[发明专利]基于蒙特卡罗法模拟构建海油污染物减排运行成本的方法

权利要求书

1.基于蒙特卡罗法模拟构建海油污染物减排运行成本的方法，其特征在于，该方法步骤包括：

1)假设海上油田废水处理设施进水水量和污染物浓度及污染物去除率为不确定性因素，以上因素具有日差异性且在取值范围内按一定分布类型随机取值；

2)基于多组同类型已有海洋油田的运行数据，统计分析得出各油田废水中各类污染物浓度分布的取值范围；

3)基于除油、气浮、过滤三阶段的不同工艺的处理量和各类污染物去除率的取值范围、分布函数，应用蒙特卡罗法，进行多次随机实验，每次随机实验过程为，在取值范围内，按照统计得出的概率分布类型，对油田产生废水量、污染物浓度及各工艺水处理技术污染物去除率随机抽样，抽样产生的随机数代表海洋油田废水处理设施一天的运行状态；

4)计算各工艺和各阶段污染物的出水浓度；

5)借助计算机系统，通过千万次随机抽样试验，产生千万组随机数，通过计算产生千万组各工艺和各阶段的污染物出水浓度；

6)统计分析千万次随机试验结果，千万组末端污染物出水浓度达标值才得以输出，由各环节处理水量、进出水污染物浓度差计算污染物削减量，来分析海洋油田废水处理设施的污染物减排量和运行成本。

2.根据权利要求1所述的基于蒙特卡罗法模拟构建海油污染物减排运行成本的方法，其特征在于，具体步骤如下：海洋油田废水处理分为除油、气浮、过滤三阶；

除油阶段包括四种工艺，气浮阶段包括两种工艺，过滤阶段包括七种工艺，三阶段不同工艺类型分别用j,k,p表示；

经调研得出设备进口污水的含油浓度c、进水流量Q和石油去除率R的数值范围，进行蒙特卡洛随机抽样，抽样值进行如下公式计算；

步骤一：除油阶段除油工艺j的污水处理效率

进口含油量c_0,j,i、石油去除率R_1,j,i、流量Q_1,j,i为蒙特卡洛第i次的抽样值，计算可求出：工艺出口含油量为c_1,j,i，石油削减量M_1,j,i，除油阶段出口含油量为c_1,i

其中：

c_0,j,i——除油工艺j进水中的含油浓度(mg/L)，c_0,j,i≥0；

c_1,j,i——除油工艺j出水中的含油浓度(mg/L)，c_1,j,i≥0；

c_1,i——除油阶段出水中的含油浓度即下一阶段入口浓度(mg/L)，c_1,i≥0；

Q_1,j,i——除油工艺j废水处理流量(m³/d)，Q_1,j,i＞0；

R_1,j,i——除油工艺j运行的石油去除率(％)；

M_1,j,i——除油工艺j的废水削减量(kg/d)；

步骤二：气浮阶段气浮工艺k的污水处理效率

石油去除率R_2,k,i是蒙特卡洛随机抽样的第i次抽样结果，用于计算气浮工艺k出口含油量c_2,k,i，石油削减量M_2,k,i，气浮阶段不同工艺流量均匀分配

其中：

c_1,i——气浮工艺k进水中的含油浓度(mg/L)，c_1,i≥0；

c_2,k,i——气浮工艺k出水中的含油浓度(mg/L)，c_2,k,i≥0；

c_2,i——气浮阶段出水中的含油浓度即下一阶段入口浓度(mg/L)，c_2,i≥0；

Q_2,k,i——气浮工艺k的废水处理流量(m³/d)，Q_2,k,i＞0；

R_2,k,i——气浮工艺k运行的石油去除率(％)；

M_2,k,i——气浮工艺k的石油削减量(kg/d)；

步骤三：过滤阶段气浮工艺k的污水处理效率

石油去除率R_3,p,i是蒙特卡洛随机抽样的第i次抽样结果，用于计算过滤工艺p出口含油量c_3,p,i，石油削减量M_3,p,i，过滤阶段不同工艺流量均匀分配

其中：

c_2,i——过滤工艺k进水中的含油浓度(mg/L)，c_2,i≥0；

c_3,p,i——过滤工艺k出水中的含油浓度(mg/L)，c_3,p,i≥0；

c_3,i——过滤阶段出水中总的含油浓度即末端出水浓度(mg/L)，c_3,i≥0；

Q_3,p,i——过滤工艺k废水处理流量(m³/d)，Q_2,k,i＞0；

R_3,p,i——过滤工艺k运行的石油平均去除率(％)；

M_3,p,i——过滤工艺k的废水削减量(kg/d)；

步骤四：达标排放约束条件

石油浓度排放限值为c⁰,达标排放应满足如下关系：

c_3,i≤c⁰

其中：

c⁰——污水排放标准污染物石油的含量限值(mg/L)，c⁰≥0

步骤五：费用函数构建和拟合

(1)常见费用函数模型

污水处理费用考虑运行费用，常见的费用函数主要有线性、乘幂型、指数型等形式；

线性：

C＝aM+b

乘幂型：

C＝aM^b

指数型：

C＝ae^bM

其中:

C——运行费用(元/吨)；

M——设计规模日减排量(kg/d)；

a、b——系数；

污水处理运行费用包括电费、药剂费等费用，主要与处理水量和处理效率有关；

将石油的减排量作为费用函数模型的变量，油田废水运行费用函数形式如下：

(2)含油污水处理费用函数

其中：

C——运行费用(元/吨)；

Q——日处理废水水量(m³/d)；

c_进——各工艺段进水所含污染物浓度(mg/L)；

c_出——各工艺段出水所含污染物浓度(mg/L)；

M——设计规模日减排量(kg/d)；

k,α为常量参数(回归方程拟合得)，且k,α＞0；当α＝1时为线性；

利用调研数据，对上述运行费用函数进行回归分析，根据相关系数R²对回归模型进行检验，分析得出运行费用最优函数模型。