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联合站是油气集输系统的重要环节之一,其工艺水平对油田的生产成本起着重要作用。目前,我国大部分油田已经进入中高含水的开发后期,联合站系统的运行成本在不断增长,因此,对联合站进行运行优化,是提高经济效益的重要手段。
本文采用熵产分析法分别对联合站和外输管线进行了优化分析。以联合站的总熵产为目标函数,以破乳剂浓度及加热炉温度等为优化变量,以出站原油含水和各设备运行要求等为约束条件,建立联合站运行优化的数学模型。以外输管道的比熵产率为目标函数,以管道的管径、壁厚、保温层厚度和起点温度为优化变量,在满足外输管道输送原油的要求和管道规格的条件下,建立外输管道的最优化设计的数学模型。采用遗传算法分别对两种最优化数学模型进行求解,并分别与以经济性最优为目标函数的常规优化方法所得结果进行了比较。以孤东某联合站为研究对象,以熵产最小为目标函数,编制了孤东某联合站运行优化程序。通过参数优化,可将联合站的熵产降低21.50%,运行费用降低20.76%。以比熵产最小为目标函数对外输管道进行优化设计,得到熵产最小时的外输管道的管径、壁厚、保温层厚度及起点温度;分析了外输管道起点温度、保温层厚度及管道输量对外输管道熵产的影响。结果表明,在满足输送要求的范围内,外输管道的比熵产主要由于温差传热这一不可逆因素引起的;流动摩阻熵产和温差传热熵产随着起点温度的变化趋势相反;外输管道的比熵产随着保温层厚度和输量的增加而减小,但比熵产率的减小幅度逐渐降低。由于经济性最优法含有价格因素,且现实中各种价格是波动的,按价格不变的经济性最优法得到的结果并不能保证总是最优的。为此考虑原油价格的波动性,对熵产最小优化法和经济性最优法进行了比较。通过对联合站运行优化和外输管道优化设计这两个实例计算对比表明,当原油价格涨幅达到一定程度后,熵产最小优化法得到的系统运行年限内的总费用低于经济性最优法的总费用,而熵产最小优化法的最优结果不会变化,能恒定地实现系统的节能节质。