一个炼油厂往往有多套生产装置, 每套装置所生产出来的组分油又有许多种, 不同组分油的质量指标状况均不相同, 从不同的生产装置所生产出来的组分油中选择哪些组分油, 以怎样的比例进行混合, 是一件非常困难的工作, 这也是油品调合工作所要解决的主要问题。解决这个问题的水平高低, 在很大程度上关系着炼油厂的经济效益。目前, 国内绝大多数炼油厂的油品调合工作是由调合人员在对生产工艺流程熟练掌握的基础上, 凭借个人长期积累的实践经验, 人工制定调合方案完成的。这种做法具有以下缺点。
(1) 对调合人员的要求很高;
(2) 调合的效果不是很理想;
(3) 调合人员的培训困难。
原油经过炼油厂加工以后可以分离出很多产品, 在众多的石油产品中, 石油燃料约占石油产品商品构成的85%。石油燃料包括液化石油气、汽油、煤油和燃料油, 是我国工、农业生产、交通运输、现代国防建设中广泛应用的大宗油品。组分油由于性质差别很大, 所以通常是无法全部直接应用于生产、生活当中的。人们平时所使用的都是质量指标差异不大的成品油。成品油是由两种或两种以上的组分油按一定的标准进行充分混合 (有时还需加入某种添加剂以改善油品某种性能) 得到的。这个过程就是油品调合过程。成品油为汽油的调合被称为汽油调合。
汽油调合是一项机理十分复杂的生产工艺。是一项技术性极强的生产工艺, 要根据国家标准要求完成严格的测试和分析。同时在选择添加剂时, 要充分考虑添加剂与基础油及各类添加剂彼此之间的配伍性等因素。汽油通过较好的调合以后, 一般可以达到以下几个目的。
(1) 使汽油符合规格标准, 具有使用时所要求的各种性能, 并保持其稳定性;
(2) 提高产品的质量等级, 减少环境污染, 以达到良好的社会效益;
(3) 合理使用组分油, 提高产品的收益, 促进企业增加经济效益。
因此, 汽油调合是大庆炼化公司生产汽油的重要环节, 对企业的经济效益影响很大。大庆炼化公司汽油调合问题是一个典型的优化问题, 优化的目的是在满足成品油质量指标的前提下, 尽量地使得收益最大或成本最低。通过对大庆炼化公司的实际情况的研究和对国外调合模型的反复论证, 做出了适合自己生产状况的调合模型。将现场应用与室内研究进一步结合, 完善和补充调合工艺和理论研究, 并在现场应用取得成果上进行总结、评价, 提出更加明确的汽油调合规则和模型, 将重点解决大庆炼化公司汽油调合问题, 对于改善大庆炼化公司经济效益, 增加产量等有重要意义, 汽油调合生产有广阔的应用前景。
1 模型的建立
1.1 成品油调合优化分类
成品油调合优化可分为三类:第一类优化为组分油间的优化。根据各个组分油的在本差异, 确定出组分油的混合比例, 使得组分油的成本总和最小。第二类优化问题为成品油牌号间的优化。根据各个成品油牌号的价格差异, 确定出每种组分油参与各个成品油牌号调合的数量或比例, 使得调合后得到的所有成品油牌号的销售收入之和最大。第三类优化问题为在成品油牌号间和组分油间同时进行的优化。这种优化问题, 既要考虑不同成品油牌号间的价格差异, 又要考虑不同组分油的成本差异, 使得调合生产的效益最高。
事实上, 第一类调合优化问题和第二类调合优化问题均可看作为第三类调合优化问题的特殊情况, 第三类优化问题最复杂, 难度最大。第二类优化问题次之。第一类优化问题相对简单。
成品油调合优化问题的约束条件可分为三类。
(1) 成品油牌号质量指标约束:调合后的成品油必须满足相应成品油牌号的质量指标要求是成品油调合优化问题的基本约束条件。
(2) 变量相互关系约束:针对不同的调合优化问题, 其待求变量或中间变量相互之间存在着一定的约束关系。对于第一类优化问题、第二类优化问题和第三类优化问题都具有变量之间的相互约束。
(3) 经验知识的约束:每个炼油厂的调合调度人员, 在长期的调合调度工作中, 已经积累了大量适合本厂油品调合的经验知识。这些经验知识对调合优化问题的求解是非常有用的。利用这些信息, 可以大大缩小最优解的搜索范围, 从而缩短求解时间。
1.2 成品油调合优化问题模型形式
以第一类成品油调合优化问题的模型形式为例, 综合上述对第一类成品油调合优化问题约束条件和目标函数的分析结果, 可得到第一类成品油调合优化问题的模型形式如下:
其中:xi为组分油i的混合比例, i=1, 2, …, L;ci为组分油i的相对成本;qi1, qi2, …, qiN为组分油i的N个质量指标;fk () 为第k个质量指标与组分油混合比例、组分油质量指标间的调合关系函数, k=1, 2, …, N;qrk′, qrk″为成品油质量指标k的上、下限, 当其中之一取无穷时, 表明该质量指标要求为单向约束;ai′, ai″为组分油i的混合比例的上、下限, ai′, ai″∈[0, 1]。
1.3 汽油调合模型的建立
浙江大学陈新志借助于描述溶液混合过程中热力学性质变化的局部组成模型, 所提出的辛烷值模型, 应用效果较好。本文在建立汽油调合优化模型时选用了该研究成果作为汽油调合过程中汽油辛烷值的估计模型。该模型将各种汽油组分视为虚拟的纯组分 (实际上是复杂的混合物) , 采用下列简单的形式来表达调合汽油辛烷值与虚拟纯组分的辛烷值及组成的关系。
对此模型本文进行了简化和近似处理计算, 我们得到了相互作用法模型。
相互作用法模型需要调合组分中任何可能的两种组分50%-50%调和的相互作用值。这些值再乘上对应组分在调合料中的体积百分比后, 乘积的总和提及平均辛烷值以代数方法相加后就得到相应的调合辛烷值 (R O N或M O N) 。
Yij为j组分油50%的体积与i组分油50%的体积调合的作用值, Xj是组分油, n为组分油数量。
2 模型的分析与讨论
用模型和纯线性分别计算调合油的研究法辛烷值, 模型较好的体现了研究法辛烷值在调合时的正效应。另外, 不同感受性的高辛烷值组分油在调合时的贡献也可以由模型体现出来, 通过上述两个方面的比较, 可以说明模型的合理性。
从偏离度和拟合度两个方面对模型的优劣进行评估, 模型的RON离散度为0.2, 且离散度的延拓性为0.3, 模型的RON拟合度为0.97, 且拟合度的延拓性为0.87, 通过对模型的综合上述, 离散度及拟合度的分析, 可知模型含义明显, 考虑全面, 精度较高, 可以应用。
3 模型的现场应用
我们在大庆炼化公司储运厂采用罐调合的方法, 按模型计算出来的配方调合了两罐成品汽油。
具体实验结果与模型计算结果偏差如表1。
这些偏差主要是由计量偏差、化学分析误差、组分性质的影响、油品密度的影响以及试验时管线内存油与成品罐内存油不是同批产品等因素引起的, 但都在合理范围之内, 可见该模型无论在理论上的实验室运用还是在工业的实际生产运用上都具有可靠性, 而且精度比较精确, 值得推广。
4 模型为炼油厂带来的效益分析
通过对大庆炼化公司2004年11月至2005年8月共9个月的汽油调合量, 采用模型软件优化计算后的结果与实际生产数据的比较以及运用模型优化软件在与炼油厂实际生产产品结构相同情况下的增加产值和按所有产品结构进行优化计算后增加的产值相比较, 均看出调合模型对于大庆炼化公司的经济效益上有很大的帮助;从另一个方面看出, 现在大庆炼化公司的调合确实存在着很多的弊病;模型从调合组分的合理应用和调合成品的合理结构上为大庆炼化公司增加了巨大的产值。由此看来, 我们对于汽油调合模型的研究有着很大的必要性。
5 结语
(1) 综合国内外的研究情况及大庆炼化公司油品调合的实际现状, 比较了不同的调合方式和方法, 应用系统工程方法分析提出了成品油调合调度系统的功能要求。
(2) 通过上述对调合模型在大庆炼化公司的生产应用分析, 调合模型技术应用在一定程度上改善了汽油调合质量, 提高了产品收益。
(3) 建立了三类成品油调合优化问题的非线性规划模型, 并设计了基于模拟退火法的求解算法。
(4) 通过实验室理论和工业实际运用都证明了汽油辛烷值调合模型具有较好的推广应用前景, 按照该优化模型制定成品汽油调合方案能够提高经济效益。
(5) 油品在线调合控制系统, 是油品调合技术的一次飞跃, 它改变了传统的离线调合方式, 使油品调合技术从经验型向技术型和科学型转变。它为罐区管理和储运生产技术指出了发展方向, 在不久的将来必将在大范围内推广应用。
摘要：本文基于笔者多年从事成品油调和模型的相关研究心得, 以汽油辛烷值调合模型的建立与应用为研究对象, 论文首先探讨了汽油调和模型的建立思路, 进而对该模型进行了分析和讨论, 最后探讨了模型的应用及为炼油厂带来的效益, 全文是笔者长期研究基础上的理论升华, 相信对从事相关研究和应用的同行能有所裨益。
关键词：汽油调合,调合模型,油品调度,非线性规划,优化,效益
参考文献
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