一种成品油管道顺序输送批量控制方法与流程

本发明涉及成品油顺序输送批量控制策略，特别涉及一种利用计算机进行监控并生成最优控制策略的方法。

背景技术：

批次计划编制是目前成品油管道顺序输送模式下一种调度运行支持系统。

在一个批次计划开始之前，各输油站根据当前库存量，上报各种类油品接下来15天的需求。同时，在已知各输油站场日均出库量的条件下，合理安排各阶段计划量，保证在输油计划执行过程中，各输油站不出现断供或者计划量大于罐区空容的情况发生，必须制定出切实可行的配送计划，以满足各类油品资源约束的条件，充分发挥资源的利用效率，达到整体配送成本最低和库存优化控制。

前的计划编制普遍采用人工方法，借助固定的计划编制模板，以一种单一且常态化的运行模式，生成管输运行方案。这种方法存在以下几个缺点：

(1)依赖于计划编制人员，自动化程度低。

(2)一旦计划量发生变化需要调整，由此产生的后续调整较复杂，给计划编制人员带来较大的工作量。

(3)在复杂度较低的情况下，人工编制还具有一定的可行性，但是如果输送方式发生调整，或者输送油品种类增加，那人工计算耗时将大大增加。

(4)人工计算可能产生错误或者是误差，计划运行的可靠性降低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种智能的批次计划编制以及成品油管道批量输送控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种成品油管道批量输送控制方法，本发明的技术方案是这样实施的：

一种成品油管道顺序输送批量控制方法，包括以下步骤：

S1：设定物料平衡方程：

设时间点t上，V_ct为油库装有第c种油品的总量，QI_ct为第c种油品往油库的输入量；QO_ct为第c种油品的出库量，则V_ct＝V_ct-1+QI_ct-QO_ct；设min(V_ct)为最低库存量，max(V_ct)为最大库容量；

则任意时间间隔内，第c种油品的库存量需满足物料平衡方程为min(V_ct)≤V_ct≤max(V_ct)；

根据各站场输油量的需求，制作出下阶段计划量，并录入至计算机。

S2：获取原始的运行状态变量集，计算某站场原始下载比例：若所有站场所下载的油品均为最后的铺底油，该比例计算需要按照各站场剩余下载量之比计算；若非，则按照各站场未下载量除以未来经过该站的总量来计算该比例，其中：

未下载量＝当前油品的需求量-已下载量，

未来经过该站的总量(非铺底油)＝首站应发送量+上游管段管存量-上游站场计划量-该站已下载量-该站已经过量，

未来经过该站的总量(铺底油)＝首站应发送量-上游管段铺管量-上游站场计划量-该站已下载量-该站已经过量；

计算某站场相对下载比例：以该站场剩余需求量除以未来经过量来计算；

S3：设定铺底油比例计算方程、非铺底油比例计算方程、能量平衡方程：

a)非铺底油比例计算方程为：

铺底油比例计算方程为：

式中：

p_i为当经过第i个站场是非最后铺底油，计算得到的绝对比例；

p′_i为当经过第i个站场是最后铺底油，计算得到的绝对比例；

Q_ic为第i个站场第c种油品的计划量；

dl_ic为第i个站场第c种油品的已下载量；

Q_1c为首站第c种油品的计划量；

S_nc为第n与第n+1个站场管间，原管存第c种油品的总量；

Q_mc为第m个站场第c种油品的计划量；

dp_ic为第i个站场第c种油品已经经过站场的总量；

V_n为第n与第n+1个站场管间，需要作为铺底油而滞留在管道中的总量；

b)能量平衡方程为：

式中：

m表示从首站到第m个中间泵站之间的站数，n表示从首站到第n-1个下载站之间的站数，

P_pi为首站与中间第i个泵站泵机组提供的总压力；

P_ci为第i个泵站的节流损失；

P_ini为第i个下载站的站内损失；

P_fi为第i个下载站与第i+1个下载站间的沿程摩阻损失；

P_zi为第i个下载站与第i+1个下载站间的高程差损失；

S4：根据铺底油比例计算方程、非铺底油比例计算方程、原始的运行状态变量集，计算得到各站场下载流量相对于管道首站注入流量的原始下载比例，录入至计算机。

S5：计算机根据步骤S4录入的信息，选择不同的管径、管长、油品粘度和主管线流量，计算出整条输油管道的摩阻；

设定约束条件：配泵方式需满足在输油泵稳定运行流量区间内，符合能量平衡方程，以及符合扬程和沿程摩阻要求；

在约束条件下选择满足所述当前阶段计划量的配泵方式，所述配泵方式包括对于输油泵台数、类型以及对应的运行参数的选择，所述运行参数包括所述输油泵运行的起止时间，流量以及扬程；

计算机更新运行状态集并生成当前阶段运行方案，所述运行方案当前阶段各站场计划下载量、配泵方式、主管线及下载站流量、运行压力和运行时间；

S6：油站工作人员执行步骤S5生成的阶段运行方案，计算机根据后续事件持续更新运行状态变量集以及所述运行方案。

优选地，执行步骤S5，在选择配泵方式的过程中，以最优的配泵方式作为选择依据，具体为执行步骤S51：

a)在所述约束条件下，列举出所有符合条件的配泵方式；

b)定义切泵次数，由两大泵切至一大一小泵，或者由一大一小泵切至两大泵，记为切泵1次；从不启动输油泵到分别启动一台，或者停止一台输油泵的运行，均记为切泵1次；

c)统计各泵站切泵次数总和，采用切泵次数最少的方式。

优选地，执行步骤S5过程中，在生成所述运行方案前，执行下载调整策略，具体为执行步骤S52：若中间站计算得到的原始下载比例较大，以至于分配到下游站场的混油流速达不到要求，即对于异种油品，主管线运行流速低于1m/s，或对于同种油品，主管线运行流速低于0.8m/s，则以该中间站作为末站下载，停止往下游站场输送；若某站场相对下载比例大于1，则调整该场站当前油品的计划量，使其剩余下载量等于未来经过量。

优选地，计算机更新所述运行状态变量集的方法是：

a)采集并比较各站场剩余下载时间、油头到达下游站场时间、首站剩余发油时间和当前油品剩余下载量达到管容量所需时间，得出该四类时间中的最短时间；

b)当最短时间到来时，更新所述运行状态变量集，且需保证下一油品到达下游站场前该站场必须已经完成阶段计划量。

优选地，在执行所述最短时间的判断过程中，加入混油头到站时间调整策略：当最短时间为某站场剩余下载时间或油头到达下游站场时间时，对于混油头下游站场，若其调整后的相对下载比例小于调整前的相对下载比例，则以调整前的相对下载比例为依据，重新进行配泵方式的选择，以确保混油头到场时间晚于该站场计划量完成时间。

优选地，在执行步骤S51时，利用穷举法，在输油泵稳定运行流量区间内，对每一组配泵按照二分法进行搜索。

优选地，采用迭代法执行步骤S51，若配泵方式不满足所述约束条件，则依照增大或者减小成品油的相对下载比例的方式，控制上下游进出站流量，对全线摩阻进行修正，达到调整各站场进出站压力的目的，下一次迭代使用调整后的下载比例进行判断。

优选地，步骤S51还包括反馈调整策略：在以下三种情况下，更新并记录状态变量集，并重新调整各站场的成品油原始下载比例：

a)使用原始下载比例找不到满足摩阻需求的配泵方式；

b)可找到满足摩阻需求的配泵方式，但是迭代次数到达设定的上限仍无法满足所述约束条件；

c)可找到满足摩阻需求、且满足约束条件的配泵，但是油头到站之前该下游站场完成不了计划量。实施本发明的有益效果是：通过计算机实时监控运行状态变量集涉及到的各个参数，结合各站场未来一段时间对于各类油品的需求，来更新并执行满足约束条件的配泵方式，在输送方式发生调整、输送油品种类较多的复杂环境下，提高了计划编排的效率，避免了人工计算可能产生的错误或者误差。另外，最优的配泵方式也确保了成品油的输送过程更加安全、节能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中，本发明主函数逻辑图；

图2为一个实施例中，分支遍历搜索逻辑图；

图3为一个实施例中，本发明触发事件发生判断的逻辑图；

图4为一个实施例中，本发明的二分法搜索逻辑图；

图5为本发明的多个平台数据交互逻辑图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有管输业务的发展需求和目前管输计划中存在的问题，本发明提供一种基于成品油管道顺序输送特点，在给定各类油品计划量的条件下，自动生成兼顾了管输工艺约束、全局计划目标的运行方案。

在一个具体实施例中，本发明主要基于MATLAB/C#的开发平台，将MATLAB函数封装入.NET中类的方法，实现类的调用。同时利用C#与Microsoft SQLServer数据之间的交互，做到数据的读取、存储、修改，实现了运行方案的可视化生成。由于实际的运行过程是一个连续时间模型，在运行工况变化的过程中，随着不同种类油品在管道中运行位置变化，每个点的压力也同时发生变化。而调度模型是一个离散时间模型，计算过程中每一个阶段所涉及的事件都发生在每个时间节点的开始时刻和结束时刻，这为模型求解提供了统一的时间刻度坐标。通过获取前后两个时刻的状态变量集，以两者的中间运行状态作为所有这些变量在同一阶段下，未来任一时刻的运行状态来描述。

在本实施例中，采用一般规划模型中的分支定界算法作为上述模型的求解方法。基本结构就是一棵遍历树，即通过父节点产生两个或多个子节点。子节点对应的子问题通过对父节点问题添加约束以及继承父节点变量而形成。在定义的分支树中，每一层分支代表一个事件、一个阶段的解决方案。每一层的节点数由满足约束的配泵数量决定。寻找到一个阶段状态下的解决方案，最终是要找到一组满足摩阻(本文所述“摩阻”，为管线摩阻)和约束条件的配泵方式。

对于每一层分支产生多个子节点，造成遍历树过于庞大的问题。结合实际运行需要，在每一次分支判断中，优先选取更符合实际运行需要的配泵方式，将一个多维搜索过程下降至一维搜索过程。并通过引入反馈调整策略，在无法搜索到满足约束条件的配泵方式情况下，返回到最后一次使得原始下载比例失衡的阶段，将该阶段使用的配泵添加至禁忌搜索表，并重新开始搜索。

在本实施例中，结合图1～5，一种顺序输送成品油管道批量控制方法，包括以下步骤：

一种成品油管道顺序输送批量控制方法，包括以下步骤：

S1：设定物料平衡方程：

设时间点t上，V_ct为油库装有第c种油品的总量，QI_ct为第c种油品往油库的输入量；QO_ct为第c种油品的出库量，则V_ct＝V_ct-1+QI_ct-QO_ct；设min(V_ct)为最低库存量，max(V_ct)为最大库容量；

则任意时间间隔内，第c种油品的库存量需满足物料平衡方程为min(V_ct)≤V_ct≤max(V_ct)；

根据各站场输油量的需求，制作出下阶段计划量，并录入至计算机。

S2：获取原始的运行状态变量集，计算某站场原始下载比例：若所有站场所下载的油品均为最后的铺底油，该比例计算需要按照各站场剩余下载量之比计算；若非，则按照各站场未下载量除以未来经过该站的总量来计算该比例，其中：

未下载量＝当前油品的需求量-已下载量，

未来经过该站的总量(非铺底油)＝首站应发送量+上游管段管存量-上游站场计划量-该站已下载量-该站已经过量，

未来经过该站的总量(铺底油)＝首站应发送量-上游管段铺管量-上游站场计划量-该站已下载量-该站已经过量；

计算某站场相对下载比例：以该站场剩余需求量除以未来经过量来计算；

S3：设定铺底油比例计算方程、非铺底油比例计算方程、能量平衡方程：

a)非铺底油比例计算方程为：

铺底油比例计算方程为：

式中：

p_i为当经过第i个站场是非最后铺底油，计算得到的绝对比例；

p′_i为当经过第i个站场是最后铺底油，计算得到的绝对比例；

Q_ic为第i个站场第c种油品的计划量；

dl_ic为第i个站场第c种油品的已下载量；

Q_1c为首站第c种油品的计划量；

S_nc为第n与第n+1个站场管间，原管存第c种油品的总量；

Q_mc为第m个站场第c种油品的计划量；

dp_ic为第i个站场第c种油品已经经过站场的总量；

V_n为第n与第n+1个站场管间，需要作为铺底油而滞留在管道中的总量；

b)能量平衡方程为：

式中：

m表示从首站到第m个中间泵站之间的站数，n表示从首站到第n-1个下载站之间的站数，

P_pi为首站与中间第i个泵站泵机组提供的总压力；

P_ci为第i个泵站的节流损失；

P_ini为第i个下载站的站内损失；

P_fi为第i个下载站与第i+1个下载站间的沿程摩阻损失；

P_zi为第i个下载站与第i+1个下载站间的高程差损失；

S4：根据铺底油比例计算方程、非铺底油比例计算方程、原始的运行状态变量集，计算得到各站场下载流量相对于管道首站注入流量的原始下载比例，录入至计算机。

S5：计算机根据步骤S4录入的信息，选择不同的管径、管长、油品粘度和主管线流量，计算出整条输油管道的摩阻；

设定约束条件：配泵方式需满足在输油泵稳定运行流量区间内，符合能量平衡方程，以及符合扬程和沿程摩阻要求；

在约束条件下选择满足所述当前阶段计划量的配泵方式，所述配泵方式包括对于输油泵台数、类型以及对应的运行参数的选择，所述运行参数包括所述输油泵运行的起止时间，流量以及扬程；

计算机更新运行状态集并生成当前阶段运行方案，所述运行方案当前阶段各站场计划下载量、配泵方式、主管线及下载站流量、运行压力和运行时间；

S6：油站工作人员执行步骤S5生成的阶段运行方案，计算机根据后续事件持续更新运行状态变量集以及所述运行方案。该实施例中，运行状态变量集包括以下信息：管输静态参数(管道流量、管道压力、输油泵运行参数)以及初始油品的管存量、对应各类油品的密度、油头信息(油头前行、后行油品种类，属同种或异种油品混油，油头运行位置)、站场信息(当前油品种类、当前阶段下载与出站流量、已下载量、已经过量)。

在一个优选实施例中，执行步骤S5，在选择配泵方式的过程中，以最优的配泵方式作为选择依据，具体为执行步骤S51：

a)在所述约束条件下，列举出所有符合条件的配泵方式；

b)定义切泵次数，由两大泵切至一大一小泵，或者由一大一小泵切至两大泵，记为切泵1次；从不启动输油泵到分别启动一台，或者停止一台输油泵的运行，均记为切泵1次；

c)统计各泵站切泵次数总和，采用切泵次数最少的方式。

在一个优选实施例中，执行步骤S5过程中，在生成所述运行方案前，执行下载调整策略，具体为执行步骤S52：若中间站计算得到的原始下载比例较大，以至于分配到下游站场的混油流速达不到要求，即对于异种油品，主管线运行流速低于1m/s，或对于同种油品，主管线运行流速低于0.8m/s，则以该中间站作为末站下载，停止往下游站场输送；若某站场相对下载比例大于1，则调整该场站当前油品的计划量，使其剩余下载量等于未来经过量。

成品油管道输送运行过程中，可能存在两种事件发生时间相近的情况：

1)下载到量时间与油头到站时间相近；

2)下载到量时间与首站到量时间相近；

3)下载到量时间与剩余计划量等于上游管存量时间相近；

4)油头到站时间与首站到量时间相近；

5)油头到站时间与剩余计划量等于上游管存量时间相近；

6)首站到量时间与剩余计划量等于上游管存量时间相近；

为了避免出现某站场提前停止下载，且在新的油品到站前的过渡阶段找不到满足要求的配泵方式的情形，对于运行状态变量集的更新时间存在一定要求。在一个优选实施例中，如图3所示，计算机更新所述运行状态变量集的方法是：

a)采集并比较各站场剩余下载时间、油头到达下游站场时间、首站剩余发油时间和当前油品剩余下载量达到管容量所需时间，得出该四类时间中的最短时间；

b)当最短时间到来时，更新所述运行状态变量集，且需保证下一油品到达下游站场前该站场必须已经完成阶段计划量。

在一个优选实施例中，在执行所述最短时间的判断过程中，加入混油头到站时间调整策略：当最短时间为某站场剩余下载时间或油头到达下游站场时间时，对于混油头下游站场，若其调整后的相对下载比例小于调整前的相对下载比例，则以调整前的相对下载比例为依据，重新进行配泵方式的选择，以确保混油头到场时间晚于该站场计划量完成时间。

在一个优选实施例中，在执行步骤S51时，利用穷举法，在输油泵稳定运行流量区间内，对每一组配泵按照二分法进行搜索。

在该实施例中，利用穷举法，对每一组配泵按照二分法搜索在规定流量区间内，所有满足扬程与沿程摩阻差值20m以内的首站出站流量；搜索流量区间为泵稳定运行流量区间：480～860m³/h之间。

图4为该实施例的示意图，其中函数f(x)求解固定流量下输油泵提供扬程与摩阻的差值；

ε1表示最大搜索区间允许误差；ε2表示最大泵提供扬程与摩阻的差值的误差。

在一个优选实施例中，如图2所示，采用迭代法执行步骤S51，若配泵方式不满足所述约束条件，则依照增大或者减小成品油的相对下载比例的方式，控制上下游进出站流量，对全线摩阻进行修正，达到调整各站场进出站压力的目的，下一次迭代使用调整后的下载比例进行判断。

在一个优选实施例中，步骤S51还包括反馈调整策略：在以下三种情况下，更新并记录状态变量集，并重新调整各站场的成品油原始下载比例：

a)使用原始下载比例找不到满足摩阻需求的配泵方式；

b)可找到满足摩阻需求的配泵方式，但是迭代次数到达设定的上限仍无法满足所述约束条件；

c)可找到满足摩阻需求、且满足约束条件的配泵，但是油头到站之前该下游站场完成不了计划量。

上述列举的各种实施例，在不矛盾的前提下，可以相互组合实施，本领域技术人员可结合附图和上文对实施例的解释，作为对不同实施例中的技术特征进行组合的依据。

需要指出的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。