大连石化计划优化系统应用

大连石化公司生产运行处
王致斌

摘要:本文分析了炼化企业在生产计划制定中面临的问题,介绍了计划优化系统结构及主要功能。并通过实例分析计划优化系统在大连石化的应用及带来的效益。
关键词:计划优化、原油数据库、原油切割、优化模型、RPMS
        

1 前言

        炼油化工企业的生产计划是炼化企业价值链管理中的一个重要环节,计划优化的主要目标是根据原材料价格、生产订单、装置加工能力、经济指标以及其它约束条件制定并优化企业的中、远期的生产计划。
        目前石化行业面临的情况是:原油资源紧缺、国际市场原油价格不断提升,市场竞争不断加剧。如何利用计划优化软件优化原油进料、优化油品的成本,同时还要满足产品质量要求,是炼化企业亟待解决的严峻问题。霍尼韦尔公司的计划优化系统为解决这类问题提供了很好的方案。
下面内容分为四部分:计划优化系统的结构;计划优化系统模块主要功能;计划优化系统在大连石化的应用及效果分析;结论。

2 计划优化系统的结构

        计划优化系统包括三个模块:ENI原油数据库、Assay2原油切割软件、RPMS计划优化软件。模型覆盖了大连石化分公司的所有工艺生产装置。图1下是计划优化系统的结构图。

        系统主要由三部分组成,原油数据库ENI、原油切割工具ASSAY2及多工厂多周期建模软件RPMS。
        系统将以企业利润最优为目标,采用混合整数规划及非线性数据递归方法,求解短期计划或长期战略规划,如原料选择、产品调合优化、生产计划、投资计划、库存和供应管理、技术评价、确定装置的规模或扩建研究、投资研究等,建立最佳生产运行方案,准确地为生产经营提供采购、销售、装置运行、操作条件等最佳决策,进行全厂和单装置效益分析,实现企业经济效益最大化。

3 计划优化系统主要功能模块介绍

3.1 ENI原油数据库

        ENI原油数据库是计划优化系统的重要组成部分,它负责向RPMS计划优化软件提供原油基本资料。ENI原油数据库包括了一百几十种世界原油的原油评价资料,可以添加或修改原油评价资料。它与ASSAY2结合,进行原油数据的切割,展示不同馏分段的收率及性质。当然,也可以选择其它公司专用的原油数据库。

3.2 Assay2原油切割软件

        ASSAY2是一个原油评估和选择系统。它可与原油数据库连接,对原油进行切割与调合。ASSAY2可将混合原油作为新油来进行调合,调合结果可以作为一种新的原油加入数据库。ASSAY2有四个运算处理器,可以分析原油试验数据,还可进行原油切割和调合,评估各馏分的品质和产率,并能建立原油处理中间产品的数据。
        使用ASSAY2原油数据库,可以分析原油和多到20种原油的混合品。混合原油也可以引入ASSAY2数据库分别作为单独的原油来进行进一步混合。完成了对数据库中数据的分析和修补,可以将分析结果和原油组分性质制成详细报表。

3.3 RPMS计划优化软件

3.3.1 主要功能介绍
3.3.1.1 建模功能
多工厂建模
        RPMS多工厂模块为供应与销售解决方案生成数据模型,多工厂建模可以定义下面的结构和功能:
        霍尼韦尔为杜邦提供的LCM项目主要包括以下主要方面

  • 原材料成本及可用性
  • 原材料的多级成本曲线
  • 每处中转油库的产品需求
  • 产品的多级价格需求曲线
  • 每个工厂的现有原材料
  • 工厂里中间产品的库存和消耗
  • 每个工厂里现有的产品
  • 两个油库间的原材料和产品的运输模式
  • 对单个或某种运输方式的成本分类
  • 混合装船
  • 全局的和特定路线的运输成本
  • 不同油库间原料的转运
  • 产品交易合同
  • 油库里产品的调合
  • 油库里产品的库存约束
  • 油库的进料限制以及可变的运营成本
  • 可选的运输细节的控制
  • 多周期建模

多周期建模
        RPMS多周期建模工具可帮助制定年度运营计划和战略规划,它支持跨越多个时间周期的建模,周期的长度可由用户自定义。多周期建模在许多场合非常有用,包括:库存管理、某时段内的贴现现金流分析、在总运营计划内的不时变化的加工能力分析等。
混合整数规划
        整数规划这项技术允许用户指定某种原材料必须在最低价位时购买,或者根本就不要买。利用RPMS中的整数规划,可以很方便地作出许多独立的决策。
投资建模
        利用RPMS可以把投资决策(如购买新设备)与优化过程结合起来。系统程序库包含了对全世界炼油厂正在使用的工艺的精选模型与投资能力关系,它允许执行这类优化任务。

3.3.1.2分布式回归
        通过分布式回归和属性误差跟踪,RPMS可以提高原料进料的选择能力,它使LP(线性规划)能发现库中的生产线性能的差异。RPMS可把进料的变化与产品属性的变化关联起来。
3.3.1.3连续的线性规划
        RPMS提供了一个重要的工具,用于解决非线性问题以及其它难于收敛的建模问题(如由于新配方的汽油带来的问题),这种特殊的回归技术称为“连续线性规划”(SLP)。
3.3.1.4联合运营
        RPMS在处理加工厂联营问题时具有独特的能力。它主要提供以下技术:

  • 在同一模型中,对包含不同的产品和不同的加工方案的多种原油和工艺装置的逻辑操作模式进行描述。
  • 基于某些操作装置或某些生产线,灵活地对产品线进行合并或分离。
  • 明确地合并某些生产线,以利于后续的任务调配,同时正确地跟踪合并后对质量的影响。
  • 按照生产的产品量的比例,把几种生产线虚拟地合并在一起,由下游的工序进行调配。
3.3.2系统的组成       
  • 炼油工艺数据库
        RPMS中有一个动态炼油数据库,它提供了全世界范围内正在广泛使用的工艺的精选子模型与其投资能力的关系。数据库包含基于体积和基于重量的工艺装置,使得用户可以非常灵活地给大部分的中间炼厂物流定制炼油模型、中间馏出液、燃料油以及质量数据。
  • 化工数据库

RPMS化工数据库包含范围非常广的石化工艺和产品,主要用于与炼油工艺无关的化工研究或者与炼油数据库联合起来用于化工和炼油研究。它包含100多个化工操作装置(及相关的投资成本)的子模型。成品包括基本的和中间的化工产品、合成纤维、合成橡胶、树脂、塑料、溶济、成形济及化肥等。

  • 先进的优化器

        RPMS利用当前最先进的三种优化器:Berlin 大学开发的MOPS、Dash 公司开发的XPRESS以及IBM公司开发的优化子程序库(OSL)。这三种优化器都可用来解决最难的线性规划(LP)问题,每个程序在具体的应用场合又有各自的优势。它们已经整合到RPMS中,并在全球范围内得到应用。

  • 数据工厂

        RPMS数据工厂利用EXCEL电子表格显示和操作RPMS模型数据。可以利用此程序添加/删除行或列、执行计算、在工作表之间拷贝/粘贴、修改界面及进行打印。面向表格的视图是对GUI中有关模型数据面向对象的视图的补充。不同的表格视图有时可帮助解释事例或发现周期数据的差异。数据工厂也提供权限检查,没有相应的权限,不能查看表格或对表格进行修改。

  • 报表工厂

        RPMS报表工厂是个集成的EXCEL程序,它以EXCEL电子表格的形式,生成RPMS 报表、基本报表及用户定义格式的报表。用户自定义报表是用常用电子表格工具设计的报表。软件包中还包含了用户函数库。报表工厂功能非常强大,它可制作任何形式的报表。

4 计划优化系统的应用

        RPMS模型能够根据原油采购价格、产品销售价格,帮助选择最优的生产方案,帮助采购性价比最好的原油,提升企业利润。由于原油的加工成本占企业生产总成本的90%以上,炼油企业非常重视原油的采购成本和效益之间的差值,优化选择原油的采购对企业的影响至关重要。因此,以优化原油的加工方案为例对计划优化系统的应用进行说明。

4.1 计划优化系统的应用

        大连石化分公司是中国石油天然气股份有限公司所属的一家大型炼化企业。正在进行2000万吨原油加工能力扩能和技术改造,以具备加工低硫原油和高硫原油能力,实现原油加工和选择的多样性,体现规模经济优势,提高油品市场放开后市场竞争力。现有主要生产装置34套,年原油一次加工能力已经达到2050万吨,能生产汽油、煤油、柴油、润滑油、石蜡、苯类、聚丙烯、细旦纤维等石化产品200多种。
        2007年二季度原油采购价格高,部分产品价格倒挂,炼厂必须通过精打细算,生产更多的高附加值产品,才能降低原油加工风险。目前,市场上偏重质的原油价格与轻质原油价格差距较大。如果只采用轻质原油,能够满足产品质量和数量要求,但成本较高;如果采用偏重质原油,成本较低,但会生产部分减压渣油产品,这部分产品价格较低。因此如何合理地搭配轻质原油和重质原油的比率,又能使产品质量和数量满足要求,同时还要降低总体成本,是炼油企业普遍关心的问题。

4.2 基础数据

        模型的设计基础主要日常的各装置生产数据,这些数据真实的反映装置运行情况,在计划优化模型中,主要用到了以下数据:
  • 各装置的物料平衡、产品收率;
  • 各装置的公用工程消耗(水、电、燃料等);
  • 各装置的三剂化工料消耗(以年消耗为准);
  • 原油评价、中间产品及最终产品分析数据。
  • 部分装置加入产品收率、物性与原料物性关系(可追溯的物性)
  • 装置原料及产品的调和控制:
  • 按照产品出厂标准,挑选出实际生产中难以控制的产品指标,作为产品调和的控制目标。按照装置生产的实际要求加入中间物料的调和标准。

4.3 已知条件

  • 生产装置运行工况以及市场所需产品的数量上限和价格。
  • 预测原油价格如下:

4.4 设计方案

方案一:由计划优化系统自由选择进口原油采购品种和数量,允许生产部分减压渣油产品。
方案二:固定常规采购的大宗原油品种和数量,采购偏重原油,允许生产部分减压渣油产品。
方案三:固定常规采购的大宗原油品种和数量,采购偏轻原油,不生产减压渣油产品。

4.5 运算结果

        利用计划优化系统,输入以上要求,可以得到以下结果:

4.5.1 原油加工结果比较

        利用计划优化系统,输入以上要求,可以得到以下结果:

4.5.2 产品产量比较报表

4.5.3 装置运行结果比较报表

4.5.4 利润结果比较报表

4.6 运算结果分析

在方案一下亏损:12665/37097*1000=341元/吨
在方案二下亏损:13790/37097*1000=372元/吨
在方案一下亏损:14533/37097*1000=392元/吨
由此可以看出,利用计划优化软件运行的结果比人工制定的方案每吨油成本节约为31元和51元。

5 结束语

        通过对以上案例的计算分析,可以看出计划优化系统结合生产装置的运行状态、结合产品的销售价格、结合生产计划的安排情况,能够对原油优化选择给与指导。而且,此软件在优化生产运行方案、优化产品调和以及优化装置原料选择都有一定的指导意义。因此,利用先进的计划优化系统,制定合理的原油采购及加工计划,对于炼化企业降低成本、提高市场竞争能力都将带来积极的影响。

参考文献:
RPMS 2000: Software for Refinery and Petrochemicals Modeling System. Bonner & Moore Associates, GmbH, Germany, 1999.
媒体联络:万博宣伟公关顾问 王法
电话:010-85699852  E-mail:elwang@webershandwick.com
控制网版权所有未经许可不得转载  京ICP备 05033608 号