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    前言

    煉油化工企業(yè)的生產(chǎn)計劃是煉化企業(yè)價值鏈管理中的一個重要環(huán)節(jié)，計劃優(yōu)化的主要目標(biāo)是根據(jù)原材料價格、生產(chǎn)訂單、裝置加工能力、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及其它約束條件制定并優(yōu)化企業(yè)的中、遠(yuǎn)期的生產(chǎn)計劃。

    目前石化行業(yè)面臨的情況是：原油資源緊缺、國際市場原油價格不斷提升，市場競爭不斷加劇。如何利用計劃優(yōu)化軟件優(yōu)化原油進(jìn)料、優(yōu)化油品的成本，同時還要滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，是煉化企業(yè)亟待解決的嚴(yán)峻問題。霍尼韋爾公司的計劃優(yōu)化系統(tǒng)為解決這類問題提供了很好的方案。

    下面內(nèi)容分為四部分：計劃優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；計劃優(yōu)化系統(tǒng)模塊主要功能；計劃優(yōu)化系統(tǒng)在大連石化的應(yīng)用及效果分析；結(jié)論。

    計劃優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

    計劃優(yōu)化系統(tǒng)包括三個模塊：ENI原油數(shù)據(jù)庫、Assay2原油切割軟件、RPMS計劃優(yōu)化軟件。模型覆蓋了大連石化分公司的所有工藝生產(chǎn)裝置。圖1下是計劃優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

               

　　　　　　　　　　圖1　計劃優(yōu)化化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)主要由三部分組成，原油數(shù)據(jù)庫ENI、原油切割工具ASSAY2及多工廠多周期建模軟件RPMS。

    系統(tǒng)將以企業(yè)利潤最優(yōu)為目標(biāo)，采用混合整數(shù)規(guī)劃及非線性數(shù)據(jù)遞歸方法，求解短期計劃或長期戰(zhàn)略規(guī)劃，如原料選擇、產(chǎn)品調(diào)合優(yōu)化、生產(chǎn)計劃、投資計劃、庫存和供應(yīng)管理、技術(shù)評價、確定裝置的規(guī)模或擴(kuò)建研究、投資研究等，建立最佳生產(chǎn)運行方案，準(zhǔn)確地為生產(chǎn)經(jīng)營提供采購、銷售、裝置運行、操作條件等最佳決策，進(jìn)行全廠和單裝置效益分析，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

    計劃優(yōu)化系統(tǒng)主要功能模塊介紹

    ENI原油數(shù)據(jù)庫

    ENI原油數(shù)據(jù)庫是計劃優(yōu)化系統(tǒng)的重要組成部分，它負(fù)責(zé)向RPMS計劃優(yōu)化軟件提供原油基本資料。ENI原油數(shù)據(jù)庫包括了一百幾十種世界原油的原油評價資料，可以添加或修改原油評價資料。它與ASSAY2結(jié)合，進(jìn)行原油數(shù)據(jù)的切割，展示不同餾分段的收率及性質(zhì)。當(dāng)然，也可以選擇其它公司專用的原油數(shù)據(jù)庫。

    Assay2原油切割軟件

    ASSAY2是一個原油評估和選擇系統(tǒng)。它可與原油數(shù)據(jù)庫連接，對原油進(jìn)行切割與調(diào)合。ASSAY2可將混合原油作為新油來進(jìn)行調(diào)合，調(diào)合結(jié)果可以作為一種新的原油加入數(shù)據(jù)庫。ASSAY2有四個運算處理器，可以分析原油試驗數(shù)據(jù)，還可進(jìn)行原油切割和調(diào)合，評估各餾分的品質(zhì)和產(chǎn)率，并能建立原油處理中間產(chǎn)品的數(shù)據(jù)。

    使用ASSAY2原油數(shù)據(jù)庫，可以分析原油和多到20種原油的混合品。混合原油也可以引入ASSAY2數(shù)據(jù)庫分別作為單獨的原油來進(jìn)行進(jìn)一步混合。完成了對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的分析和修補，可以將分析結(jié)果和原油組分性質(zhì)制成詳細(xì)報表。

    RPMS計劃優(yōu)化軟件
    主要功能介紹
    建模功能
    多工廠建模

    RPMS多工廠模塊為供應(yīng)與銷售解決方案生成數(shù)據(jù)模型，多工廠建模可以定義下面的結(jié)構(gòu)和功能：
    原材料成本及可用性
    原材料的多級成本曲線
    每處中轉(zhuǎn)油庫的產(chǎn)品需求
    產(chǎn)品的多級價格需求曲線
    每個工廠的現(xiàn)有原材料
    工廠里中間產(chǎn)品的庫存和消耗
    每個工廠里現(xiàn)有的產(chǎn)品
    兩個油庫間的原材料和產(chǎn)品的運輸模式
    對單個或某種運輸方式的成本分類
    混合裝船
    全局的和特定路線的運輸成本
    不同油庫間原料的轉(zhuǎn)運
    產(chǎn)品交易合同
    油庫里產(chǎn)品的調(diào)合
    油庫里產(chǎn)品的庫存約束
    油庫的進(jìn)料限制以及可變的運營成本
    可選的運輸細(xì)節(jié)的控制
    多周期建模

    多周期建模

    RPMS多周期建模工具可幫助制定年度運營計劃和戰(zhàn)略規(guī)劃，它支持跨越多個時間周期的建模，周期的長度可由用戶自定義。多周期建模在許多場合非常有用，包括：庫存管理、某時段內(nèi)的貼現(xiàn)現(xiàn)金流分析、在總運營計劃內(nèi)的不時變化的加工能力分析等。

    混合整數(shù)規(guī)劃

    整數(shù)規(guī)劃這項技術(shù)允許用戶指定某種原材料必須在最低價位時購買，或者根本就不要買。利用RPMS中的整數(shù)規(guī)劃，可以很方便地作出許多獨立的決策。

    投資建模

    利用RPMS可以把投資決策（如購買新設(shè)備）與優(yōu)化過程結(jié)合起來。系統(tǒng)程序庫包含了對全世界煉油廠正在使用的工藝的精選模型與投資能力關(guān)系，它允許執(zhí)行這類優(yōu)化任務(wù)。

    分布式回歸

    通過分布式回歸和屬性誤差跟蹤，RPMS可以提高原料進(jìn)料的選擇能力，它使LP（線性規(guī)劃）能發(fā)現(xiàn)庫中的生產(chǎn)線性能的差異。RPMS可把進(jìn)料的變化與產(chǎn)品屬性的變化關(guān)聯(lián)起來。

    連續(xù)的線性規(guī)劃

    RPMS提供了一個重要的工具，用于解決非線性問題以及其它難于收斂的建模問題（如由于新配方的汽油帶來的問題），這種特殊的回歸技術(shù)稱為“連續(xù)線性規(guī)劃”（SLP）。

    聯(lián)合運營

    RPMS在處理加工廠聯(lián)營問題時具有獨特的能力。它主要提供以下技術(shù)：

    在同一模型中，對包含不同的產(chǎn)品和不同的加工方案的多種原油和工藝裝置的邏輯操作模式進(jìn)行描述。
    基于某些操作裝置或某些生產(chǎn)線，靈活地對產(chǎn)品線進(jìn)行合并或分離。
    明確地合并某些生產(chǎn)線，以利于后續(xù)的任務(wù)調(diào)配，同時正確地跟蹤合并后對質(zhì)量的影響。
    按照生產(chǎn)的產(chǎn)品量的比例，把幾種生產(chǎn)線虛擬地合并在一起，由下游的工序進(jìn)行調(diào)配。

    系統(tǒng)的組成

    煉油工藝數(shù)據(jù)庫

    RPMS中有一個動態(tài)煉油數(shù)據(jù)庫，它提供了全世界范圍內(nèi)正在廣泛使用的工藝的精選子模型與其投資能力的關(guān)系。數(shù)據(jù)庫包含基于體積和基于重量的工藝裝置，使得用戶可以非常靈活地給大部分的中間煉廠物流定制煉油模型、中間餾出液、燃料油以及質(zhì)量數(shù)據(jù)。

    化工數(shù)據(jù)庫

    RPMS化工數(shù)據(jù)庫包含范圍非常廣的石化工藝和產(chǎn)品，主要用于與煉油工藝無關(guān)的化工研究或者與煉油數(shù)據(jù)庫聯(lián)合起來用于化工和煉油研究。它包含100多個化工操作裝置（及相關(guān)的投資成本）的子模型。成品包括基本的和中間的化工產(chǎn)品、合成纖維、合成橡膠、樹脂、塑料、溶濟(jì)、成形濟(jì)及化肥等。

    先進(jìn)的優(yōu)化器

    RPMS利用當(dāng)前最先進(jìn)的三種優(yōu)化器：Berlin 大學(xué)開發(fā)的MOPS、Dash 公司開發(fā)的XPRESS以及IBM公司開發(fā)的優(yōu)化子程序庫（OSL）。這三種優(yōu)化器都可用來解決最難的線性規(guī)劃（LP）問題，每個程序在具體的應(yīng)用場合又有各自的優(yōu)勢。它們已經(jīng)整合到RPMS中，并在全球范圍內(nèi)得到應(yīng)用。

    數(shù)據(jù)工廠

    RPMS數(shù)據(jù)工廠利用EXCEL電子表格顯示和操作RPMS模型數(shù)據(jù)。可以利用此程序添加/刪除行或列、執(zhí)行計算、在工作表之間拷貝/粘貼、修改界面及進(jìn)行打印。面向表格的視圖是對GUI中有關(guān)模型數(shù)據(jù)面向?qū)ο蟮囊晥D的補充。不同的表格視圖有時可幫助解釋事例或發(fā)現(xiàn)周期數(shù)據(jù)的差異。數(shù)據(jù)工廠也提供權(quán)限檢查，沒有相應(yīng)的權(quán)限，不能查看表格或?qū)Ρ砀襁M(jìn)行修改。

    報表工廠

    RPMS報表工廠是個集成的EXCEL程序，它以EXCEL電子表格的形式，生成RPMS　報表、基本報表及用戶定義格式的報表。用戶自定義報表是用常用電子表格工具設(shè)計的報表。軟件包中還包含了用戶函數(shù)庫。報表工廠功能非常強大，它可制作任何形式的報表。

    計劃優(yōu)化系統(tǒng)的應(yīng)用

    RPMS模型能夠根據(jù)原油采購價格、產(chǎn)品銷售價格，幫助選擇最優(yōu)的生產(chǎn)方案，幫助采購性價比最好的原油，提升企業(yè)利潤。由于原油的加工成本占企業(yè)生產(chǎn)總成本的90%以上，煉油企業(yè)非常重視原油的采購成本和效益之間的差值，優(yōu)化選擇原油的采購對企業(yè)的影響至關(guān)重要。因此，以優(yōu)化原油的加工方案為例對計劃優(yōu)化系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行說明。

    應(yīng)用背景

    大連石化分公司是中國石油天然氣股份有限公司所屬的一家大型煉化企業(yè)。正在進(jìn)行2000萬噸原油加工能力擴(kuò)能和技術(shù)改造，以具備加工低硫原油和高硫原油能力，實現(xiàn)原油加工和選擇的多樣性，體現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，提高油品市場放開后市場競爭力。現(xiàn)有主要生產(chǎn)裝置34套，年原油一次加工能力已經(jīng)達(dá)到2050萬噸，能生產(chǎn)汽油、煤油、柴油、潤滑油、石蠟、苯類、聚丙烯、細(xì)旦纖維等石化產(chǎn)品200多種。

    2007年二季度原油采購價格高，部分產(chǎn)品價格倒掛，煉廠必須通過精打細(xì)算，生產(chǎn)更多的高附加值產(chǎn)品，才能降低原油加工風(fēng)險。目前，市場上偏重質(zhì)的原油價格與輕質(zhì)原油價格差距較大。如果只采用輕質(zhì)原油，能夠滿足產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量要求，但成本較高；如果采用偏重質(zhì)原油，成本較低，但會生產(chǎn)部分減壓渣油產(chǎn)品，這部分產(chǎn)品價格較低。因此如何合理地搭配輕質(zhì)原油和重質(zhì)原油的比率，又能使產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量滿足要求，同時還要降低總體成本，是煉油企業(yè)普遍關(guān)心的問題。

    基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

    模型的設(shè)計基礎(chǔ)主要日常的各裝置生產(chǎn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)真實的反映裝置運行情況，在計劃優(yōu)化模型中，主要用到了以下數(shù)據(jù)：
    各裝置的物料平衡、產(chǎn)品收率；
    各裝置的公用工程消耗（水、電、燃料等）；
    各裝置的三劑化工料消耗（以年消耗為準(zhǔn)）；
    原油評價、中間產(chǎn)品及最終產(chǎn)品分析數(shù)據(jù)。
    部分裝置加入產(chǎn)品收率、物性與原料物性關(guān)系（可追溯的物性）

    裝置原料及產(chǎn)品的調(diào)和控制：
    按照產(chǎn)品出廠標(biāo)準(zhǔn)，挑選出實際生產(chǎn)中難以控制的產(chǎn)品指標(biāo)，作為產(chǎn)品調(diào)和的控制目標(biāo)。按照裝置生產(chǎn)的實際要求加入中間物料的調(diào)和標(biāo)準(zhǔn)。

    已知條件

    生產(chǎn)裝置運行工況以及市場所需產(chǎn)品的數(shù)量上限和價格。

                      

    設(shè)計方案：

    方案一：由計劃優(yōu)化系統(tǒng)自由選擇進(jìn)口原油采購品種和數(shù)量，允許生產(chǎn)部分減壓渣油產(chǎn)品。
    方案二：固定常規(guī)采購的大宗原油品種和數(shù)量，采購偏重原油，允許生產(chǎn)部分減壓渣油產(chǎn)品。
    方案三：固定常規(guī)采購的大宗原油品種和數(shù)量，采購偏輕原油，不生產(chǎn)減壓渣油產(chǎn)品。

    運算結(jié)果

    利用計劃優(yōu)化系統(tǒng)，輸入以上要求，可以得到以下結(jié)果：

    原油加工結(jié)果比較

                  

    產(chǎn)品產(chǎn)量比較報表

                   
                   

    裝置運行結(jié)果比較報表

                  
                  

    利潤結(jié)果比較報表

                   

    運算結(jié)果分析

    在方案一下虧損：12665/37097*1000=341元/噸
    在方案二下虧損：13790/37097*1000=372元/噸
    在方案一下虧損：14533/37097*1000=392元/噸

    由此可以看出，利用計劃優(yōu)化軟件運行的結(jié)果比人工制定的方案每噸油成本節(jié)約為31元和51元。

    結(jié)束語

    通過對以上案例的計算分析，可以看出計劃優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)合生產(chǎn)裝置的運行狀態(tài)、結(jié)合產(chǎn)品的銷售價格、結(jié)合生產(chǎn)計劃的安排情況，能夠?qū)υ蛢?yōu)化選擇給與指導(dǎo)。而且，此軟件在優(yōu)化生產(chǎn)運行方案、優(yōu)化產(chǎn)品調(diào)和以及優(yōu)化裝置原料選擇都有一定的指導(dǎo)意義。因此，利用先進(jìn)的計劃優(yōu)化系統(tǒng)，制定合理的原油采購及加工計劃，對于煉化企業(yè)降低成本、提高市場競爭能力都將帶來積極的影響。