最优化理论主要研究如何在众多方案中选择最佳方案，构造寻求最佳的计算方法，被广泛地应用于经济管理、工程应用及最优控制等领域。在油气管道工程设计、施工、运行和维护等方面，利用最优化方法可以提高设计水平和施工效率、降低管道运行成本、缩短设计时间，从而节省工程投资，为油气管道企业带来巨大的经济效益和社会效益。
一、生产运行优化
1.单油品输送
王清根据孤东原油管道运行现状以及孤永东管道和孤罗东管道的运行参数，在不改变现有设备和保证原油外输量的前提下，制定优化运行方案，即把2条管道作为1个输油系统，选择以2条管道的最低进站油温为最低允许输油温度，将孤岛首站总的输油量合理匹配给2条管道，实现孤东管道全年压力越站，减少首站的节流损失，提高孤罗东管道的输送量，达到节能降耗的目的。
针对库鄯输油管道采用变频调速主泵，孙胜戈以能耗最小为目标函数，以输油计划的运行时间和输油量为约束条件，建立库鄯输油管道优化数学模型。采用线性规划法（Lindo软件）进行求解，并对目标函数系数进行灵敏度分析。该方法操作简单，忽略非正常停输的影响，能够发挥变频调速泵的节能效果。
徐严波等建立包括连续变量和离散变量的输油管道优化运行的数学模型，以热力费用和动力费用的总和为目标函数，以出站油温上下限、总压头、出站压头、加热炉的热负荷上下限、允许输量的上下限为约束条件，利用混合离散变量组合形（MDCP）法求解数学模型。根据所求解问题的规模、目标函数和约束函数的形态和复杂程度，在运算过程中对所输出的信息进行人工干预或改变计算策略，能够有效地解决离散变量约束非线性参数寻优问题。
高松竹等以所有增压站投入运行的泵机组消耗的总动力费用最小为目标函数，以进出站压力、强度、水力、泵站特性﹑运行泵效率和轴功率为约束条件，建立长距离输油管道优化运行模型，利用由模拟退火算法和遗传算法结合构成的混合遗传算法对模型求解。结果表明，混合遗传算法具有快速搜索、易收敛和鲁棒性强的特点，动力费用最低。
严宏东以燃料和动力费用最小为目标函数，考虑输油管道总基建投资、热泵站和泵站的总投资、输油管道动力费用和燃料费用及全部职工工资支出，以强度约束、泵特性﹑热力和水力为约束条件，建立热油管道优化数学模型。改进混沌综合法对模型进行求解。结果表明：该方法能够节省工程投资，降低设计成本，缩短设计时间，综合利用混沌搜索容易找到全局最优解的近似解，复合型法局部收敛快，能将混沌优化方法与复合型法的优点结合起来。
2.多油品输送
王立贵在成品油输油管道的结构与配置信息和每个分销中心储油罐的信息已知，在调度计划时域末每个分销中心所下订单全部满足，沿管道运送中的油品顺序已知，泵入管道各油品的体积已知，炼油厂的生产调度计划已知，炼油厂和各分销中心油罐的可用储存量已知，炼油厂和各分销中心油罐的最大、最小储存能力已知，以及油品泵入管道的最大速率、管道向分销中心供应油品的最大速率、分销中心向油品市场输送油品的最大速率已知，调度计划的时域已知等前提条件下，以管道的总运行成本费用最小为目标，建立17个约束条件，应用软件ILOG OPL Studio3.6对模型进行求解。
蒋仕章等给出多油品混油“界面”处于管道某特殊点时全线压能平衡方程和各校核点动压方程的计算公式。根据格尔木－拉萨管道改造方案，以寻求最大输量为目标，对其工况进行优化研究。在寻求最优调节方案时，采用上游调节优先，先停运泵机组、后分配节流压力的方法。对格尔木－拉萨管道线路纵断面疑点进行动压校核，搜索解算油品“界面”处于管道各特殊点时满足工艺约束条件的最大可行输量，最终找到贴近实际的最优工况。并对“旁接油罐”油品混输方式进行优化研究。
对东北含蜡输油管网，高延宁考虑热力费用、动力费用和清管费用，建立以输油成本为目标函数，以余蜡厚度、清蜡周期为决策变量的数学模型，并用对分数值方法进行求解。通过调度运行数据优化，计算季节因素影响的输油成本。该模型适合低输量下高含蜡原油管道的清蜡周期和余蜡厚度计算。
孟振虎就输油管道运行优化目标函数进行讨论，认为要想获得全局最优解的前提条件是目标函数必须为凸函数，对单变量优化此条件可降低为单峰，对不满足前提条件的优化运行目标函数必须进行处理，包括图形处理法、调整寻优区间搜索法、曲线方程拟合法。他提出长输管道加热输送原油时对泵特性的影响及特性黏度换算的动态处理方法，进行修正系数的动态搜寻及泵性能自动换算。优化结果表明，进泵原油粘度对泵流量和扬程影响较小，但对泵效影响较大。采用先泵后炉工艺时，泵的黏性影响在优化分析时不可忽略；若采用先炉后泵工艺，可消除泵的黏性影响。
崔慧等在管道日输油量给定的条件下，合理选择24h中不同时段的输油流量，使该管道既能完成日输油量，同时全天的总能耗费用最低，考虑基于峰谷电价体制下的运行现状，建立线性规划数学模型，提出日输油计划优化问题，总结峰谷电价体制下日输油计划方式规律。结果表明，在该体制下东北管网具有一定的节能降耗潜力。由于容易受到管道本身运行特性的约束影响，与热油管道相比该方法更适合于等温管道。
崔之健等以燃料费和电费之和最小为目标函数，以出站温度、进站温度、强度、水力、泵特性为约束条件，建立长输热油管道运行优化模型，并采用自适应模拟退火算法，编写输油管道运行优化软件。该方法能够降低燃料费用，计算出站合理温度，平衡燃料费用和电力费用结构比例，实现节能优化运行。
二、生产建设优化
马二龙等为解决由阿赛输油管道供油量不均衡而导致的频繁调整运行方式和增大输油成本的问题，根据管输方式、各站设备规格、原油物性和运行参数等，进行不同运行方式下的输油量、启泵日耗电量、启泵电单耗、启泵电费、组合后电费、全线电单耗、全线组合电耗计算，对12种运行方案进行优选，得到费用最低的组合运行方案。
李家强在刘坪—姚店输油管道设计中，根据陕北黄土高原地区管道走向落差较大的特点，在设计中充分利用最高点与末站的650m落差位能，克服高点至末站沿程长约104km的摩阻损失，采用变径管的方式解决末站进站压力高的问题。该方法是在已制造的管材基础上进行考虑的，沿程水力损失适中，降低管道压力，可以实现一泵到底及选用扬程较低的输油泵，而不需要在管道沿途再增压，充分利用输油首站的压能和管道沿线地形的势能。
姚明岐根据秦京线输油管道输油泵机组的配置情况，为改进工艺流程、增强输油泵性能、提高管道水力运行效率等，结合每台输油泵机组的性能，提出优化组合的总体原则：一是优先选用高效泵；二是充分发挥调速设备的作用；三是对DKS型输油泵采用进口调节阀调节。给出秦京线输油泵机组优化组合的3种运行方式，对每种运行方式的全线启泵台数、日输油量及单位耗电量等进行传统经验方法优选，并根据不同的当量管内径，选择不同的输油量运行方式。
朱坤锋利用兰成渝管道成品油顺序输送管道优化设计，分析顺序输送中不同混油处理方式，通过对兰成渝成品油管道首、末站及分输油库罐容的确定及经济分析，实现分批次罐容的优化设计。采用不完全投资方法，即管道中相同部分不参与经济比较，对优化结果有影响的部分参与比较，进行方案的设计寿命动态经济分析，以确定最优的循环次数和全线需要设置的储罐总容量，这为管道的顺序输送提供了一种新思路。
魏立新等以支撑机具的数量最少为目标函数，在强度约束、稳定性约束等条件下，建立具有固定修复长度的埋地输油管道开挖优化数学模型，采用遗传算法对数学模型进行求解。结果表明：《管道修复规范》中制定的悬空段长度偏于保守，可以根据修复段的实际工况适当延长悬空段长度，减少支撑机具的使用数量，以提高管道修复效率和降低成本。
三、发展趋势
每种优化方法都各有其优缺点及适用范围，应考虑采用综合的优化策略。传统优化方法应用范围受到一定程度的限制。
随着曾经简化的因素被重新引入到优化数学模型中，使得模型从泵管解耦、单站计算逐渐发展到泵管耦合、逐站计算的全线系统优化模型，求解算法从二阶处理(先优化加热方案，再据此经二次分析确定泵的运行方式)，发展到全线泵炉设备综合优化的最佳运行方案，越来越接近于生产实际。
优化目标函数主要考虑动力和热力成本、工艺要求，无论是单变量还是多变量,若在寻优区间不满足模型数学性质的凸性或至少为单峰条件时，无论采用何种非线性优化方法，所得到结果多是局部最优解，即使有些模型的求解算法经过巧妙的改进。
优化约束条件越来越复杂，包括进出站压力、强度、水力、泵站特性﹑运行泵效率、轴功率、热阻损失、摩阻缺失、人员工资、电单耗，计算包括全线泵炉设备启用位置、运行组合、越站方式及启用热站原油出站加热温度，预测出各站油流进出口温度、压力参数等，并通过引入泵的原油黏性影响处理，实现泵特性黏性曲线自动换算。
运用大型的工程计算软件对输油管道进行优化时，应该了解软件自身优化运行原理及模型，否则有些计算结果对生产的指导可能有误。
以神经网络、支持向量机、模拟退火算法、混合遗传算法、免疫遗传算法、改进混沌法等为代表的智能优化算法成为求解优化模型的主要方法，它们在非线性规划问题方面能够克服局部收敛，提高计算精度，减少迭代次数等缺陷，在获得全局最优解的能力方面具有突出的优势，代表求解算法的未来发展方向。
考虑结蜡状况、管道承压能力、进站压力、末站进站油温和泵特性等约束条件之间的相互影响因素，建立基于泵管耦合、逐站计算及泵特性为基础的目标函数及约束条件，是最优化方法将来发展的主要方向。
（作者：中共四川省委组织部，
西南石油大学经济管理学院博士）