理的重要手段。根据油田目前输油管道系统的现状，文中结合仿真技术的内容和要求，客观分析了影响构建油田输油管道仿真系统的一些因素，并提出应对措施和建议，为构建油田输油管道仿真系统进行了有益的思考。

【关键词】输油管道;数学模型;仿真;管理

一、油田应用输油管道仿真系统的现状

在油田的生产中，输油管道就象油田的主动脉一样，对油田的正常运转起着不可替代的作用。随着生产管理向安全、经济、高效目标的时代迈进，对输油管道的运行管理提出了更高的要求。根据输送任务的不同，要保证包括首末站、增压站、注入站（甚至分输站）及中间管道这样一个完整的管道体系，在系统内外部条件给定的前提下，能够随时动态地协调沿线各单元及配套系统的供能设备运行，合理调配生产工艺参数，使全系统始终处于安全平稳的最优化的运行状态一管道的技术经济指标最佳，整个系统以最低的能耗完成输送任务，要实现这种管理要求是十分复杂的。另外，要保障管道系统在发生阀门误关闭、泵站突然停电、管道泄漏、凝管、堵塞、管道破裂、地震等突发事件时的安全，能够及时根据管道沿线工况的变化，提前预警或在事件发生后用最短的时间确定相应的调节方案和处理措施，这都是现代管道科学管理的要求。

输油管道的计算机仿真技术正是为了满足现代管道科学管理要求而发展起来的。到目前为止，世界上许多著名的管道公司花费了大量的人力物力从事管道仿真技术的研究，开发出了功能强大、使用灵活的仿真软件，比较知名的有TLNET、SPS等，通过实际生产的验证和应用，取得了非常好的使用效果。国内的有关公司和大学等研究单位从上世纪90年代开始，在引进和消化国外技术的基础上，在管道仿真软件应用和开发方面做了大量的工作，促进了管道仿真技术在我国的发展，管道的仿真管理代表着目前输油管道管理的最高水平。

二、油田应用输油管道仿真系统存在的不足

输油管道系统是包括管线和沿线各站的一个统一的水力、热力体系，只有进行全线的统一管理和调度，才能实现系统最优化运行，才能充分发挥自动化系统的作用。目前输油管道系统只是完成了数据采集功能，基本没有实现数据的在线处理和运行优化以及联锁控制，如油罐液位超高自动切断进口阀，油罐低液位联锁停泵，加热炉在停输后自动联锁停炉等。没有实现真正意义上的数据分析处理，造成采集数据没有实现综合性、关联性分析。工艺流程操作中的很多数据是关联的，如流量计的数据跟油罐液位之间的关系、各点压力、温度变化先后等，对于这些数据进行智能分析，可以迅速发现流程误操作、发现油罐跑油事故、及早发现仪表故障等;如通过输油泵前后压力、温度、流量、电量数据，可得出输油泵效率，通过对输油管道进出压力、温度、流量、地温等数据的分析，可以计算出输油效率，进而用于指导调度生产等具有重要的意义。输油站库均没有高压泄压就地保护设施，在事故状态或全线统一调控的情况下，不能满足工艺过程对系统安全的要求。由于各种原因，仍然需要大量的人工参与数据的录取和记录、计算、传递，这样就增加了出现诸如手工计算日报产生误差这种人为误差的几率，并降低效率，对于机械的、常规的工作应充分发挥数字化系统的功能，减少人为的误差。

三、油田应用输油管道仿真系统的建议

（一）对采集的历史数据进行妥善管理

输油管道的仿真系统的核心是建立对本管道系统水力瞬变流的全面准确描述，主要难点体现在边界条件的准确模拟。每一个管道系统，其具体组成的系统单元不同，位置各异。由于管道运行控制是通过对各站设备的操作来实现的，而设备的动作、调节会产生扰动，沿线各站场工艺流程不同，流动发生变化时对管道的影响也不同，管道动态过程产生的压力波到达各种边界时发生的通过和反射情况与各站的流程有关，所以必须针对不同的管道系统，根据该系统中管道上设置的设备、站场等单元的特性和各种操作补充计算方程（边界条件）。由于各站的流程和设备复杂多变，则对这些多种多样边界条件的数学描述必须完整准确、有针对性。对于已建管道系统运行的历史数据，尤其是一些关键参数及突发事件时系统采集的各种可靠数据，为建立和求解这些复杂的边界条件提供了的基础数据，成为了重要的实际参考依据。同时，要求值班人员对现场采集的数据及时比对，发现数据有偏差时，尽快对现场仪器仪表进行检查或标定，确保数据记录的可靠性。

（二）建立完整的管道系统相关基础数据库

在仿真系统运行时需要用到的管道系统主要基础数据有：①线路数据：管道的全程纵断面数据，管线转角位置，变径点、中间截断阀参数;②油品数据：粘度、密度、比热、饱和蒸汽压、体积膨胀系数;③设备数据：输油泵参数（额定转速、額定功率、泵特性曲线参数、调速特性参数），泄压阀参数（直径、特性曲线、最大泄流量）等;④站场数据：输油泵（种类、联结方式、台数、控制方式），电价，站内摩阻，泄压阀种类，调节阀种类，调节设定值，流程控制设定参数，参数联锁逻辑等等。

（三）在仿真软件的选择和开发上要注重实际及长远规划

目前，国内外的各种仿真软件种类很多，各有特点和长处。每一个管道运营企业都有自己的管理模式和特点，其建立的输油管道仿真管理系统主要围绕本企业生产过程控制、生产管理、经营管理来开展工作。在实现以上工作内容时，建立一套符合本企业管道自身生产实际和管理特点的管道仿真系统，把握好经济性和实用性的平衡。最后，要建立一支有经验的运行操作队伍

由于管道仿真软件属于专业软件，在软件的维护及功能的深层次使用中，需要不仅熟悉输送工艺，而且要比较熟悉计算机和自动化、数字通信方面的复合型人才，这样才能发挥仿真系统的作用，达到智能化管理输油管道的目的。