基于線性規(guī)劃的混合原油性質(zhì)預(yù)測(cè)模型

李志民

(中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院，鄭州 450007)

基于線性規(guī)劃的混合原油性質(zhì)預(yù)測(cè)模型

李志民

(中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院，鄭州 450007)

由于石化企業(yè)的原料油品種復(fù)雜，不利于生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行；為提高企業(yè)的生產(chǎn)效益，根據(jù)原油月度計(jì)劃、罐區(qū)各種原油比例、原油評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)表，基于線性規(guī)劃算法，設(shè)計(jì)混合原油性質(zhì)預(yù)測(cè)模型，使得原油罐區(qū)的混合原油性質(zhì)，在不能突破裝置硫、酸含量的閾值下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益的優(yōu)化；針對(duì)模型進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，可以動(dòng)態(tài)地計(jì)算各原油罐區(qū)的混合原油性質(zhì)，便于原油生產(chǎn)裝置的提前調(diào)控，從而降低人工強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。

混合原油；線性規(guī)劃；預(yù)測(cè)模型；軟件設(shè)計(jì)

0 引言

目前，我國(guó)煉油企業(yè)加工的原料油很大一部分來(lái)自國(guó)外原油，例如，洛陽(yáng)石化總廠遠(yuǎn)離原油產(chǎn)地，進(jìn)廠原油品種復(fù)雜，2017年進(jìn)廠國(guó)外原油包括阿曼原油、埃斯錫原油等20多種，不同種類原油的硫含量、酸值、各餾分比例等差別較大，多種原油混合后的原油性質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)分析直接關(guān)系到生產(chǎn)裝置能否平穩(wěn)運(yùn)行[1]。對(duì)于企業(yè)目前高硫、低硫兩種原油切換加工模式，由于原油性質(zhì)指標(biāo)多達(dá)上百個(gè)，人工分析的原油性質(zhì)指標(biāo)有限，耗時(shí)較長(zhǎng)，精準(zhǔn)率相對(duì)低，造成人工勞動(dòng)強(qiáng)度高，生產(chǎn)效率較低，因此，對(duì)罐區(qū)混合原油性質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行精確預(yù)測(cè)十分重要。

1 基于線性規(guī)劃的混合原油性質(zhì)預(yù)測(cè)模型

1.1 混合原油性質(zhì)預(yù)測(cè)模型的設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)各種原油品種的原油性質(zhì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)原油月度計(jì)劃、罐區(qū)各種原油比例、原油評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)表，按照生產(chǎn)裝置模式的約束條件，包括裝置硫含量的閾值、酸含量、餾分十六烷值等生產(chǎn)指標(biāo)，基于運(yùn)籌學(xué)的線性規(guī)劃算法，建立混合原油性質(zhì)預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)混合原油加工的效益優(yōu)化。原油性質(zhì)預(yù)測(cè)模型的設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1 原油性質(zhì)預(yù)測(cè)模型的設(shè)計(jì)

（1）對(duì)不同原油品種的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如硫含量、酸值、密度、餾分十六烷值、輕質(zhì)油收率等；

（2）根據(jù)原油的輕質(zhì)油收率等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可計(jì)算該原油加工后的利潤(rùn)；

（3）約束條件的參數(shù)計(jì)算；

（4）基于線性規(guī)劃的混合原油性質(zhì)預(yù)測(cè)算法；

按照預(yù)測(cè)模型，能夠計(jì)算混合原油性質(zhì)的數(shù)據(jù)指標(biāo)，合理安排各原油罐區(qū)付裝置量，實(shí)現(xiàn)既不突破裝置硫的閾值、控制催化進(jìn)料酸含量、提高柴油餾分十六烷值等，在不同時(shí)段，隨時(shí)掌握罐區(qū)原油情況，便于原油進(jìn)廠控制、鐵運(yùn)部原油卸車管理、油罐儲(chǔ)運(yùn)安排、預(yù)測(cè)付裝置原油情況，便于生產(chǎn)裝置的提前調(diào)控，從而降低人工強(qiáng)度，提高工作效率。

1.2 原油性質(zhì)的數(shù)據(jù)指標(biāo)分析

每種原油的性質(zhì)指標(biāo)多達(dá)200多個(gè)，以阿曼原油為例，只列舉預(yù)測(cè)模型中的幾個(gè)技術(shù)指標(biāo)[2]，如表1所示。

表1 阿曼原油性質(zhì)的幾個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

不同種類原油的硫含量、酸值、各餾分比例等有差別，多種原油混合后需要重新計(jì)算混合原油性質(zhì)的數(shù)據(jù)指標(biāo)。

1.3 原油加工效益的計(jì)算

以某一種原油為例，通過(guò)計(jì)算每噸原油的銷售收入、成本，可以得到其加工效益。

（1）按照原油輕質(zhì)油收率、密度、餾分等數(shù)據(jù)指標(biāo)，可以計(jì)算每噸原油加工后得到的相應(yīng)產(chǎn)品，如汽油、柴油、天然氣、渣油等產(chǎn)品，假設(shè)分別為 w1、w2、w3、w4噸；

（2）假設(shè)多個(gè)產(chǎn)品的銷售價(jià)格分別為 p1、p2、p3、p4元/噸，可以計(jì)算其銷售收入為：

P=w1×p1+w2×p2+w3×p3+w4×p4；

（3）計(jì)算原油成本q，包括每噸原油的價(jià)格、運(yùn)費(fèi)、加工費(fèi)等；其中，加工費(fèi)包括生產(chǎn)加工成本、人工成本等，可以根據(jù)企業(yè)MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)得到這些數(shù)據(jù)；

（4）計(jì)算應(yīng)繳稅w=增值稅-進(jìn)項(xiàng)稅；其中，增值稅根據(jù)銷售收入計(jì)算，進(jìn)項(xiàng)稅根據(jù)原油價(jià)格計(jì)算；

（5）每噸原油的加工利潤(rùn)C(jī)=銷售收入p-成本q-應(yīng)繳稅w。

不同原油品種的輕質(zhì)油收率等有差別，其利潤(rùn)也不同。

1.4 基于線性規(guī)劃的混合原油性質(zhì)預(yù)測(cè)算法

下面以兩種原油為例，給出混合原油性質(zhì)的預(yù)測(cè)算法。

假設(shè)原油1和原油2的加工效益分別為c1、c2，裝置硫含量閾值為b1、控制進(jìn)料酸含量為b2、原油生產(chǎn)月計(jì)劃為b3，要求在保證生產(chǎn)裝置平衡的情況下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益優(yōu)化，如何計(jì)算原油1和原油2的加工量x1、x2，并為裝置提供準(zhǔn)確的混合原油性質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)？

根據(jù)線性規(guī)劃理論[3]，給出計(jì)算公式如下：

（1）c1、c2的計(jì)算。如本文1.3所闡述的，通過(guò)計(jì)算某種原油每噸生產(chǎn)的產(chǎn)品銷售收入、成本，可以得到該種原油加工效益 C，如 c1、c2。

（2）a11、a12的計(jì)算。設(shè)原油1和原油2的硫含量分別為 s1、s2，令：

該公式簡(jiǎn)化為：

令 a11=s1-b1，a12=s2-b1

加入一個(gè)松馳變量x3≥0，該公式的標(biāo)準(zhǔn)式為：

a11×x1+a12×x2+x3=0

（3）a21、a22的計(jì)算。設(shè)原油1和原油2的酸含量分別為 t1、t2，令：

該公式簡(jiǎn)化為：

令a11=t1-b2，a22=t2-b2

加入一個(gè)松馳變量x4≥0，該公式的標(biāo)準(zhǔn)式為：

a21×x1+a22×x2+x4=0

（4）加入一個(gè)松馳變量x5≥0，公式x1+x2≤b3的標(biāo)準(zhǔn)式為：

x1+x2+x5=b3

（5）綜上，基于線性規(guī)劃的混合原油性質(zhì)預(yù)測(cè)算法的標(biāo)準(zhǔn)式為：

max f=c1×x1+c2×x2

按照單純形求解方法[3]，得到最優(yōu)解 f、及 x1、x2，從而計(jì)算得到：

混合原油的硫含量為：

混合原油的酸含量為：

該模型在保證生產(chǎn)裝置平衡運(yùn)行的前提下，獲得混合原油的最高加工效益。

同理，可設(shè)計(jì)多種原油的混合原油性質(zhì)預(yù)測(cè)模型。

2 混合原油性質(zhì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用ASP.NET、Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)混合原油性質(zhì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的主要功能：

（1）建立混合原油性質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)

根據(jù)原油指標(biāo)數(shù)據(jù)表、原油品種指標(biāo)數(shù)據(jù)表，設(shè)計(jì)混合原油性質(zhì)數(shù)據(jù)表；

根據(jù)MES系統(tǒng)的生產(chǎn)裝置情況，設(shè)計(jì)油罐指標(biāo)數(shù)據(jù)表；

根據(jù)月度計(jì)劃設(shè)計(jì)每日加工量數(shù)據(jù)表，等等。

（2）混合原油性質(zhì)的查詢

基于線性規(guī)劃算法的混合原油性質(zhì)預(yù)測(cè)模型，計(jì)算原油罐區(qū)的混合原油性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)既不突破裝置硫的閾值、控制酸值含量、提高柴油餾分十六烷值等功能，保證生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，功能實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

（3）生產(chǎn)計(jì)劃管理

按照混合原油預(yù)測(cè)模型，可以每天動(dòng)態(tài)地計(jì)算各原油罐區(qū)的混合原油性質(zhì)，隨時(shí)掌握在不同時(shí)段的罐區(qū)原油性質(zhì)指標(biāo)情況，根據(jù)裝置工作模式、混合原油性質(zhì)指標(biāo)等，合理安排原油的油罐儲(chǔ)運(yùn)安排、預(yù)測(cè)付裝置原油等工作，便于生產(chǎn)裝置的提前調(diào)控，極大地提高了生產(chǎn)效率。

圖2 罐區(qū)混合原油性質(zhì)查詢圖

（4）未來(lái)新原油品種的預(yù)測(cè)模型

只要將新原油品種的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)中，根據(jù)其性質(zhì)指標(biāo)、及其在油罐中的比例，系統(tǒng)能夠預(yù)測(cè)罐區(qū)的原油性質(zhì)；原油性質(zhì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)可以根據(jù)企業(yè)加工成本，快速計(jì)算某種原油的進(jìn)廠成本價(jià)格，根據(jù)原油進(jìn)廠價(jià)格，可準(zhǔn)確計(jì)算其利潤(rùn)。系統(tǒng)可為煉油企業(yè)開拓更廣闊的原油市場(chǎng)。

根據(jù)石化行業(yè)的需求，可以在云平臺(tái)存儲(chǔ)不同原油種類的混合原油性質(zhì)預(yù)測(cè)功能，為不同企業(yè)共享，云計(jì)算可以根據(jù)不同的企業(yè)權(quán)限和需求，設(shè)計(jì)安全的任務(wù)調(diào)度方案[4]，預(yù)測(cè)相對(duì)應(yīng)的混合原油性質(zhì)數(shù)據(jù)，方便企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)安排和調(diào)度。

3 結(jié)語(yǔ)

混合原油性質(zhì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，將混合原油性質(zhì)指標(biāo)的計(jì)算時(shí)間由過(guò)去的半小時(shí)提高10秒以內(nèi)；系統(tǒng)保證生產(chǎn)效益的最優(yōu)化，便于生產(chǎn)裝置的提前調(diào)控，降低人工強(qiáng)度，提高工作效率；預(yù)測(cè)模型提供新原油品種性質(zhì)測(cè)算功能，為煉油企業(yè)開拓更廣闊的原油市場(chǎng)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。系統(tǒng)架構(gòu)先進(jìn)，通用性好，適用于不同的煉油企業(yè)，具有較好的應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)效益。

[1]王小偉,田松柏,王京.混合原油的相容性[J].石油學(xué)報(bào)(石油加工),2010(6)：706-711.

[2]崔蕊,黃震宇,鐘廣文,于煥良.阿曼原油的綜合評(píng)價(jià)[J].撫順：石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2013(12)：31-35.

[3]戴彧虹,劉新為.線性與非線性規(guī)劃算法與理論[J].上海：運(yùn)籌學(xué)學(xué)報(bào)，2014(3)：69-85.

[4]李志民,趙一丁,王素霞.一種強(qiáng)安全約束機(jī)制下的云計(jì)算任務(wù)調(diào)度方案[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2016,33(12)：3812-3816.

Prediction Model of Mixed Crude Oil Based on Linear Programming

LI Zhi-min
(College of Information Business,Zhongyuan University of Technology,Zhengzhou 450007)

Due to the complex oil variety of petrochemical enterprises,it is not conducive to the smooth operation of the production equipment.According to crude oil monthly plan,various crude oil ratio and crude oil evaluation data table,designs the prediction model of mixed crude oil based on the linear programming algorithm in order to improve the production efficiency of enterprises.The model makes the crude oil in the crude oil tank region not breakthrough the threshold of sulfur and acid content.Software design for model,can dynamically calculate the mixed crude oil properties of crude oil tank farm,facilitate crude oil production plant in advance control,to reduce labor intensity,improve work efficiency.

Mixed Crude Oil;Linear Programming;Prediction Model;Software Design

河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目（No.18A520053）

1007-1423（2017）32-0007-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.32.002

李志民（1969-），男，副教授，碩士，研究方向?yàn)檐浖こ獭?shù)據(jù)挖掘

2017-09-07

2017-10-26