炼化一体智能化工厂计划优化模型设计及案例分析.docx

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1、炼化一体智能化工厂计划优化模型设计及案例分析炼化企业供应链协同优化对实现智能炼厂至关重要，计划优化系统是供应链协同优化实现的核心系统。本文详细介绍了规划总院自主研发的新一代计划优化软件整体框架及主要功能，在该平台基础上结合炼化一体化企业流程数据、原油数据库及产品销售等边界条件进行了炼化一体化模型设计及建设，用于开展各类优化分析，并基于线性规划原理，通过边际效益分析及多方案对比分析，结合原油保本价法、缩减成本法及等量替代法等不同的原油选购方法，开展了原油选购测算及应用分析，并对炼化一体化企业加工原油提出了相关建议，指导企业原油选购。炼化企业是典型的流程工业，其复杂性导致企业经营过程中受制约的因素

2、众多，全厂的最优方案并不是单个装置最优结果的叠加，需要对全厂的各个环节进行协同优化，炼化企业供应链协同优化对实现智能炼厂至关重要，供应链协同优化是实现全厂优化和科学决策的基础，其目的是通过协同决策及时把控市场趋势，快速响应市场供应与需求，及时进行采购、生产、交付，实现敏捷弹性运营。其中计划优化系统是供应链协同优化实现的核心系统，目前国内外大型炼化一体化企业应用的计划优化软件基本还是20世纪研发，单机版应用为主的计划优化软件，随着信息技术的飞速发展及智能炼厂建设要求，需要研发新一代的计划优化平台，基于计划优化平台建立数学规划模型，实现原油选购优化、生产装置负荷优化、中间物料走向优化、油品调合优化

3、、竞争性产品评估等功能，通过多方案对比实现不同优化方案比选，实现供应链整体优化，探索不同的原油选购方法，帮助企业做出科学统一的决策。1炼化一体化计划优化模型设计目前，行业内常用的炼化计划建模软件大多于20世纪研发，受限于当时计算机和软件技术的不足，存在单机版系统、图形化程度低、数据集成和结果数据库共享不方便等不足，而且按使用年限购买服务价格昂贵，随着云计算技术的进步，将专业应用软件部署在云平台上已是大势所趋，采用最新技术研发全新B/S架构的软件是优化软件的发展目标，将传统的以用户为中心的单机版应用向以流程为导向的网络化协同应用转变，且技术层面具备图形化建模、在线操作、并行式计算与存储、EXCE

4、L导入导出等条件是业务发展的迫切要求，也是在计划优化领域实现炼化一体化企业智能化的重要支撑。中国石油规划总院响应国家提升自主创新能力、加快油气行业卡脖子技术攻关的号召，自主研发了新一代计划优化软件一一凌睿炼化计划优化平台(refinery intelligent planning optimizationzRIPO ) o RIPO 按照基于平台+应用建设模式，采用微服务技术架构开发如图1所示。包括模型管理、优化应用、结果输出和基础管理4个模块，覆盖企业从原料采购、装置加工、产品调和、产品销售的供应链全链条加工过程，满足炼化企业生产计划优化与管理的需要。结果输出采购销售结果流程图结果整体效益结

5、果装置能力献库存优化结果原油采购优化装置加工优化库存优化油品调和优化产品销停优化公用工程优化物料物性优化系统管理用户管理优化应用基础数据管理数据字典管理数据类螂护I节点字典物料字至/蟀孥国瞰据物装爵典公用工程字典 K厂装置字典基础管理御机构管理图1 RIPO整体架构图RIPO系统界面友好，符合人机交互习惯，系统从建模、运算到结果分析都简便易用；系统按照互联网时代访问应用特点开发，用户间的协同共享十分便捷、高效。RIPO可解决目前行业内传统软件普遍存在的需要在本地安装程序、软件图形化程度低、数据分散存储等技术难题，软件在易用性、规范性、安全性等方面要优于同类软件，系统从建模、运算到结果分析都简便

6、易用，且用户间协同共享便捷、高效。用数学规划方法优化生产经营关键需要解决3个问题，即生产经营优化模型的构建、模型的自动生成和模型的求解其中生产经营优化模型的构建是要把计划优化问题转化为数学模型，用数学的语言进行描述；模型自动生成和求解方面，RIPO平台采用通用数学建模软件GAMS，结合自主研发的计划优化线性规划和非线性问题处理算法处理。所以基于RIPO平台建模的主要工作是生产经营优化模型的构建。结合原油数据库、原油采购、装置加工、生产工艺流程、产品调和及销售等条件，通过RIPO优化平台开展优化模型建模。涵盖从原油进厂到产品出厂的整个链条，目标是企业效益最大化。计划优化模型如图2所示，包含原料采

7、购模块、原油数据库及常减压蒸储模块、二次装置生产方案模块、装置加工量约束模块、物料调和指标控制模块、产品销售模块，此外为了更精确地进行描述和控制模型还有物性传递模块（硫传递）、全局控制模块及自定义控制模块。聊评价懒原油数据库原油切割软件物料物性参数能耗参数Deltabase 参教定额消耗参数获取相关信息原材料购买麴公用邛购买缴二剂购买参数产嬲格鳏原材料购买模型油切割产品价格参数装置收率参数装翻修数品iM模刑化工装陶冽分及物性如If产品调和触僻渔=递鲤检型常减瓜装置黄置模型二次加工图2整体模型架构原油采购模块定义了采购原油及其他原材料的详细信息，包括采购的价格（含税价格、不含税价格、运费及税费）

8、及采购的数量（最大量、最小量）。原油数据库及常减压蒸储模块定义了适合常减压装置加工的原油，结合各储分的切割温度及原油数据库进行切割得到各种原油不同微分段的收率及性质数据，涵盖了后续装置进料所需的各项性质数据，为后续装置加工原料物性获取及物性传递提供数据基础。二次装置生产方案模块对全厂所有二次加工装置建模，这也是建模的主体工作，结合生产方案及加工流程形成全厂加工流程，装置收率参考设计收率。产品装置加工费结合设计消耗的水电汽风等变动费用计算而来，此外对具有多个生产方案的装置需要建立多方案结构，如加裂装置可以按照多产重石脑油方案及多产尾油方案进行模型设置，在模型计算过程中会结合全厂的效益及物料平衡情

9、况，选择其中的一个方案，或者是两个方案合适的比例，为生产方案调整提供指导。对化工装置，建模过程中要将不同原料对应的生产方案结构建设好。装置加工量约束模块统一定义各装置加工能力上下限，在计划优化过程中装置处理能力不高于装置能力上限，不低于装置能力下限，确保装置的安全运行，通过日最大及日最小，同时结合开工天数计算得到装置周期内的最大最小处理能力。物料调和指标控制模块是对关键二次加工装置进料性质及产品出厂性质指标进行控制，使侧线物料及产品满足设防值及指标要求，设防值对装置平稳运行，保证合理的产品收率至关重要，此外出厂的汽煤柴等产品还需要满足国家规定的出厂标准。销售模块定义了销售炼油及化工产品的详细信

10、息，包括销售的价格（含税价格、不含税价格、运费及税费）及销售的数量（最大量、最小量）。物性传递模块重点对全厂装置进行了硫传递设置，通过装置的硫分布和硫传递实现全厂硫平衡，根据选购的不同硫含量的原油精确估算硫磺装置的处理负荷，物性传递模块是模型精细化的重要体现。全局控制模块是对全厂模型整体物料和物性的控制，包括通用性控制和自定义控制，其中通用控制包括常减压物性控制及其他通用性控制，可以控制常减压装置进料的整体物性，如进料的硫含量、氮含量及酸值；此外还可以控制全厂原油加工总量等等。自定义控制模块，通过定义自定义变量及相关的方程关系，来实现控制，该功能为建模人员及应用人员进行模型灵活控制提供了很好的

11、平台。各模块建设完成后，调试模型，对模型物料走向、装置进料物性控制及全厂物料平衡、硫平衡、氢平衡进行检查核对，并与原设计流程物料走向及装置负荷进行分析，在基本条件设置与设计条件一致时，模型运算得到的装置负荷、产品产量与设计值基本吻合，价格体系变化后，模型会优化产品结构及装置负荷。2计划优化模型原油选购应用结合原油产品市场价格、原油可获得性及装置加工限制，通过建设好的计划优化模型，结合不同的原油选购方法，开展进口原油选购的测算和分析，并对不同选购方案进行对比，确定最优的加工方案，使全厂效益最大化。2.1 原油选购方法某一最优经济结构中，目标函数对某一种资源的变化率，称为该种资源在这一经济结构中的

12、边际价值3-4。若用yj表示第j种资源的边际价值，用式(1)表示目标函数,其中：式(2)表示产品产量列向量,式(3)表示现有资产列向量，则当资源得到最优配置时，产品产量达到最优水平式(4),第j种资源的边际价值为式(5)。=fx(b)% 二(肛/2,/)T(2)6 = (662,.,6Jtx = x (b)七.巡浦|xx(6)lx(6) a/ (xx(6)|clr2 x(fe)t x (A) (k, x (6)丫&乂dX|dx2 幽dxn dbjJ 丁. j田化(j = 12 ,m) (5)边际价值反应的是某一资源变化对总目标函数值的影响程度，通过对边际价值的分析可以确定某种原油对企业的贡献。

13、边际效益分析是原油选购的重要依据。此外，线性规划模型灵敏度分析在实际应用中非常重要，介绍线性规划的书籍都对灵敏度分析进行描述5-6,并有许多灵敏度分析应用案例7-9,在边际效益及灵敏度分析基础上，结合模型在实际选油过程中的应用，总结出几种原油选购方法，分别为原油保本价法、缩减成本法及等量替代法。不同的方法有不同的业务应用场景，原油选择是一个反复的过程，由于不确定因素多，很难有一种方法能够真实准确地确定最优采购方案，原油选购人员需要根据市场信息，灵活运用各种原油选择方法，快速准确地确定原油采购品种及数量。2.2 原油选购优化应用案例分析为了更好地进行原油选购，通过RIPO平台结合计划优化模型设置

14、不同的方案，对各方案的关键参数进行比较和分析，方案1原油按照设计工况；方案2在设计工况原油无法获取的情况下，放开可选择原油，根据市场价格和加工流程，选择最合适的原油，方案3综合考虑原油的市场可获得性，对小众油种给予可采购上限的控制，优化合理的原油组合。通过RIPO原油选购模型，根据企业装置设防情况、流程特点及原油、产品市场情况等以整体效益最大化为依据综合进行决策，表1为不同原油品种结构的对比。表1原油品种结构对比原油品种方案1方案2方案3价格/元-L原油A120.002305原油B599.09120.002237原油C150.002372原油D50.002402原油E86.732504原油F380.0()2389原油G106.452529原油H792.08500.002443原油I800.00608.82200.002358原油J286.822461原油K200.002305原油LlOOO.OO2305API21.5418.5621.19硫含量/%2.582.572.07酸值/mgKOHg.2.0()0.24().51士超级石化通过对比表2中不同方案的利润指标，可以看出方案2效益最好，较设计方案边际效益要好3.3亿元。通