原油非線性優化調合方法研究

葉彥斐 胡云云 陸琳娜 羊康 陳恒

【摘 要】針對原油非線性優化算法求解優化解時，常常陷入局部極值或優化無解的情況，本文提出一種基于分區初始化的原油非線性優化調合方法。該方法首先將各組分原油配方范圍分成多份，然后對其進行重新組合形成初始質量份配比，進而優化求解并計算各優化配方的可行性，最后從優化配方集合中選出最優的一組解作為最終的配方。

【關鍵詞】原油調合；分區初始化；非線性優化

中圖分類號： TE624；O223 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）05-0213-002

【Abstract】In order to solve the optimization solution of crude oil nonlinear optimization algorithm， it often falls into the situation of local extremum or optimization without solution. This paper presents a method of non-linear optimization blending of crude oil based on partition initialization. The method first divides the range of crude oil composition of each component into multiple parts， and then recombines them to form an initial mass ratio， so as to optimize the solution and calculate the feasibility of each optimized formulation. Finally， the optimal formulation is selected from the optimized formulation set. A set of solutions as the final recipe.

【Key words】Crude oil blending； Partition initialization； Nonlinear optimization

0 引言

目前，在石油石化行業，原油在線調合優化技術近年來已開始得到成功應用，該技術目前主要是以控制原油的硫含量、酸值、石腦油收率等指標為目的，降低了CDU裝置的腐蝕程度，使裝置平穩運行，同時保證二次生產裝置的部分加工要求。

上述指標均具有線性加和特性，采用一般的線性優化技術即可求得調合配方。但是在原油調合中，還存在一些不具有線性加和特性的原油性質，如原油十六烷值，直接影響到柴油十六烷值。當以此類性質為優化目標時，采用原油非線性優化算法求解優化解時，常常陷入局部極值或優化無解的情況，導致無法正常進行原油的在線調合。當出現此情況時會造成：（1）調合油性質超出CDU裝置允許范圍，加重了裝置的腐蝕；（2）生產出渣油等需二次加工的油品性質超標，不滿足二次加工裝置的要求；（3）生產出的產品不合格，不能出廠銷售。由此可見，為滿足煉廠的正常生產，亟需解決此問題。

針對上述問題， 本文提出了一種基于分區初始化的原油非線性優化調合方法。這種方法解決了原油在線調合過程中，涉及到非線性優化目標優化無解或陷入局部極值的問題。

1 非線性優化調合方法流程

如圖1所示，基于分區初始化的原油非線性優化調合方法包括以下步驟：對參與調合原油的各組分配方范圍平均分成n份，獲取各組分內的小配方范圍；對各組分小配方范圍內的質量份值進行重新組合 形成初始質量份配比，進而優化求解獲取組分原油的優化配方，并且計算各優化配方的可行性，將可行的優化配方組成優化配方集合，根據原油非線性調合優化方程選出最優的一組解作為最終的配方。

2 實施算例

結合具體算例，詳細說明如下：

I.獲取原油調合基本參數。

假設參與調合的原油為杰諾、達爾混合原油和巴士拉中原油，優化性質包括硫含量、酸值、十六烷值和渣油硫含量，各油種性質即優化約束條件如表1所示。

其中十六烷值采用的調合歸則為二次非線性回歸模型：

式中，CNi是組分原油杰諾、達爾混合和巴士拉中的十六烷值大小，xi、xt是參與調合原油的調合占比，αi，t（i≠t）為調合組分原油間的調合效應系數，其大小與正負反映了不同原油之間的非線性作用，具體數值如表2所示：

II.根據I.建立如式（2）的原油調合非線性優化方程。

III.將各調合組分配方范圍平均分成3份，即得到各調合組分的小配方范圍，如表3所示：

IV.根據表3，基于公式（3）～（7）計算每個小配方范圍的中間值作為各組分原油的初始質量份值，

計算結果如表4所示：

V.從各組分原油的3個初始質量份值中均選取一個，組成新的初始質量份配比，共產生27組。

其中除了7組無可行解外，剩余20組初始質量份配比共產生了3組可行解， 可行解與調合原油性質如表5所示。

VI.根據原油非線性調合優化方程（2）中的目標函數φ（X）值大小，選擇最終最優解。

把3組可行解代入目標函數φ（X），尋找使得目標函數值最小的解，最終確定優化配方為[0.45，0.45，0.1]。

3 結語

本文提出提出一種基于分區初始化的原油非線性優化調合方法，可以快速進行非線性優化求解，有效地避免了原油非線性優化算法求解優化解時，常常陷入局部極值或優化無解的情況。

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