[发明专利]大型油气生产管线空间布局优化方法

说明书

本发明公开了一种大型油气生产管线空间布局优化方法，该方法将两层布局空间进行栅格化处理，建立空间坐标系OXYZ；根据加权计算决定不同类型管线的优先级；使用改进的蚁群算法对优先级最高的生产管线在一层空间内进行最优化布线；确定二层布局空间的起点和终点；使用改进的蚁群算法对生产管线在二层空间内进行最优化布线；按照两层布局空间生产管线的最优路径进行空间布局；按照优先级排序分别对剩余的生产管线重复前面的步骤进行空间布局。本发明通过对布局空间内障碍物的避障寻优，对穿越楼层的生产管线布局进行了规划，保证了生产管线布局较短的实际总长度和较少的弯头数，提高了生产管线布局的设计效率。

技术领域

本发明涉及管线布局优化方法，尤其涉及大型油气生产管线空间布局优化方法。

背景技术

在海洋石油平台的设计过程中，生产管线的空间布局除了要满足生产、安全、操作、维修、安装等工程约束外，还应考虑平台空间大小，设备布局尽可能紧凑，以节约平台空间，管路布局尽量使管长最短、弯头数最少。此外还要兼顾美观性，尽量做到排列有序、整齐美观。现阶段主要采用人工设计的方法进行生产管线布局，布置难度较大，再加上平台空间有限，油气系统管路数量繁多，设计人员需根据经验反复思考，设计周期长、效率低、工作量大且很难得到最优的设计方案，严重影响着整个平台的设计进度。

技术方案

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种大型油气生产管线空间布局优化方法。该方法通过对布局空间内障碍物的躲避来寻找最合理的路径，并对穿越楼层的生产管线布局进行了规划，保证了生产管线布局弯头数较少，实际总长度较短，进而提高生产管线布局的安全性和可操作性并便于维修。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案。

本发明的大型油气生产管线空间布局优化方法，包括以下步骤：

步骤一、将需要进行布局的两层房间看作一个整体布局空间，在一层房间内选取左下角点O作为坐标原点建立空间坐标系OXYZ，以该布局空间中地面所对应的长度方向作为X轴正方向，以地面所对应的宽度方向作为Y轴正方向，Z轴与X轴、Y轴垂直，以垂直于地面向上作为Z轴正方向；然后将布局空间进行如下栅格化处理：在XYZ平面内采用分别与X轴、Y轴、Z轴平行的分割线将布局空间的各个面等间距分割，分割线的交点为一个节点，最后将待安装的生产管线管路路径的轴线表达为从起点到终点，由若干相邻节点间线段组成的折线，格栅的大小不大于生产管线与障碍物之间的安全距离；

步骤二、在一层空间内分别给定生产管线起点位置坐标(x₀,y₀,z₀)和终点位置坐标(x₁,y₁,z₁)，生产管线之间为正交设置，在一层空间内有n个已经布置好的设备，作为生产管线空间布局的障碍物，记为S＝(S₁,S₂,…S_n)，有p条待布生产管线，记为P＝(P₁,P₂,…P_p)；

步骤三、将原油、天然气、液化石油气、消防生产管线、注水生产管线进行优先布线，其他辅助生产管线在上述生产管线布线完成后再进行布线，所述的优先布线的各个生产管线中的布局顺序的确定过程如下：

第一步、确定影响不同类型生产管线布局的因素，每一条生产管线的约束函数分别为：安全性约束S1、空间物理约束S2、工艺性约束S3和夹角约束S4；

第二步、设置各因素对生产管线布局影响的占比系数分别为：W1为安全性约束S1的占比系数、W2为空间物理约束S2的占比系数、W3为工艺性约束S3的占比系数、W4为夹角约束S4的占比系数，其中W1＞W2＞W3＞W4，取W1＝0.5，W2＝0.35，W3＝0.1，W4＝0.05；