基于MATLAB的长输成品油管线水力模型构建

陈云（中国石化销售股份有限公司华东分公司，上海200050）

1 收集实际管道物理数据

本文首先收集了一条实际在用某长输成品油管道的物理数据，该管道为支线架构，共5个站场，主线分为A首站、B中间站、C中间站、D末站、其中支线段在B站处与主线汇集，支线末站为E末站。

2 模型构建

该模型主要架构如下，模拟实际调度场景，用户输入相关参数（A首站配泵、B站、C站下载量）计算稳态工况下所有节点的参数情况（为简化计算，本文仅考虑全线柴油工况，柴油密度定为840kg/m3）。

为避免节流，节能降耗，管道正常运行时，主线调节阀及末站下载调节阀均处于全开状态，管线损耗以沿程摩阻损耗为主，管线运行人员在进行工况控制时，一般只会控制首站配泵组合以及中间下载站流量，而末站的流量无法直接控制。根据该特点，我们设定的模型的输入量仅有3个，以模拟真实调度场景，即首站配泵模式、B站下载流量、C站下载流量，根据该部分输入可直接计算出管线稳态工况。

本模型主要基于MATLAB平台，共包含两个M文件、Calculate.M 和Calculate_error.M，其中后者主要用于初始稳态的摩阻计算、泵的压力模拟及补偿、并根据全线流量消耗摩阻及泵提供的压力输出一个error 值，该值在Calculate.M 中得到引用，主要用于D站的流量计算。程序的初始稳态需要使用者提供3个参数、B站下载量、C站下载量、A站配泵模式。

为了简化计算，本文假设管线流量和压力的变化都是实时无滞后的，即循环计算查找稳态流量时不考虑瞬态影响。在知道A 站配泵、B 站、C 站下载量以后,需要计算D 站的下载量，根据站场设计流量区间，先设定D流量上下限区间（100～400）m3/h，在得到A站、B站、C站下载量后，分别取q2（D站下载量）=100和400 来分别计算E 站下载量以及全线的摩阻情况，并将这两个情况下的摩阻分别同A站的泵出口压力做差值（error值），再将两个差值做乘积，根据这个乘积的正负来确定D站压力是否处于合理区间。（如若泵出口压力不够，则差值为负，如果泵出口压力大于摩阻，则差值为正）。

当error1×error2=0时，说明有一个值是合理的，则将error为0时的流量赋值给q2；当error1×error2＞0,说明两个都为正或负，这种情况不可能发生，因为在该模型参数下，当E站运行时，无论配泵模式和中间站下载流量如何调节，始终不会发生D站稳态流量小于100m3/h或大于400m3/h的情况。当error1×error2＜0,说明一正一负，即合理流量应处于100～400，创建循环，当error1×error2＜0，取m=（qmin+qmax）/2，并用m 值计算出一个error3，再做比较，并重新赋值，如此循环，直至寻找到qmin基本等于qmax，即最合理的q2值。

主要计算程序部分如下所示：

while abs(q_max-q_min)＞0.000000001

error1=Calculate_Error(q_min,A_adjust,q_B,q_C)；error2=Calculate_Error(q_max,A_adjust,q_B,q_C)；if error1*error2==0 if error1==0 solution=q_min；else solution=q_max；end；break；elseif error1*error2＜0 m=(q_min+q_max)/2； error3=Calculate_Error(m,A_adjust,q_B,q_C)；if error3==0 solution=m；break；elseif error1*error3＜0 q_max=m； else q_min=m； end；else end； solution=m；end；q2=solution；

error 值的计算主要在Calculate_Error 中实现，主要逻辑是根据反算出的E站流量来计算全线的摩阻，并且同A站的泵出口压力做差值。当error=0 时，我们即可认为全线摩阻已经配平，基本符合实际工况（在程序中，根据经验，D 站、E 站所连油罐由于直通大气，站外稳态压力设置为0.2MPa）。

3 运行测试

在配置好某实际在用管道的物理参数后，在MATLAB中调试可得如下结果：A 站出站流量：763.9m3/h；B 站下载流量150 m3/h；C站下载流量140 m3/h；D站下载流量170.3 m3/h；E站下载流量303.6 m3/h。经过与管线实际运行情况比较，A 站、D 站、E站流量基本同实际一致，误差均小于5m3/h，满足使用要求。

4 结语

文章创新性的提出了一种基于MATLAB 的长输管线水力模型构建方法，该方法可以拓展至所有管线，可大幅提升工艺人员工作效率，而且该架构可以在此基础上进一步深化，继续研究长输管道的混油模型以及瞬变流模型，具有深化应用的价值。