炼油厂成品油罐区调度优化问题研究

炼油厂成品油罐区调度优化问题研究

阿不都吉力力.哈斯木盛德明

中国石油乌鲁木齐石化公司炼油厂总值班室新疆乌鲁木齐830019

摘要：随着科学技术的进步和工业的迅速发展，生产调度在企业中的地位和作用愈来愈重要，调度对于合理组织生产，协调解决生产关系方面存在的问题，搞好企业生产经营活动，有着重要的意义。为了有效实现原油储运调度与调和优化，针对原油的管输、原油调和进厂等业务环节，综合考虑操作与输送能力等约束和流程中的不确定性因素，采用数学规划方法，建立原油储运调度与调和优化一体化模型，利用启发式规则简化模型进行求解，实现原油多周期调度优化。本文以石化某原油运输线为例，通过该优化方法有效提升了原油调度精确性。

关键词：炼油生产；调和；调度优化

炼油厂的油品调合有管调和罐调两种方式，罐调是以储油罐为单位进行的。要调合出合格的成品油，必须将该储油罐所需的各种调合组分油按照需要的量送入该储油罐。调合好的成品油存储在储油罐中，等待出厂。在调合和出厂过程中，需要为各种调合组分油和成品油选择最佳的输油线路，即炼油厂成品油罐区调度问题。通过对成品油罐区的调度工作进行优化，可以提高炼油厂的生产效率，从而提高炼油厂的经济效益。

一、原油储运一体化调度问题

1、原油储运流程。我厂原油调度设备由炼厂储罐的管线、炼厂原油储油罐、原油调和装置与原油常减压装置构成。原油储运流程包括以下步骤：油田—中间库原油运输管线将原油输送到炼油厂内的原油罐区；原油在进料前进行原油混合；原油从厂内罐区被分配到各个常减压装置。原油储运调度与原油调和根据原油接卸计划、罐区库存量和蒸馏装置的加工计划，综合考虑卸载、管道输送、油罐分配及存储、原油调和的一体化，确保炼厂原油蒸馏装置进料的连续性，优化满足约束的可行原油储运调度排程和装置进料的性质。

2、接卸调度。接卸调度根据原油进厂计划确定油轮的卸油排程。已知油轮的到港计划，汇总罐的状态、开始空余体积、接收体积、结束空余体积、各个罐的油种比例、性质等静态信息，以及流速、体积、开始和结束时间等计划事件信息，确定油流卸油排程与分配。接卸调度中的主要约束包括管道的输送能力、输送计量问题与厂区罐的容量、原油的卸载能力及油罐的操作约束等。同时为了避免污染，不同种类原油需要分开储运，且同一时刻只能一条线输送原油，油罐不能同时接收和输送原油。

3、原油调和优化。随着我国进口原油品种、数量的不断增加，原油的品质存在较大差异。不同油田输送的原油由于含硫量、含烃等组分不同，具有不同的性质。原油的硫含量、酸值、烃含量等指标对生产设备和成品油的品质有较大影响，因此在原油进入常减压装置前需要进行混合，使得进入常减压装置的混合原油硫含量、酸值等指标在一定的要求范围内，以满足常减压装置加工和成品油要求。

原油进料过程一般为多个原油罐按比例混合进入常减压装置，通常需要计算最优比例，因为不同加工装置对原油性质的要求不同，需要将进料性质控制在规定的范围内。一般炼厂主要采用两次原油混输调度来满足常减压装置的进料要求，第一次为原油从油库罐到厂区罐的原油混合，应尽量保证厂区罐内原油的质量指标合格。当厂区罐的原油不满足进料指标时，在原油进入装置前，再次进行原油混合，最终使原油指标达到合格。

4、原油调度优化目标。原油调度的目标是在满足整个储运调度过程的约束下，保证最终进入常减压装置的原油符合加工的质量指标和整个加工过程连续平稳运行，并且最小化原油储运过程中的操作运输费用，从而获得最大的经济效益。操作运输费用包括卸油的等待费用、运输费用、在调度周期内油库罐与厂区罐的库存费用、油品切换费用等。

二、不确定环境下原油储运的多周期调度优化

实际石化企业按照日、月、旬制定调度方案，并按照该方案循环执行。该方式调度只考虑本周期的效益最大，没有考虑调度周期前后的相互影响及其不确定性因素。因此，采用多周期优化方法解决单周期调度存在的缺陷，将一个长周期调度分解成多个周期的调度，在多个短周期内考虑波动因素、不确定性和多个周期的相互关联，实现整个长周期内的目标最优。该优化方法在整个多周期建模过程中引入松弛变量，减少了不确定因素与波动对调度的影响，保证了调度方案的可行性。

1、接卸调度模型

接卸调度的主要任务是负责原油对接、油库收油和输油，整个流程涉及合理安排卸油，选择合适的管线进行输油，选择合适的油罐存储原油并向厂内原油罐区输送原油。已知模型输入为采购计划，包括原油到厂和原油参数信息；模型关键参数包括运送能力、油罐和管道设备的相关参数。原油接卸过程中的物料平衡约束如下：

（1）输送能力约束，包括从油库到厂罐的输出流量约束，以及从油库罐到厂区罐的输出流量约束。

5、多周期优化。实际生产中，为了消除原油供应、装置加工存在的波动，以及装置检修、输油泵切换等不确定因素对原油调度的影响，将一个较长周期分解成若干个小周期，将原油卸油计划作为全局已知信息，装置加工计划量作为全局需求信息，对模型进行迭代求解，得到每个短周期内的原油调度，从而得到原油调度长周期内的全局整体优化。在每个短周期的开始时刻对模型进行一次优化求解，当动态事件发生时再次触发模型优化求解，即进行一次重调度，以保证所得解的优化可行性。

三、实验结果

以某输油管线为例，在某油库有8个原油罐、8个中间站库罐区以及到厂区常减压装置，炼厂要求原油尽量做到分储分输，进装置前进行调和混炼。油库罐区8个罐，每个105ｍ3，共8×105ｍ3，中间原油运输管线容积为7×104ｍ3，流量为1400ｍ3/h，中间原油罐区8个罐，共8×105ｍ3，管输在第四个时间周期卸载原油。每个罐按照实际应用设置安全低限和高限，具体原油调度信息如表所示。设置长周期为2d，短周期为8h，将1个长周期划分为6个短周期。设置松弛时间为短调度周期8h，原油松弛量ΔＶd为实际安全最低库

从炼油企业全厂的角度出发，考虑原油接卸、存储、输送、调和、加工整个生产环节，在确保混合原油满足炼油装置进料指标及生产稳定运行的条件下，构建原油多周期储运调度与调和优化一体化模型，并通过启发式规则简化模型，采用混合整数规划对模型进行优化求解，实现了整个过程操作成本的最小化，改善了原油调度效果，且为炼油企业开发有效的原油调度一体化调度系统，是下一步需要研究的方向。

参考文献：

［1］宫向阳，张刘军，韩永波．原油混炼优化在炼油生产调度中的应用［J］．计算机与应用化学，2012，2

［2］张冰剑，陈清林．油轮到达时间不确定条件下的原油调度优化［J］．高校化学工程学报，2013，4

［3］伍乃骐，白丽平．炼油生产计划和调度优化的研究［J］．计算机集成制造系统，2012，13.