煉廠原油混輸長周期調度排產建模

王文濤(中國石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578000)

0 引言

我國自改革開放以來，國民經濟蓬勃發展，原油加工量逐年增大。據統計，2019年，我國石油凈進口量達到5.1 億噸，石油消費量達6.5 億噸。進口原油品種多樣化差異明顯，且針對國家對原油煉化過程中低碳環保生產和成品油規格要求越來越高，原油調合和調度優化變得至關重要[1]。原油調度的對象包括油輪、碼頭罐、中間罐、裝置罐和原油蒸餾裝置(CDU)。原油調度流程包括原油從油輪的卸載、在碼頭罐區的存儲、從碼頭罐區到中間罐區以及裝置罐區的運送、在裝置罐區的存儲、在裝置罐區到生產裝置的管道輸送。原油調度要根據原油計劃所確定的加工方案、加工量和原油混合比，輸送正確類型的原油到原油蒸餾裝置，并保證供應的連續性。基于調度問題的復雜性，手工調度已不能滿足優化生產的需要，應用數學方法解決原油調度，提高調度的科學性，已成為行業人員的共識[2]。

1 原油混輸長周期調度模型

針對煉油企業生產和調度特點，從煉油企業整體角度出發來構建調度模型。同時，為保證模型的適用性，通過分步優化建模方式，構建模塊化的調度模型。

1.1 原油聚類分析模型

依據原油詳細評價性質數據以及煉廠調度人員經驗，將煉廠常煉原油進行自動聚類劃分，依據劃分結果進行原油加工方案的優化建立。例如依據硫含量、密度可分為含硫中質原油、低硫中質、含硫輕質、低硫中質等類別。

1.2 原油選擇優化模型

基于原油聚類分析結果，統計期初原油類別庫存結構以及在途資源，設置合理安全庫存，確認各類資源的消耗彈性區間，保證各類原油資源能夠正常不間斷供給。利用原油性質和蒸餾裝置的性質約束，構建如下線性規劃方程，并引入各類原油資源的消耗彈性區間即加工比例上下限，以此優化蒸餾裝置加工方案，完善裝置加工方案庫，為上層優化模型提供優化方案來源。

1.3 短周期模型分層策略的結構

上層優化模型是基于離散時間建模策略的優化模型，該優化模型的目標是決定加工方案執行的時刻和加工量以及加工方案的切換，同時決定每種單油的庫存及消耗量。在優化模型中僅僅涉及與蒸餾裝置、調合頭以及長輸管道的轉輸方案決策相關的信息，而物料移動的具體細節由下層操作模型決定。上層優化模型所計算出的變量將會作為下層系統的輸入參數，這些參數包括蒸餾裝置加工方案信息，原油轉輸信息。

1.4 上層優化模型

上層優化模型是以蒸餾裝置為源頭，逐步向裝置罐區、長輸管道、岸罐延伸。為保證蒸餾裝置加工穩定，需優化加工方案，保證平穩切換。針對只有一套蒸餾裝置時，付油管道只存在單蒸餾裝置的方案切換，長輸管道輸送方案維持不變；當上一加工方案庫存不足時，優先切換中間罐區和碼頭罐區加工方案虛擬庫存最大的加工方案(保證加工方案可持續性)，長輸管道流速匹配蒸餾裝置加工流速。

1.5 下層操作模型

在調度模型中，下層操作模型指的是單罐調度模型，以單個罐為模型對象。其固有屬性包括最大罐容、實時罐容、實時油種、罐實時靜置時間、罐收油狀態。

1.6 接卸調度模型

接卸調度的主要任務是負責油輪卸油作業安排，整個流程涉及合理安排油輪卸油，選擇合適的管線進行輸油，選擇合適油罐存儲原油。模型輸入為采購計劃，包括原油到港信息和原油參數信息，模型關鍵參數包括碼頭、油罐和管道設備的相關參數。此模型最主要是根據原油月度加工計劃推薦月度來油計劃，作為短期調度模型的邊界輸入條件。以實際來油計劃合理安排接卸模型。將實際來油計劃帶入原油混輸短期調度模型中，判斷各油種來油接卸的可能性，如不滿足碼頭罐容量約束，將以推薦來油模型計算該油最合理來油時間。

1.7 模型優化求解

以短期調度模型搭配接卸調度模型構建煉廠原油混輸長周期調度排產模型，長周期排產建模實質上是由多層次模型交叉搭建完成，規模大、復雜性高，在長周期(一個月)迅速得到一個合理的可行解成為關鍵問題。

1.8 人工經驗修正排產

通過長周期調度排產模型生成的調度計劃，會因為加工目標、原油到港情況、蒸餾裝置負荷等排產條件變化需要靈活調整。在排產結果引入人工修正機制，針對調度計劃任意時間點的任意作業類型進行調整，固化調整時間點的排產結果，以調整點為期初更新調整安排，代入長周期調度排產模型中自動生成調整時間點之后的調度計劃。經多次修正后，調度計劃更具實際原油加工的指導意義。

2 某煉廠案例研究

根據某煉廠原油加工業務背景建立長周期調度排產模型，一套蒸餾裝置，煉油一次加工能力920 萬噸/年。兩個原油罐區，其中主罐區為廠內原油罐區，12 個原油罐，均為單油組分罐，有10 個10×104m3，兩個5×104m3，可用罐容為85×104m3。從碼頭油輪接卸原油優先進廠內原油罐，其次進商儲原油罐。商儲原油不能直接調合加工，需轉輸進廠內原油罐。碼頭卸油進原油罐需經過8h 商檢時間。原油罐需靜置24h 脫水后才可付蒸餾裝置加工。

因商儲罐區的特殊性，模型將其儲罐理想化，不以具體罐建模，不限罐容，無限制進油。廠內每個罐根據實際應用設置安全低限和高限，以某煉廠某一天為排產起始點，原油罐區狀態為實際調度情形為模型對比數據，排產周期21d，原油期初資源如表1 所示。常減壓加工流速1100t/h，當前加工方案確定。

2.1 原油聚類分析

統計期初各原油庫存情況，并進行聚類分析。依據各類原油在途運輸情況，確定各類原油消耗流速。

2.2 原油選擇優化建立加工方案庫

以原油性質、各類原油消耗上下限以及蒸餾裝置加工約束給出優化加工方案如表2。

表1 期初原油資源

表2 優化加工方案

2.3 長周期調度排產模型求解結果

將優化加工方案庫結合原油到港情況代入長周期調度排產模型中，得到計劃原油加工安排，如表3。

表3 來油接卸對比

從模型輸出來看，針對排產周期內的既定來油資源，調度模型給出詳細的來油接卸方案，與實際來油相比，實際新增來油Oil10。實際的加工過程更加靈活，調度模型按照一定的啟發式規則會沿著既定的路線尋找到可行解，再輔以人工經驗修正，就能大致與實際相切合。

3 結語

從滿足調度的可行性的角度出發，結合調度實際過程的經驗操作轉換為模型啟發式規則，構建離散時間多層次模塊化調度模型。考慮原油從來船接卸收儲、轉輸調合、加工整個生產環節。以某煉廠生產例子為案例研究，說明模型單罐區單整流裝置多油種多加工方案的適用性。本文只是針對平穩工況的長周期調度安排，沒有實時考慮原油加工優化的問題，還有待進一步研究。