CN107524921A - 成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法及装置 - Google Patents

成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法及装置 Download PDF

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CN107524921A CN201710674240.3A CN201710674240A CN107524921A CN 107524921 A CN107524921 A CN 107524921A CN 201710674240 A CN201710674240 A CN 201710674240A CN 107524921 A CN107524921 A CN 107524921A
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Abstract

本申请提供了一种成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法及装置，该方法包括：实时获取管段的特征参数；特征参数包括第一数据对，其包括管段在当前时刻的上游压头测量值、上游流量测量值、下游压头测量值及下游流量测量值；基于随机生成的多个第二数据对生成多个第三数据对，第二数据对包括管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，第三数据对包括管段在当前时刻的上游压头计算值及下游流量计算值；确定其数值与第一数据对中对应数值之间的偏差满足预设条件的第三数据对，将该第三数据对所对应的随机值对应确定为管段在当前时刻的混油中心界面位置预测值及混油长度预测值。本申请可提高成品油顺序输送管道混油界面跟踪的准确性。

Description

成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法及装置
技术领域
本申请涉及成品油管道混油界面研究技术领域，尤其是涉及一种成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法及装置。
背景技术
成品油管道混油问题作为顺序输送管道中的重要问题，很大程度上影响着成品油管道的运行与管理。在管道中前后两种油品直接接触，一般不设置隔离装置，两种油品在接触界面上会产生相互浸润和扩散，造成油品的掺混。而且随着温度、压力、地形等因素的影响，管道内两种油品的掺混量不断增加，形成较长的混油段。混油的存在不仅影响了输送油品的质量，还需要额外投入进行混油后期处理。因此，实时动态跟踪监测混油段运移是成品油管道运行管理的重要一环，其准确程度直接影响管道沿线各站场的注入、分输及混油处理站的混油切割。
由此可见，实现对成品油管道混油界面的精准跟踪，对保障成品油管道运行的经济性、安全性和稳定性具有重要意义。
然而，由于现场多油源的物性差异较大、检测仪表误差以及人员的误操作等情况，使混油界面跟踪变得十分困难。目前，现场常用的界面跟踪多为采用理论计算以及在线监测相结合的方式，此法通过对进入管道内的油品批量和管容进行理论求解计算可确定混油界面的位置，再进一步对温度、压力等流动参数进行修正。由于用于计算的管道长度和直径等基础数据与实际情况不可避免的存在一定偏差，且难以准确考虑压力和温度对油品体积的影响，故随着混油段在管道中运移长度的增加，混油界面跟踪的误差也会逐渐加大。因此，成品油顺序输送管道混油界面跟踪的准确性亟待提高。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法及装置，以提高成品油顺序输送管道混油界面跟踪的准确性。
为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，包括：
实时获取管段的特征参数；所述特征参数包括第一数据对，所述第一数据对包括所述管段在当前时刻的上游压头测量值、上游流量测量值、下游压头测量值及下游流量测量值；
基于随机生成的多个第二数据对，对应生成多个第三数据对，所述第二数据对包括所述管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，所述第三数据对包括所述管段在当前时刻的上游压头计算值及下游流量计算值；
从所述多个第三数据对中，确定其数值与所述第一数据对中对应数值之间的偏差满足预设条件的第三数据对，并将该第三数据对所对应的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，确定为所述管段在当前时刻的混油中心界面位置预测值及混油长度预测值。
本申请实施例的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，还包括：预先通过以下方式获得所述管段的特征线：
将管段的长度离散成多个等长度的距离步长，并将管段内成品油顺序输送的瞬变流动过程离散成多个等时间的时间步长；
以管段长度方向作为横轴，以油品顺序输送过程持续时间作为纵轴，建立网格平面，所述网格平面中每个网格的横向长度为一个所述距离步长，所述网格平面中每个网格纵向长度为一个所述时间步长；
基于所述网格平面确定影响所述管段中各节点的特征线。
本申请实施例的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，所述距离步长和所述时间步长之间满足以下关系：
其中，Δt为时间步长，Δx为距离步长，ai为第i个节点的波速，Vi为第i个节点的流速，|ai+Vi|max为ai和Vi之间的绝对值的最大值。
本申请实施例的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，所述基于随机生成的多个第二数据对，对应生成多个第三数据对，包括：
根据随机生成的所述管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，确定当前时刻所述管段内混油段的油品平均波速和油品平均黏度；
将当前时刻所述管段内混油段的油品平均波速和油品平均黏度，代入对应节点的特征线，得到所述管段在当前时刻的上游压头计算值及下游流量计算值。
本申请实施例的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，所述根据随机生成的所述管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，确定当前时刻所述管段内混油段的油品平均波速和油品平均黏度，包括：
在混油段位于所述网格平面的一个网格N1内时，根据以下公式确定该网格N1内的油品平均波速和油品平均黏度：
其中，a1、a2分别为前行油品和后行油品的波速；ν1、ν2分别为前行油品和后行油品的黏度；aN1,t为网格N1内的油品平均波速；νN1,t为网格N1内的油品平均黏度；Δx为距离步长；Zt为混油中心界面位置随机值；Lt为混油长度随机值。
本申请实施例的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，所述根据随机生成的所述管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，确定当前时刻所述管段内混油段的油品平均波速和油品平均黏度，包括：
在混油段位于所述网格平面的多个网格内，起始网格为N1，终止网格为N2时，根据以下公式确定起始网格内的油品平均波速和油品平均黏度：
其中，c1和c2分别为前行油品和后行油品的浓度；a1、a2分别为前行油品和后行油品的波速；ν1、ν2分别为前行油品和后行油品的黏度；aN1,t为网格N1内的油品平均波速；νN1,t为网格N1内的油品平均黏度；Δx为距离步长；Zt为混油中心界面位置随机值；Lt为混油长度随机值；
根据以下公式确定终止网格内的油品平均波速和油品平均黏度：
其中，c1和c2分别为前行油品和后行油品的浓度；a1、a2分别为前行油品和后行油品的波速；ν1、ν2分别为前行油品和后行油品的黏度；aN2,t为网格N2内的油品平均波速；νN2,t为网格N2内的油品平均黏度；Δx为距离步长；Zt为混油中心界面位置随机值；Lt为混油长度随机值；
根据以下公式确定起始网格和终止网格之间的网格内的油品平均波速和油品平均黏度：
aN,t＝a1·c1+a2·c2
νN,t＝ν1·c1+ν2·c2
其中，c1和c2分别为前行油品和后行油品的浓度；a1、a2分别为前行油品和后行油品的波速；aN,t为起始网格和终止网格之间的网格内的油品平均波速；νN,t为起始网格和终止网格之间的网格内的油品平均黏度。
本申请实施例的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，所述管段的节点包括上游边界点、下游边界点和位于其间的内点；对应的：
对于任意时刻的内点，其前向特征线(即C+特征线)包括：
其中：
Δx为距离步长，Δt为时间步长，a为混油段中油品平均波速，为R点的波速，为时刻t下第i个节点的压头，为时刻t下第i个节点的流量，为R点的流量，R点为时刻t下第i个节点的C+特征线与第t-1时刻的交点，为t-1时刻R 点的压头，Hi-1,t-1为t-1时刻下第i-1个节点的压头，Hi,t-1为t-1时刻下第i个节点的压头，Qi-1,t-1为t-1时刻下第i-1个节点的流量，Qi,t-1为t-1时刻下第i个节点的流量，A为管段的横截面积，g为重力加速度，m为流态有关的系数，λ为与雷诺数Re有关的达西水力摩阻系数，且Q为管段的流量，D为管段的内径，ν为管段的油品平均黏度；
对于任意时刻的内点，其后向特征线(即C-特征线)包括：
其中：
式中：为S点的波速，S点为时刻t下第i节点的C-特征线与第t-1时刻的交点，Hi,t-1为t-1时刻下第i个节点的压头，Hi+1,t-1为t-1时刻下第i+1个节点的压头，Qi,t-1为t-1时刻下第i个节点的流量，Qi+1,t-1为t-1时刻下第i+1个节点的流量；
对于任意时刻的上游边界点，其C-特征线包括：
其中：
式中：为S点的流量，S点为时刻t下第一个节点的C-特征线与第t-1时刻的交点，为t-1时刻S点的压头，为S点的波速，H1,t-1为t-1时刻下第一个节点的压头，H2,t-1为t-1时刻下第二个节点的压头，Q1,t-1为t-1时刻下第一个节点的流量， Q2,t-1为t-1时刻下第二个节点的流量；
对于任意时刻的下游边界点，其C+特征线包括：
其中：
式中：为R点的波速，为时刻t下第N+1个节点的压头，为时刻t下第N+1个节点的流量，为R点的流量，R点为时刻t下第N+1个节点的 C+特征线与第t-1时刻的交点，为t-1时刻R点的压头，HN,t-1为t-1时刻下第N 个节点的压头，HN+1,t-1为t-1时刻下第N+1个节点的压头，QN+1-1,t-1为t-1时刻下第N个节点的流量，QN+1,t-1为t-1时刻下第N+1个节点的流量。
本申请实施例的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，所述基于随机生成的多个第二数据对，对应生成多个第三数据对的计算；以及，从所述多个第三数据对中，确定其数值与所述第一数据对中对应数值之间的偏差满足预设条件的第三数据对的计算；通过粒子群算法实现。
本申请实施例的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，所述预设条件包括以下公式：
式中，Fo为代表累计偏差的目标函数，所述目标函数为所述粒子群算法中的适应度函数，为t时刻计算的上游流量，为t时刻计算的下游压头，max QSC为计算的上游流量中的最大值，max HXC为计算的下游压头中的最大值，tmax为计算最大时间。
另一方面，本申请实施例还提供了一种成品油顺序输送管道混油界面跟踪装置，包括：
第一获取模块，用于实时获取管段的特征参数；所述特征参数包括第一数据对，所述第一数据对包括所述管段在当前时刻的上游压头测量值、上游流量测量值、下游压头测量值及下游流量测量值；
第二获取模块，用于基于随机生成的多个第二数据对，对应生成多个第三数据对，所述第二数据对包括所述管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，所述第三数据对包括所述管段在当前时刻的上游压头计算值及下游流量计算值；
第三获取模块，用于从所述多个第三数据对中，确定其数值与所述第一数据对中对应数值之间的偏差满足预设条件的第三数据对，并将该第三数据对所对应的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，确定为所述管段在当前时刻的混油中心界面位置预测值及混油长度预测值。
再一方面，本申请实施例还提供了另一种成品油顺序输送管道混油界面跟踪装置，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：
实时获取管段的特征参数；所述特征参数包括第一数据对，所述第一数据对包括所述管段在当前时刻的上游压头测量值、上游流量测量值、下游压头测量值及下游流量测量值；
基于随机生成的多个第二数据对，对应生成多个第三数据对，所述第二数据对包括所述管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，所述第三数据对包括所述管段在当前时刻的上游压头计算值及下游流量计算值；
从所述多个第三数据对中，确定其数值与所述第一数据对中对应数值之间的偏差满足预设条件的第三数据对，并将该第三数据对所对应的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，确定为所述管段在当前时刻的混油中心界面位置预测值及混油长度预测值。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例中，实时获取管段的特征参数；特征参数包括第一数据对，第一数据对包括管段在当前时刻的上游压头测量值、上游流量测量值、下游压头测量值及下游流量测量值；基于随机生成的多个第二数据对生成多个第三数据对；第二数据对包括管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，第三数据对包括管段在当前时刻的上游压头计算值及下游流量计算值；从多个第三数据对中确定其数值与第一数据对中对应数值之间的偏差满足预设条件的第三数据对，将该第三数据对所对应的随机值对应确定为管段在当前时刻的混油中心界面位置预测值及混油长度预测值，从而实现了成品油顺序输送管道混油界面准确跟踪。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本申请一实施例的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法的流程图；
图2为本申请一实施例的网格平面示意图；
图3为本申请一实施例的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法中的不稳定流动水力计算流程图；
图4为本申请一实施例采用粒子群算法获取每一时步的混油中心界面位置和混油段长度的流程图；
图5为本申请一实施例的成品油顺序输送管道混油界面跟踪装置的结构框图；
图6为本申请另一实施例的成品油顺序输送管道混油界面跟踪装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
在描述本申请具体实施方式前，先进行如下说明：
长距离输油管道为保证流体能够安全的从管道起点输送至管道终点，管道沿线会布置加压设备和阀门，同时各个管段起终点都安装有压力和流量监测设备。由于管道总距离较长，可以将其划分为多段含有压力及流量监测设备的管段，并可对各个管段单独进行研究。
对于顺序输送的成品油管道系统而言，其水力的不稳定性是不可忽视的重要特性。成品油管道顺序输送时，由于管道沿线输送油品的物性不同，相邻两种油品在接触面处会相互扩散，产生两种油品的混合物，该混油长度和混油量会在油品沿管道运移过程中随时间的变化逐渐增加，因此顺序输送的液流是不稳定的，不稳定的程度也差别甚大。由于沿程摩擦阻力和位能的变化，随着混油段沿管线的移动，管内的流量、压力等水力参数也会随之变化，这些参数可以通过各个管段上下游检测设备时时进行数据采集和监控，从而可以作为成品油管道混油界面跟踪问题研究的数据来源和判断标准。
通常而言，压力管道内任意一点的流速和压力仅与该点的位置相关，而与时间无关的流动称为稳定流动。相反，管道内任意一点的流速与压力除与该点位置有关外，还与时间相关的流动成为不稳定流动或瞬变流动，成品油管道顺序输送过程即为瞬变流动过程。
当管道内存在扰动时，扰动会以压力波的形式向上游和下游传播。为便于计算，可将每个管段的长度离散成多个等长度的距离步长Δx，并将每个管段内成品油顺序输送的瞬变流动过程离散成多个等时间的时间步长Δt；例如将管段从起点至终点在内的N+1个节点将总长为L的管段沿长度方向离散成N段。例如在时间范围上利用压力波传播速度a把瞬变过程离散成若干时间步长Δt，则：
其中，压力波的传播速度与流体的可压缩性和管道的弹性紧密相关，对于薄壁管道(即D/δ＞25时)，其压力波的计算公式如下：
式中：a—压力波波速，m/s；
k—液体的体积弹性系数，Pa；
ρ—液体密度，kg/m3；
E—管材的弹性模量，Pa；
D—管道内径，m；
δ—管壁厚度，m；
φ—管道约束系数，取决于管道的约束条件：一端固定，另一端自由伸缩，φ＝1-μ/2；管道无轴向位移(埋地管道)，φ＝1-μ2；管道轴向可自由伸缩(如承接式接头连接)，φ＝1，其中μ为管材的泊松系数。
通过上述方式，以管段长度方向作为横轴，以油品顺序输送过程持续时间作为纵轴，就构成了x-t网格平面，如图2所示。所述网格平面中每个网格的横向长度为一个所述距离步长，所述网格平面中每个网格纵向长度为一个所述时间步长Δt。
基于所述网格平面可以确定影响管段中各节点的特征线。具体的：
当油品在管段内向前流动时，N+1个节点沿管段长度方向依次排列。节点可划分为两类，即内点和边界点，其中边界点划分为上游边界点和下游边界点。上游边界点指管段起点(i＝1)，下游边界点指管段终点(i＝N+1)，则内点即为管段中间部分的所有节点(i＝2,3,…,N-1,N)。
在图2中，C+和C-为压力波的传播轨迹，也称为特征线。C+特征线的斜率为同理当t＞0时，上游边界点只受到上一时刻下游C-特征线的影响，下游边界点只受到上一时刻上游C+特征线的影响，而内点则同时受到上一时刻上游C+和上一时刻下游C-特征线的影响。
当管段内仅输送单一介质时，波速为定值。如图中实线所示此时特征线恰好落在节点上，内点P同时受到A点和B点的影响。但由于成品油管道的水力特殊性，输送的油品一般并非单一介质，而是由多种不同种类不同牌号的油品按照一定批次顺序进行输送的。这种情况下管段液体波速不同是必然的，对于纯油段，同种油品的不同牌号相邻输送存在波速的微小不同，不同种类油品的差异则较大；对于混油段，沿混油长度方向不同截面处两种油品的浓度比例各不相同，则波速也处处不同。如图2 中虚线所示，P点的特征线将会在A、B点间相交于R和S点，直线的斜率分别为和在不同的距离步长Δx内，由于波速a值不同，这样各段特征线的斜率会有所不同。
针对管段内存在波速不同的情况，以i＝{1,2,...,N+1}表示研究管段长度范围内所有节点序号的集合，节点下标用i表示；以t＝{0,Δt,2Δt,...,nΔt}表示研究时间范围内所有时间顺序的集合，时间下标用t表示。
若R、S点位于A、B网格之外会导致计算的不稳定性；若R、S点位于A、B 网格之间，但偏差较多，会产生明显的插值误差。因此，为保证R、S点位于A、B 之间，需对距离步长Δx的取值进行约束，即Δt和Δx的取值应满足下式：
其中，Δt为时间步长，Δx为距离步长，ai为第i个节点的波速，Vi为第i个节点的流速，|ai+Vi|max为ai和Vi之间的绝对值的最大值。
对于稳态，瞬变过程发生前的初始时刻，管段内压力分布和流量分配情况如下：
Hi,t＝0＝H0i
Qi,t＝0＝Q0i
式中:H0i—初始时刻节点i的稳态压头，m；
Q0i—初始时刻节点i的稳态流量，m3/s；
对于瞬态，管段的节点包括上游边界点、下游边界点和位于其间的内点；对应的：
对于任意时刻的内点，其C+特征线包括：
其中：
Δx为距离步长，Δt为时间步长，a为混油段中油品平均波速，为R点的波速，为时刻t下第i个节点的压头，为时刻t下第i个节点的流量，为R点的流量，R点为时刻t下第i个节点的C+特征线与第t-1时刻的交点，为t-1时刻R 点的压头，Hi-1,t-1为t-1时刻下第i-1个节点的压头，Hi,t-1为t-1时刻下第i个节点的压头，Qi-1,t-1为t-1时刻下第i-1个节点的流量，Qi,t-1为t-1时刻下第i个节点的流量，A为管段的横截面积，g为重力加速度，m为流态有关的系数，λ为与雷诺数Re及管壁粗糙度有关的达西水力摩阻系数，且成品油管道内流体流态多处于水力光滑区，当管径较小时输送低粘度油品可能进入混合摩擦区(不同流态下的水力摩阻系数值计算可见下表1所示)，Q为管段的流量，D为管段的内径，ν为管段的油品平均黏度。
表1
对于任意时刻的内点，其C-特征线包括：
其中：
式中：为S点的波速，S点为时刻t下第i节点的C-特征线与第t-1时刻的交点，Hi,t-1为t-1时刻下第i个节点的压头，Hi+1,t-1为t-1时刻下第i+1个节点的压头，Qi,t-1为t-1时刻下第i个节点的流量，Qi+1,t-1为t-1时刻下第i+1个节点的流量。
本申请实施例中，t时刻下上游边界点(节点1)只受到t-1时刻时节点2传来的C-特征线的影响，因此需要结合已知的边界条件进行求解，本申请实施例中假定上游压头已知。则对于任意时刻的上游边界点，其C-特征线包括：
其中：
式中：为S点的流量，S点为时刻t下第一个节点的C-特征线与第t-1时刻的交点，为t-1时刻S点的压头，为S点的波速，H1,t-1为t-1时刻下第一个节点的压头，H2,t-1为t-1时刻下第二个节点的压头，Q1,t-1为t-1时刻下第一个节点的流量， Q2,t-1为t-1时刻下第二个节点的流量。
本申请实施例中，t时刻下游边界点(节点N+1)只受到t-1时刻时节点N传来的C+特征线的影响，因此需要结合已知的边界条件进行求解，本申请实施例中假定下游流量已知。则对于任意时刻的下游边界点，其C+特征线包括：
其中：
式中：为R点的波速，为时刻t下第N+1个节点的压头，为时刻t下第N+1个节点的流量，为R点的流量，R点为时刻t下第N+1个节点的 C+特征线与第t-1时刻的交点，为t-1时刻R点的压头，HN,t-1为t-1时刻下第N 个节点的压头，HN+1,t-1为t-1时刻下第N+1个节点的压头，QN+1-1,t-1为t-1时刻下第N个节点的流量，QN+1,t-1为t-1时刻下第N+1个节点的流量。
在此基础上，参考图1所示，本申请实施例的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，可以包括：
S101、实时获取管段的特征参数。
所述特征参数可以包括油品物性参数、系统采集数据、管段内油品初始状态参数。其中油品物性参数可以包括：密度、黏度等。系统采集数据可以包括：研究时间范围内管段起点与管段终点的压力和流量(即在当前时刻的上游压头测量值、上游流量测量值、下游压头测量值及下游流量测量值)，为便于描述，本申请实施例中，上游压头测量值、上游流量测量值、下游压头测量值及下游流量测量值可称之为第一数据对。管内油品初始状态参数可以包括：初始混油长度、前行及后行油品类型等。
S102、基于随机生成的多个第二数据对，对应生成多个第三数据对，所述第二数据对包括所述管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，所述第三数据对包括所述管段在当前时刻的上游压头计算值及下游流量计算值。
本申请一实施例中，所述基于随机生成的多个第二数据对，对应生成多个第三数据对可以包括以下步骤：
首先，根据随机生成的所述管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，确定当前时刻所述管段内混油段的油品平均波速和油品平均黏度。
然后，将当前时刻所述管段内混油段的油品平均波速和油品平均黏度，代入对应节点的特征线，得到所述管段在当前时刻的上游压头计算值及下游流量计算值(具体可参见图3所示的)。在图3所示的步骤中，为保证计算精度需要取较小时步，但计算结果可以间隔若干个时步再进行输出。图3中tmax是计算控制变量，控制瞬变过程最长的计算时间，即当时间达到tmax时计算终止；T为输出控制变量，可以控制输出时步的间隔，即当计算时间达到T的整倍数时需要对当前阶段计算结果进行输出。
在本申请一实施例中，所述根据随机生成的所述管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，确定当前时刻所述管段内混油段的油品平均波速和油品平均黏度，可以包括：
在混油段位于所述网格平面的一个网格N1内时，根据以下公式确定该网格N1内的油品平均波速和油品平均黏度：
其中，a1、a2分别为前行油品和后行油品的波速；ν1、ν2分别为前行油品和后行油品的黏度；aN1,t为网格N1内的油品平均波速；νN1,t为网格N1内的油品平均黏度；Δx为距离步长；Zt为混油中心界面位置随机值，且Zt＝Zt-1+ΔZt，ΔZt为增量；Lt为混油长度随机值，且Lt＝Lt-1+ΔLt，ΔLt为增量。
在混油段位于所述网格平面的多个网格内，起始网格为N1，终止网格为N2时，根据以下公式确定起始网格内的油品平均波速和油品平均黏度：
其中，c1和c2分别为前行油品和后行油品的浓度。
根据以下公式确定终止网格内的油品平均波速和油品平均黏度：
其中，aN2,t为网格N2内的油品平均波速；νN2,t为网格N2内的油品平均黏度。
根据以下公式确定起始网格和终止网格之间的网格内的油品平均波速和油品平均黏度：
aN,t＝a1·c1+a2·c2
νN,t＝ν1·c1+ν2·c2
其中，aN,t为起始网格和终止网格之间的网格内的油品平均波速；νN,t为起始网格和终止网格之间的网格内的油品平均黏度。
S103、从所述多个第三数据对中，确定其数值与所述第一数据对中对应数值之间的偏差满足预设条件的第三数据对，并将该第三数据对所对应的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，确定为所述管段在当前时刻的混油中心界面位置预测值及混油长度预测值。
本申请一实施例中，所述预设条件包括以下公式：
式中，Fo为代表累计偏差的目标函数，为t时刻计算的上游流量，为t时刻计算的下游压头，max QSC为计算的上游流量中的最大值，max HXC为计算的下游压头中的最大值，tmax计算最大时间。
在本申请一示例性实施例中，所述基于随机生成的多个第二数据对，对应生成多个第三数据对的计算；以及，从所述多个第三数据对中，确定其数值与所述第一数据对中对应数值之间的偏差满足预设条件的第三数据对的计算；可通过粒子群算法实现，对应的，所述目标函数为所述粒子群算法中的适应度函数。
粒子群算法是一种已知的基于种群的随机搜索算法，具有搜索效率高、鲁棒性强以及不易收敛于局部最优解等特点。为便于理解，下面对粒子群算法进行相关说明。
粒子群算法是一种基于种群的智能算法，用于模拟种群搜寻食物的过程，种群中的每个成员称为粒子，每个粒子代表潜在的可行解，而食物的位置则为全局最优解。群体在D维的解空间中搜寻全局最优解，在每次迭代中每个粒子都有一个适应度函数值和速度来调整自身飞行的方向，确保飞往食物所在的位置。并且，在飞行的过程中每个粒子都具有记忆功能，即能够记忆自身所经历的最佳位置(personal best， pbest)。搜寻过程中种群内部还存在信息交流，即每个粒子能够感知种群中靠近食物最近的粒子的位置(globalbest，gbest)。为了达成接近食物位置的目的，每个粒子都向自身经历的最佳位置pbest和种群中最好粒子的位置gbest学习，最终接近食物的位置。
原始粒子群算法的数学描述如下，假设种群规模为N，在迭代时刻t，每个粒子在D维空间中的坐标位置可表示为粒子的速度表示为坐标位置xi(t)和速度vi(t)在t+1时刻，按照下述方式进行调整：
vi(t+1)＝vi(t)+c1r1(pi(t)-xi(t))+c2r2(pg(t)-xi(t))
xi(t+1)＝xi(t)+vi(t+1)
式中：vi(t)为粒子在上一时刻的速度，具有自身开拓、扩大搜索空间、探索新的搜索区域的趋势，使算法具有全局搜索能力，但在迭代后期可能影响算法的局部精细搜索；pi(t)为粒子i自身经历过的最优位置，即pbest，体现了粒子向自身学习的能力，称为粒子的“自知学习”部分；pg(t)表示种群中最好的粒子位置，表示粒子向整个种群学习的能力，称为粒子的“社会学习”部分；c1和c2称为加速常数，通常在 [0,2]之间取值；r1和r2为在[0,1]之间取值的均匀分布的随机数；vmax为粒子在搜索空间中搜寻时的最大速度，在每次迭代中当速度更新完成后粒子速度有可能超过既定的最大速度，公式(3.3)用于限定粒子速度更新后的限制。原始粒子群算法的执行步骤可如下表2所示。
表2
本申请实施例中，在通过粒子群算法实现时，其计算步骤可如图4所示。在图4 所示的步骤中：粒子群算法初始化过程：随机产生种群内粒子的速度和位置，其中位置信息由混油中心界面位置偏移量及混油长度增量组成。粒子群算法种群评价过程：计算粒子群算法的适应度函数值(这里的适应度函数即为前文所述的目标函数)，即进行不稳定流动水力计算。
虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。
参考图5所示，本申请实施例的成品油顺序输送管道混油界面跟踪装置，可以包括：
第一获取模块51，可以用于实时获取管段的特征参数；所述特征参数包括第一数据对，所述第一数据对包括所述管段在当前时刻的上游压头测量值、上游流量测量值、下游压头测量值及下游流量测量值；
第二获取模块52，可以用于基于随机生成的多个第二数据对，对应生成多个第三数据对；所述第二数据对包括所述管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，所述第三数据对包括所述管段在当前时刻的上游压头计算值及下游流量计算值；
第三获取模块53，可以用于从所述多个第三数据对中，确定其数值与所述第一数据对中对应数值之间的偏差满足预设条件的第三数据对，并将该第三数据对所对应的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，确定为所述管段在当前时刻的混油中心界面位置预测值及混油长度预测值。
本申请实施例的装置与上述实施例的方法对应，因此，有关于本申请的装置细节，请参见上述实施例的方法，在此不再赘述。
参考图6所示，本申请实施例的成品油顺序输送管道混油界面跟踪装置，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：
实时获取管段的特征参数；所述特征参数包括第一数据对，所述第一数据对包括所述管段在当前时刻的上游压头测量值、上游流量测量值、下游压头测量值及下游流量测量值；
基于随机生成的多个第二数据对，对应生成多个第三数据对；所述第二数据对包括所述管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，所述第三数据对包括所述管段在当前时刻的上游压头计算值及下游流量计算值；
从所述多个第三数据对中，确定其数值与所述第一数据对中对应数值之间的偏差满足预设条件的第三数据对，并将该第三数据对所对应的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，确定为所述管段在当前时刻的混油中心界面位置预测值及混油长度预测值。
本申请实施例的装置与上述实施例的方法对应，因此，有关于本申请的装置细节，请参见上述实施例的方法，在此不再赘述。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/ 或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，其特征在于，包括：
实时获取管段的特征参数；所述特征参数包括第一数据对，所述第一数据对包括所述管段在当前时刻的上游压头测量值、上游流量测量值、下游压头测量值及下游流量测量值；
基于随机生成的多个第二数据对，对应生成多个第三数据对，所述第二数据对包括所述管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，所述第三数据对包括所述管段在当前时刻的上游压头计算值及下游流量计算值；
从所述多个第三数据对中，确定其数值与所述第一数据对中对应数值之间的偏差满足预设条件的第三数据对，并将该第三数据对所对应的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，确定为所述管段在当前时刻的混油中心界面位置预测值及混油长度预测值。
2.如权利要求1所述的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，其特征在于，还包括：预先通过以下方式获得所述管段的特征线：
将管段的长度离散成多个等长度的距离步长，并将管段内成品油顺序输送的瞬变流动过程离散成多个等时间的时间步长；
以管段长度方向作为横轴，以油品顺序输送过程持续时间作为纵轴，建立网格平面，所述网格平面中每个网格的横向长度为一个所述距离步长，所述网格平面中每个网格纵向长度为一个所述时间步长；
基于所述网格平面确定影响所述管段中各节点的特征线。
3.如权利要求2所述的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，其特征在于，所述距离步长和所述时间步长之间满足以下关系：
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其中，Δt为时间步长，Δx为距离步长，ai为第i个节点的波速，Vi为第i个节点的流速，|ai+Vi|max为ai和Vi之间的绝对值的最大值。
4.如权利要求2所述的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，其特征在于，所述基于随机生成的多个第二数据对，对应生成多个第三数据对，包括：
根据随机生成的所述管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，确定当前时刻所述管段内混油段的油品平均波速和油品平均黏度；
将当前时刻所述管段内混油段的油品平均波速和油品平均黏度，代入对应节点的特征线，得到所述管段在当前时刻的上游压头计算值及下游流量计算值。
5.如权利要求4所述的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，其特征在于，所述根据随机生成的所述管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，确定当前时刻所述管段内混油段的油品平均波速和油品平均黏度，包括：
在混油段位于所述网格平面的一个网格N1内时，根据以下公式确定该网格N1内的油品平均波速和油品平均黏度：
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其中，a1、a2分别为前行油品和后行油品的波速；ν1、ν2分别为前行油品和后行油品的黏度；aN1,t为网格N1内的油品平均波速；νN1,t为网格N1内的油品平均黏度；Δx为距离步长；Zt为混油中心界面位置随机值；Lt为混油长度随机值。
6.如权利要求4所述的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，其特征在于，所述根据随机生成的所述管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，确定当前时刻所述管段内混油段的油品平均波速和油品平均黏度，包括：
在混油段位于所述网格平面的多个网格内，起始网格为N1，终止网格为N2时，根据以下公式确定起始网格内的油品平均波速和油品平均黏度：
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其中，c1和c2分别为前行油品和后行油品的浓度；a1、a2分别为前行油品和后行油品的波速；ν1、ν2分别为前行油品和后行油品的黏度；aN1,t为网格N1内的油品平均波速；νN1,t为网格N1内的油品平均黏度；Δx为距离步长；Zt为混油中心界面位置随机值；Lt为混油长度随机值；
根据以下公式确定终止网格内的油品平均波速和油品平均黏度：
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其中，c1和c2分别为前行油品和后行油品的浓度；a1、a2分别为前行油品和后行油品的波速；ν1、ν2分别为前行油品和后行油品的黏度；aN2,t为网格N2内的油品平均波速；νN2,t为网格N2内的油品平均黏度；Δx为距离步长；Zt为混油中心界面位置随机值；Lt为混油长度随机值；
根据以下公式确定起始网格和终止网格之间的网格内的油品平均波速和油品平均黏度：
aN,t＝a1·c1+a2·c2
νN,t＝ν1·c1+ν2·c2
其中，c1和c2分别为前行油品和后行油品的浓度；a1、a2分别为前行油品和后行油品的波速；aN,t为起始网格和终止网格之间的网格内的油品平均波速；νN,t为起始网格和终止网格之间的网格内的油品平均黏度。
7.如权利要求4所述的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，其特征在于，所述管段的节点包括上游边界点、下游边界点和位于其间的内点；对应的：
对于任意时刻的内点，其C+特征线包括：
<mrow> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>x</mi> </mrow> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mo>+</mo> <mi>a</mi> </mrow>
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其中：
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Δx为距离步长，Δt为时间步长，a为混油段中油品平均波速，为R点的波速，为时刻t下第i个节点的压头，为时刻t下第i个节点的流量，为R点的流量，R点为时刻t下第i个节点的C+特征线与第t-1时刻的交点，为t-1时刻R点的压头，Hi-1,t-1为t-1时刻下第i-1个节点的压头，Hi,t-1为t-1时刻下第i个节点的压头，Qi-1,t-1为t-1时刻下第i-1个节点的流量，Qi,t-1为t-1时刻下第i个节点的流量，A为管段的横截面积，g为重力加速度，m为流态有关的系数，λ为与雷诺数Re有关的达西水力摩阻系数，且Q为管段的流量，D为管段的内径，ν为管段的油品平均黏度；
对于任意时刻的内点，其C-特征线包括：
<mrow> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>x</mi> </mrow> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mi>a</mi> </mrow>
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其中：
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式中：为S点的波速，S点为时刻t下第i节点的C-特征线与第t-1时刻的交点，Hi,t-1为t-1时刻下第i个节点的压头，Hi+1,t-1为t-1时刻下第i+1个节点的压头，Qi,t-1为t-1时刻下第i个节点的流量，Qi+1,t-1为t-1时刻下第i+1个节点的流量；
对于任意时刻的上游边界点，其C-特征线包括：
<mrow> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>x</mi> </mrow> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mi>a</mi> </mrow>
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其中：
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式中：为S点的流量，S点为时刻t下第一个节点的C-特征线与第t-1时刻的交点，为t-1时刻S点的压头，为S点的波速，H1,t-1为t-1时刻下第一个节点的压头，H2,t-1为t-1时刻下第二个节点的压头，Q1,t-1为t-1时刻下第一个节点的流量，Q2,t-1为t-1时刻下第二个节点的流量；
对于任意时刻的下游边界点，其C+特征线包括：
<mrow> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>x</mi> </mrow> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mo>+</mo> <mi>a</mi> </mrow>
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其中：
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式中：为R点的波速，为时刻t下第N+1个节点的压头，为时刻t下第N+1个节点的流量，为R点的流量，R点为时刻t下第N+1个节点的C+特征线与第t-1时刻的交点，为t-1时刻R点的压头，HN,t-1为t-1时刻下第N个节点的压头，HN+1,t-1为t-1时刻下第N+1个节点的压头，QN+1-1,t-1为t-1时刻下第N个节点的流量，QN+1,t-1为t-1时刻下第N+1个节点的流量。
8.如权利要求1所述的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，其特征在于，所述基于随机生成的多个第二数据对，对应生成多个第三数据对的计算；以及，从所述多个第三数据对中，确定其数值与所述第一数据对中对应数值之间的偏差满足预设条件的第三数据对的计算；通过粒子群算法实现。
9.如权利要求8所述的成品油顺序输送管道混油界面跟踪方法，其特征在于，所述预设条件包括以下公式：
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式中，Fo为代表累计偏差的目标函数，所述目标函数为所述粒子群算法中的适应度函数，为t时刻计算的上游流量，为t时刻计算的下游压头，maxQSC为计算的上游流量中的最大值，maxHXC为计算的下游压头中的最大值，tmax计算最大时间。
10.一种成品油顺序输送管道混油界面跟踪装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于实时获取管段的特征参数；所述特征参数包括第一数据对，所述第一数据对包括所述管段在当前时刻的上游压头测量值、上游流量测量值、下游压头测量值及下游流量测量值；
第二获取模块，用于基于随机生成的多个第二数据对，对应生成多个第三数据对，所述第二数据对包括所述管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，所述第三数据对包括所述管段在当前时刻的上游压头计算值及下游流量计算值；
第三获取模块，用于从所述多个第三数据对中，确定其数值与所述第一数据对中对应数值之间的偏差满足预设条件的第三数据对，并将该第三数据对所对应的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，确定为所述管段在当前时刻的混油中心界面位置预测值及混油长度预测值。
11.一种成品油顺序输送管道混油界面跟踪装置，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：
实时获取管段的特征参数；所述特征参数包括第一数据对，所述第一数据对包括所述管段在当前时刻的上游压头测量值、上游流量测量值、下游压头测量值及下游流量测量值；
基于随机生成的多个第二数据对，对应生成多个第三数据对，所述第二数据对包括所述管段在当前时刻的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，所述第三数据对包括所述管段在当前时刻的上游压头计算值及下游流量计算值；
从所述多个第三数据对中，确定其数值与所述第一数据对中对应数值之间的偏差满足预设条件的第三数据对，并将该第三数据对所对应的混油中心界面位置随机值及混油长度随机值，确定为所述管段在当前时刻的混油中心界面位置预测值及混油长度预测值。
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