纯梁联合站工艺优化运行

崔彬澎

(山东胜利职业学院 油气集输与矿区建设培训部， 山东 东营 257097)

联合站的能耗与工艺对油田运行成本具有至关重要的影响。对联合站工艺及设备参数进行优化设计和优化运行分析，可以收到明显的经济效益[1]。1999年，赵洪激等[2]研制了油气集输系统优化设计软件，可完成井场到联合站主要设备的选型计算以及管网拓扑优化设计。2005年，魏立新[3]采用序列二次规划法，构建了约束条件为井口回压、井口掺水压力和原油进站温度等参数，目标函数为最小能耗费用的集输系统优化模型并进行了求解。2011年，郭江等[4]建立了塔二联稠油掺烯集输系统的优化模型，并进行了相关迭代计算，求解得出了井口最优掺烯量及最优掺烯温度，从而实现了降低集油能耗、提高能量利用效率的目标。2016年，许晓明等[5]综合考虑了多级星式管网拓扑结构特点、生产运行参数等多种影响因素，建立了多级星式油气集输系统模糊优化数学模型，并进行优化求解。

1 纯梁首站运行优化模型的建立

1.1 纯梁首站现状

纯梁首站是一座集油气水综合处置的大型油气集中处理站，始建于1985年，原油设计处理能力为120×104t/a，原油稳定能力为80×104t/a，目前原油处理及稳定能力实际为80×104t/a，其工艺流程如图1所示。

1.2 目标函数的确定

考虑到纯梁联合站目前的生产状况，以联合站最小运转费用作为优化的目标函数。由于站内各种工艺管线和设备设施均已确定，联合站操作费用主要包括改善脱水效果的药剂费用、加热原油所需的燃料费用以及运行泵机组的耗电费用。

纯梁联合站最小运行费用的目标函数可以表示为

(1)

联合站参数优化的目标函数可表示为式(2)的形式。

(2)

式中，c为加药浓度，10-3kg/m3；Q为加药量，m3/d；Pyi为药剂价格，元/t；m为第i台加热炉加热介质的量，kg/s；Prl为燃料价格，元/t；ΔTi为第i台加热炉进出口温差，℃；cpm为进出口平均温度下原油的比热容，kJ/(kg·℃)；ηpi为第i台加热炉的工作效率，%；ηpi为燃料低位发热量，kJ/kg；ηpi为泵i输送流量，m3/s；ηpi为泵i进出口压差，MPa；ηpi为泵机组i效率，%；Pe为电价，元/度。

1.3 优化变量的选取

联合站的运行状态受多参数影响，优化变量选取对联合站运行费用影响最大的参数。根据上述原则及纯梁首站实际情况，选取分离器的加药浓度、沉降罐的加药浓度及加热炉出口温度作为优化变量[6]。

1.4 约束条件

根据联合站运行优化目标函数确定需要满足的约束条件分析如下：

(3)

式中，Tj为加热炉温度，℃；ΔT为到下一设备间的管道温降，℃；Tmax、Tmin为下一设备的最大、最小操作温度，℃；Pout为泵出口压力，MPa；Pmin为流入设备进口的最低压力，MPa；Pf为到下一设备之间管道的摩阻损失，MPa；PMAX1,PMAX2为管道和设备的最大承压，MPa；Pc为沉降罐的底部压力，MPa；Pf为到下一设备间的管道摩损，MPa。

2 纯梁首站优化模型的求解算法

纯梁联合站参数优化的主要目标是使联合站运行成本最小，但由于该优化模型中各已知约束条件和目标函数均与工艺流程的物流及水力热力计算有关，均为优化变量的非线性隐函数，并且目标函数的导数性质未知，因此本文采用启发式遗传算法进行优化求解。

纯梁联合站运行优化遗传算法[9]求解程序框图如图2所示。

3 纯梁首站运行优化计算

3.1 基础数据

纯梁联合站对纯梁采油厂梁西、梁南、梁北、371站、纯东、纯西等六区块的来油进行集中处理，待处理的油品量较大、含水率较高。外输至史南站的原油要求水含量不得高于0.4%，原油温度应不低于51 ℃，压力在1.2 MPa以上。

纯梁联合站的基本情况如表1所示。

表1 纯梁首站概况

3.2 优化结果与分析

按照纯梁首站原油处理工艺流程，结合各设备运行参数的计算思路及管道水力热力计算思路，计算联合站最小运行费用所需的各参数；综合考虑优化模型选取的优化变量及约束条件，并编写相应程序进行求解。最终计算结果如表2所示。

纯梁首站参数优化前后的费用对比情况如图3所示。

表2 联合站优化前后参数对比

对纯梁联合站参数优化前后的各项费用所占比例进行对比，具体情况如图4所示。

由表2可看出，分离器、沉降罐加药浓度均增加，进站、稳定、外输加热炉的出口温度略有降低，相应地图3中药剂总费用升高，燃料费用、电费及年总运行费用降低。图4表明运行优化后药剂费用占比增大，而电费及燃料费用占比缩小。因此纯梁联合站加药量增加后，泵和加热炉的运行负荷降低，通过优化调整加热炉出口温度参数，总运行费用降低。

4 结论

根据纯梁联合站的工艺流程，以最小运转费用为目标函数，选取分离器及沉降罐加药浓度、进站加热炉和稳定加热炉的出口温度为优化变量，设立基于启发式遗传算法的数学模型，通过优化求解、分析计算结果可知：在药剂费用增加后，纯梁联合站总运行费用减少，由优化前的2 273.2万元/a降至2 050.3万元/a。