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輸油場站操作指導系統(tǒng)研制

文檔作者：李亞平張華德高煒欣文檔來源： 1．中國石化管道儲運分公司 2．西安石油大學電子工程學院		點擊數：	更新時間： 2021年09月27日
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石油儀器
PETROLEUM INSTRUMEN I’s 2010年12月
·計算機與通訊技術·
輸油場站操作指導系統(tǒng)研制
李亞平 張華德 高煒欣
(1．中國石化管道儲運分公司 江蘇徐州) (2．西安石油大學電子工程學院陜西西安)
摘 要：分析了管道輸油場站工藝流程的特點，提出利用連通圖來描述場站工藝流程。通過對連通圖節(jié)點進行分類，
使得具體調度任務的操作問題轉化為計算連通圖的輻射狀子圖問題。針對輸油場站連通圖包括了有向圖和無向圖的特
點，改進傳統(tǒng)的搜索算法，使之可以針對調度任務，自動計算出操作步驟。基于該算法，建立了場站操作指導系統(tǒng)。
關鍵詞：輸油場站；搜索算法；圖論；操作步驟
中圖法分類號：TM715 文獻標識碼：B 文章編號：1004—9134(2010)06．0060—04
0 引 言
管道輸油在現代油品運輸中起著及其重要的作
用，場站是整個管道輸油操作的核心。場站的轉運效
率影響著整個輸油的效率，常常會成為油品運輸操作
過程的瓶頸。因此，在調度任務下達后，根據當前工
況，快速確定合理的輸油流程，保證輸油系統(tǒng)整體的效
率，是非常關鍵的技術問題。
一般情況下，在調度任務下達后，確定各閥組和泵
組的開關情況主要涉及以下幾個因素：
1)當前工況，由于場站的進油操作和出油操作可
能同時發(fā)生，因此閥門開關選擇不當容易引起“串油”
現象；
2)油品外輸管道的管徑，由于油品外輸時選擇管
道的管徑不同，導致需要采用不同揚程的輸油泵，與之
相匹配的輸油泵也隨之發(fā)生變化。
對于工藝仿真系統(tǒng)，國內外很多學者開展了卓有
成效的研究。文獻[1]應用最優(yōu)化理論建立了成品油
管道優(yōu)化運行數學模型，并用動態(tài)規(guī)劃方法進行求解，
但沒有涉及閥門如何動作以保證流向正確。文獻[2]
對仿真系統(tǒng)的構成進行了研究，但未涉及如何關聯場
站的各種設備。文獻[3]列舉了一些目前國際上比較
通用的商業(yè)軟件，給出了開發(fā)國內輸油管道軟件的建
議。文獻[4]針對管道壓力、流量等參數的計算進行了
研究。還有大量文獻對管道瞬變流動的求解方法進行
了研究，常見的有：特征線法[ 、顯式差分法[ 、隱式有
限差分法和迦遼金(Galerkin)法【 J等。
從大量文獻資料來看，已有的研究大都集中在對
管道和泵等設備的運行機理進行描述并展示。對管道
瞬變流動的求解還不能完全真實的反映實際運行情
況。而在針對調度任務，根據場站結構確定具體操作
步驟方面的研究目前還未見文獻報道。特別是針對輸
油場站的幾何建模方面的研究顯得更加不足。
本文通過分析國內某特大輸油場站的特點，給出
建立場站幾何模型的方法。在此基礎上，提出一種可
以針對調度任務，自動計算出操作步驟的算法。論文
建立了場站操作指導系統(tǒng)，某特大輸油場站對改系統(tǒng)
的實際運行表明，所研制的系統(tǒng)可行，能夠較明顯地減
輕現場勞動強度，提高生產效率。
1 場站分析
輸油場站的任務，主要可以分為“存儲”和“外輸”
兩個部分。存儲是處于商業(yè)或國家戰(zhàn)略的需求，將油
品存于儲油罐內。調度任務下達的方式一般是給出來
油位置和具體的儲油罐，需要操作人員確定中間閥的
開關狀態(tài)。圖1所示為一大型場站的商儲區(qū)，調度任
務下達后，工作人員通過確定閥的開關狀態(tài)來實現油
品輸入或輸出正確的油罐。
分析圖1可知，場站所涉及的裝置主要有：(1)電
動閥；(2)泵組；(3)集油管；(4)油罐。各裝置之間通過
管道相連。部分管道可以雙向輸油，部分管道(如圖l
中和輸油泵相連的管道)只能單向輸油。
基金項目：陜西省教育廳專項科研計劃項目，基金編號：08jk411
第一作者簡介：李亞平，男，1973年生，高級工程師，工學學士(研究生在讀)，1996年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學通信工程專業(yè)，主要研究方向為企業(yè)信息
化規(guī)劃與發(fā)展，現在中國石化管道儲運分公司工作。郵編：221008
2010年第24卷第6期 李亞平等：輸油場站操作指導系統(tǒng)研制
圖1 某場站工藝流程圖
2幾何模型的建立 蒿答 胭2耥
如果將場站的裝置視為節(jié)點，裝置之間的連接管 為了清楚的用圖2所示的連通圖來表示工藝流
圖2 幾何模型圖
程，本文中節(jié)點主要分為三類：(1)閥門，用符號v表 示；(2)泵，用符號P表示；(3)空節(jié)點用符號N表示；
● 釜
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石油儀器
PETR0LEUM INSTRUMEN I1S 2010年l2月
(4)特殊裝置(如計量站)，在圖中直接標出。四種類型
的節(jié)點中，空節(jié)點表明該節(jié)點在工藝流程中只起中轉
的作用，集油管就是一種典型的空節(jié)點。
從圖論的角度來看，場站從整體上是一個無向圖，
但局部是有向圖，例如計量站有明確的進口和出口，油
品只能單向流動。
一般而言，下達到場站的調度任務僅僅指明來油
位置和存儲位置。例如：“1號人口來油經計量間至G
一103”就是一典型的調度任務。從圖1利用計算機直
接確定執(zhí)行該調度任務需要開那些閥門相對較難實
現，但從圖2可以清楚的發(fā)現，確定操作過程實際是一
個明確了“始點”和“終點”的輻射狀連通圖的搜索過
程。我們可以利用深度或廣度的搜索方法計算出可行
的輻射狀連通圖，搜索出圖中所涉及的節(jié)點即是我們
需要打開的閥和泵。
3 場站結構的存儲
輸油場站所涉及的SCADA系統(tǒng)具有很強的獨立
性，一般而言現場計算機不允許和外部網絡直接相連。
很多場站甚至也不允許計算機外接存儲設備，因此場
站的數據只能取自后臺實時數據庫。實時數據庫中的
數據僅僅描述了場站各裝置的性能和狀態(tài)，但對各個
裝置鏈接的幾何結構并沒有涉及。因此，本文建立節(jié)
點表和管道表來存儲圖2所示連通圖，以便保存整個
場站的連接結構。
表1 節(jié)點表
通過表1所示的數據表，可以將所有節(jié)點信息保
存在數據庫中。由于圖2所示的連通圖是一個有向圖
和無向圖的組合，因此本文用數據庫中ValveType字
段來定義閥的輸入輸出屬性，以此對管道的有向和無
向進行區(qū)分。當ValveType為Input時表示該閥門只
能向與其相連的裝置進油，當ValveType為Output時
表示該閥門只能通過與其相連的裝置出油，當
ValveType為Null時表示該閥門所連管道沒有固定的
流向。在表1基礎上，本文建立表2所示的管道表，通
過表1和表2可以完整的表示整個場站的裝置結構。
表2 管道表
表2中的W1和W2對應著表1中的Serial字段值。
4 算法確定
調度任務下達后，確定操作步驟實際上是一個明
確了起點和終點，在圖2中搜尋一個輻射狀連通圖的
過程。搜索出的輻射狀連通圖所涉及的節(jié)點既是為完
成調度任務需要打開的相關閥組和泵組。
和一般圖論中對圖的搜索不同，圖2所示的幾何
模型圖是一個有向圖和無向圖的結合。搜索出的工藝
流程圖由于涉及到泵和計量站，因此也是一個包含了
有向圖和無向圖的輻射網。本文通過如圖3所示算
法，利用傳統(tǒng)深度搜索算法確定操作步驟。
廠
～ ～ 型
I是
搜索從罐至泵入口或計量站出口之間
的無向輻射圖，將其保存為T1
在幾何模型圖中直接利用
深度搜索搜索起點任務和
終點任務之間的無向圖
確定從泵入口或計量站出口至泵出口或計量
站入口之間的無向輻射圖，將其保存為T2
搜索從泵入口或計量站出口至油品出口或入
口之間的無向輻射圖，將其保存為T3
調度任務圖T=TI+T2+T3
圖3 搜索算法
利用圖3所示算法確定操作步驟時需特別注意：
(1)在利用傳統(tǒng)深度搜索算法進行搜索時，如有某一節(jié)
點的工況為投運狀態(tài)，為避免串油，算法在搜索到該節(jié)
點時及應立即回溯；(2)節(jié)點類型為閥門、泵和特殊裝
置時，如該節(jié)點為投運狀態(tài)，則與之直接相連的空節(jié)點
也應為投運狀態(tài)，否則在搜索出的操作流程可能導致
串油。
5 系統(tǒng)研發(fā)
輸油場站操作指導系統(tǒng)的研發(fā)，分為界面研發(fā)和
算法實現兩個部分?，F場操作人員習慣于工控的界
2010年第24卷第6期 李亞平等：輸油場站操作指導系統(tǒng)研制
面，工控開發(fā)系統(tǒng)雖然在監(jiān)視和界面開發(fā)上有獨特的
優(yōu)勢，但無法實現復雜的搜索算法，也很難實現真正的
面向對象編程。
因此，本文利用delphi開發(fā)環(huán)境進行系統(tǒng)研發(fā)，通
過建立一個后臺計算類實現圖3所示的搜索算法。在
界面研發(fā)方面，為了逼真的顯示工藝流程，我們開發(fā)了
泵、閥門和管道等可用于其它編程環(huán)境的工控組件，利
用這些工控組件方便的實現了場站工藝流程圖。在對
管道控件進行研發(fā)時，為了克服SCADA系統(tǒng)自帶工
控無法顯示管道中油品流動及其方向，導致現場操作
人員難以判斷具體流程的問題，我們在管道控件中加
入定時器，可以通過控制定時器的時間控制屏幕上所
顯示的管道中油品流動速度，更加逼真的展示現場工
況，指導操作。
輸油場站操作指導系統(tǒng)主要由數據庫、計算程序
和基于工況組態(tài)的系統(tǒng)界面三部分組成。系統(tǒng)的結構
圖如圖4所示。
圖4 輸油場站操作指導系統(tǒng)系統(tǒng)結構簡圖
本系統(tǒng)的系統(tǒng)數據庫采用SQL結構化數據查詢
語言進行管理和維護。
整個系統(tǒng)的界面如圖5所示，利用圖5所示的系
統(tǒng)，我們對一真實的調度任務：“1號人口來油經計量
間至G一103”進行操作指導，計算出的結果如圖5所
示，和現場有經驗的操作人員做出的處理完全一致。
我們對某大型場站全天調度任務進行了操作指導計
算，正確率為100％，證明本文所提算法和所研發(fā)的系
統(tǒng)可靠、有效。
6 結論
1)工藝流程圖可以用一個連通圖來進行描述，針
圖5 系統(tǒng)界面
對調度任務，通過搜索連通圖可以確定操作流程。
2)所研發(fā)的操作指導系統(tǒng)可以投入使用。該系統(tǒng)
屬于專用的軟件系統(tǒng)。與通用的軟件相比，它在指導
運行人員操作方面效果更好。
3)通過在管道控件中集成定時器，管道可以顯示
油品的流動方向和流動速度，仿真效果在這一方面較
很多專業(yè)仿真系統(tǒng)更好。
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(收稿日期：2009—12—25 編輯：劉雅銘)
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