S-GROMS在煉油企業計劃優化中的應用

邵敏

中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司 北京 102500

1 前言

生產計劃的制定與優化是煉油企業經營管理和生產營運工作的核心工作之一，生產計劃的優劣直接影響到生產效益的高低。煉油企業的生產流程通常較為復雜，生產優化參數量大，優化求解較為困難，隨著全球經濟的一體化以及計算機技術與優化軟件的快速發展，從十九世紀七十年代至今，計劃優化工業軟件逐步得到應用，為煉油企業創造了經濟效益。

2 全局資源優化模型系統簡介

全局資源優化模型系統（S-GROMS）即Sinopec-Global Resource Optimization Modeling System，是通過建立流程工業模型模擬煉化企業的生產經營過程實現生產計劃編制及優化的工業軟件，由中石化（大連）石油化工研究院有限公司（FRIPP，簡稱“大連院”）研究開發，可為企業生產經營提供決策輔助，并為企業通過智能優化技術提升經濟效益提供有效的解決方案。

2.1 模型架構

高效的模型系統是提升煉化流程建模及優化測算能力的關鍵，常規的模型構建方法包括手寫變量及方程、編程構建模型、自動化數據構建固定模型、圖形化構建模型等。隨著業務應用范圍的拓展，以及計算日益深入的融入生產經營過程，以圖形化通用抽象模型架構構建企業計劃優化模型成為了主要發展趨勢。

S-GROMS的軟件特點為面向煉化領域通用業務的抽象模型系統，建立的優化模型是煉化企業全流程系統中各實體、屬性以及之間關系的數學描述。

S-GROMS軟件中，模型以業務架構為導向主要分為7個層級，分別是模型名稱級（第1層）、計劃期級（第2層）、企業級（第3層）、子模型級（第4層）、裝置級（第5層）、側線級（第6層）和去向級（第7層），其中模型名稱可區分模型范圍；計劃期是設定業務的時間區間，并應用于多周期設定；企業級可設定企業范圍，可支持多企業模型；子模型級設定車間、業務板塊等；裝置級設定各生產裝置或生產和業務單元；側線級設定生產物流、能流、操作對象等，可設為實流或虛流；去向級設定管網、管道、運動路線等。模型中第1-5層是實體與時空的描述；第6層是實體及屬性的描述；第7層是關系的描述。通過以上模型架構，工業流程的本質被轉化為數學上的物流（實體及屬性）在時空中的相變、質變、量變與移動。

2.2 模型理論基礎

企業的計劃優化過程可以抽象為在一定約束條件下尋優的數學問題，通常稱為數學規劃。

煉化企業由于反應、物性傳遞、調和等過程的存在，會形成復雜的非線性優化問題。一般的原油采購、蒸餾及加工過程可由物料守恒的線性約束表示；油品調和等過程為非線性約束，包括質量物性約束及體積物性約束，通過加入該約束條件，可以對汽油、柴油、煤油等的調和過程進行約束與測算；對于復雜的反應過程，則采用Base-Delta對物流與裝置反應的非線性過程進行描述。

通過對不同的過程采用不同的數學處理方式，可以對煉化生產過程進行系統的建模，進而進行約束與測算，求解最優的參數組合，實現對煉化企業生產經營的系統優化。

3 優化模型的企業級應用

按照中國石化相關要求，煉油企業定期對企業模型進行與實際數據的相符性校核，并利用校核后的模型進行煉油年季月度生產計劃排產優化、原油資源采購優化、產品結構優化、生產方案優化等工作。本文以中國石化Y企業為例，對S-GROMS在煉油計劃優化方面的應用情況進行介紹。

3.1 優化模型校核

計劃優化軟件模型在應用之前和應用過程中都要進行數據校核，即結合與實際典型生產數據的對比進行模型調整，從而對模型的結構、功能和數據進行完善和更新，使模型能夠及時、準確地反映企業實際生產情況，為煉油企業編制生產計劃和優化方案測算奠定基礎。Y企業S-GROMS模型在2022年的校核結果見表1。

表1 2022年某月實際數據與S-GROMS模型校核結果對比

從表1可看出，S-GROMS模型校核數據與實際生產數據基本吻合，說明此模型可應用于Y企業煉油計劃對接及優化測算。

3.2 原油選購

在煉油企業總成本中，原油成本占煉油總成本的比例較高，目前燃料型煉油廠原油成本占煉油總成本的90%以上[1]，因此降低原油成本是企業降本增效的一個重要措施。

3.2.1 原油采購優化

以往主要采取原油劣質化的手段以降本增效，但在重油平衡、產量約束等條件受限的條件下，原油一味劣質化并不能真正實現效益最大化。計劃優化軟件可將市場與生產相結合，在綜合考慮不同的原油品種、原油價格、裝置結構、生產負荷能力、停工檢修、公用工程、產品價格、原料進廠和產品出廠能力及數量約束等影響效益各種因素的情況下，生成最優的原油采購和生產優化方案，在效益最大化的前提下降低原油成本。

以Y企業月度原油采購優化方案測算為例，在價格體系和裝置停工天數等約束條件不變的情況下設置三種生產方案進行比較，具體優化結果見表2。

表2 原油采購優化結果

由表2可知，個別約束條件的變化將導致原油優化結果中原油品種和數量發生變化，如原油品種數量在方案1至3中分別為8、7、8種，沙中原油在方案1至3中選擇數量分別為8.3、8.7、11.2萬噸。與基準方案相比，方案2原油成本下降5元/噸，效益增加21萬元，方案3原油成本上升35元/噸，而效益增加5589萬元。因此利用S-GROMS可以制定不同條件下的原油采購優化組合方案，以實現效益最大化。

3.2.2 原油保本價

做好原油采購優化對提升煉油效益有著重要的作用，而原油保本價可對確定原油選擇優先順序提供數據支持。

原油保本價測算是在一定測算環境下進行的，測算環境不同，測算保本價就不同。測算環境主要是指購買、加工該原油的條件和要求【2】。從整體上來說，在一個周期內企業加工的都是混合原油，因此測算的原油保本價都是相對的，即在某種特定的原油加工結構、裝置負荷、工藝流程、產品結構下，一種原油相對于其它原油的品質差，原油加工結構發生變化以及加工方案發生變化都會引起品質差發生變化。由于各企業裝置設計、工藝流程以及加工方案不同，因此每種原油在不同的企業具有不同的保本價。

目前計算原油保本價的方法主要有增量法和替換法，即在其他原油固定的情況下，通過構建案例來模擬增加或替換一定數量原油的情況測算出相對邊際效益，進而推算出保本價的方法。S-GROMS自帶的原油排序功能是使用增量法快速測算多種原油的噸油效益變化并進行排序，進而計算出各種原油的保本價。

增量法計算的原油保本價格隨增量變化也有變化，因此使用增量法時要保證各測算油種的增量要保持一致。

Y企業采用某月價格體系和原油加工總量及產量約束條件下通過增量1萬噸測算的主要原油保本價結果見表3。

表3 主要原油保本價

由表2可看出，在測算價格體系及其他約束條件下，固定原油加工量和成品油等主要產品產量時，測算高硫原油中巴士拉重油和巴士拉中油的噸油效益排名靠前，低含硫原油中CPC、達斯等輕質原油以及圖皮、薩賓諾等中質原油的效益排名靠前。因此利用S-GROMS有利于尋求性價比更高的新油種，為原油選購和確定替代油種提供依據。

3.3 生產方案優化

在計劃排產過程中，要結合市場形勢，優化制定原油加工和生產方案，優化調整成品油、瀝青、基礎油和丙烯等產品產量。在不同的價格體系和約束條件下，優化方向也有所不同。在給定條件下，運用計劃優化軟件能優化出經濟的生產方案。

以Y企業潤滑油基礎油生產優化方案測算為例，針對不同的基礎油產量、原油加工量、裝置負荷、基礎油價格等約束條件，設定4套方案，具體測算條件、方案設定和結果如下。

3.3.1 測算條件

（1）采用原油基準價為85美元/桶、高低硫價差為2.5美元/桶、匯率6.85的價格體系；其他原料油和產品采用同期價格。

在小學語文教學過程中，積極培養學生的語文素養是十分重要的。一個人的語文素養，不僅體現在識字書寫、語言運用等方面，更體現在生活的各個方面。所以，對小學生而言，在學習教材的過程中，一定要在教師的幫助下好好地培養自身的語文素養。一本好的教材固然重要，但是，如果不能對教材了解充分，不但浪費編寫人員的心血，可能對學生不利。所以作為教師，一定要把握好部編教材的特點，讓學生的語文核心素養更上一層樓。

表4 主要原油條件

（2）參照實際運行合理范圍設定主要生產裝置負荷約束條件。

表5 主要生產裝置負荷條件

3.3.2 測算方案

A 測算生產1萬噸基礎油對原油加工量和效益影響

（1）方案A1：不限制原油加工量，固定成品油產量，不生產潤滑油基礎油。

（2）方案A2：在方案A1的基礎上，固定生產1萬噸潤滑油基礎油。

B 測算不同原油加工量下的基礎油產量

（1）方案B1：成品油設定產量上限，潤滑油加氫裝置負荷不設下限，基礎油產量放開，原油加工量上限62萬噸。

（2）方案B2：在方案B1的基礎上，原油加工量上限65萬噸。

（3）方案B3：在方案B1的基礎上，原油加工量上限68萬噸。

（4）方案B4：在方案B1的基礎上，原油加工量上限69萬噸。

C 測算潤滑油加氫裝置生產負荷上下限對應原油加工量

（1）方案C1：成品油設定產量上限，原油加工量和基礎油產量放開，潤滑油加氫裝置負荷按照合理范圍下限固定。

（2）方案C2：在方案C1的基礎上，潤滑油加氫裝置負荷按照合理范圍上限固定。

D 測算基礎油提價對基礎油產量的影響

（1）方案D1：固定成品油產量，原油加工量和基礎油產量放開，潤滑油加氫裝置負荷不設下限，基礎油采用近期價格。

（2）方案D2：在方案D1基礎上，基礎油價格提高500元/噸（不含稅）。

（3）方案D3：在方案D1基礎上，基礎油價格提高1000元/噸（不含稅）。

（4）方案D4：在方案D1基礎上，基礎油價格提高5000元/噸（不含稅）。

（5）方案D5：在方案D1基礎上，基礎油價格提高8000元/噸（不含稅）。

（6）方案D6：在方案D1基礎上，基礎油價格提高10000元/噸（不含稅）。

3.3.3 測算結果

表6 生產1萬噸基礎油對原油加工量和效益影響測算結果

表7 不同原油加工量下的基礎油產量測算結果

表8 潤滑油加氫裝置生產負荷上下限對應原油加工量測算結果

表9 基礎油提價對基礎油產量的影響測算結果

3.3.4 分析及建議

由測算結果可知，在測算條件和成品油產量不變的情況下，增產1萬噸潤滑油基礎油，原油加工量可提高1.1萬噸，煉油效益增加33萬元；在測算條件下，原油加工量達到69萬噸以上才適宜生產潤滑油基礎油；潤滑油加氫裝置滿負荷運行時，測算最優原油加工量為77.1萬噸，潤滑油加氫裝置負荷在下限運行時，測算最優原油加工量為75.9萬噸，但整體效益可提升1308萬元；固定成品油產量時，在目前價格體系下，測算潤滑油加氫裝置負荷率較低，隨著基礎油價格提高，潤滑油加氫裝置負荷率逐步提高，但原油加工量并不是一味提高，在基礎油價格增幅極高時，可考慮通過調整原油結構，降低原油API，提高蒸餾蠟油側線收率以提高潤滑油加氫裝置原料量。

鑒于測算情況，建議結合基礎油價格等實際條件變化，做好原油加工量和潤滑油加氫裝置負荷優化，在測算價格體系下，通過適當控制原油加工量和潤滑油加氫負荷，可提升煉油效益。

由上述測算情況可知，利用S-GROMS有利于確定更經濟的生產方案和產品產量，為調整生產優化方向提供依據。

4 結語

S-GROMS軟件是通過模擬煉化企業生產經營過程實現生產計劃編制及優化的工業軟件，經過實踐驗證了軟件模型的正確性和可信性，能夠滿足煉油企業計劃排產、原油采購、生產方案和產品結構調整等生產計劃優化業務需求，并在實際生產計劃的編制和優化中得到應用，為提高企業經濟效益發揮決策支持作用。