石油煉化中物料平衡統(tǒng)計分析系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

王 凱

（中國石油大學石大科技, 山東 東營 257061）

1 物料平衡模塊的系統(tǒng)構成

一般來說，物料平衡系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)層、應用層和表現(xiàn)層三部分。物料平衡系統(tǒng)主要是通過數(shù)據(jù)集成、誤差檢測和數(shù)據(jù)協(xié)調等手段，利用數(shù)據(jù)校正技術對生產過程中的數(shù)據(jù)進行協(xié)調處理，并將協(xié)調以后的數(shù)據(jù)運用于最終的生產實踐當中去[1]。

2 物料平衡的實現(xiàn)

要實現(xiàn)物料平衡模塊，主要有數(shù)據(jù)綜合集成、工廠模型的建立及組態(tài)、對生產數(shù)據(jù)的校正這三方面內容。

2.1 數(shù)據(jù)綜合集成

實現(xiàn)物料平衡的前提和基礎就是原始數(shù)據(jù)的綜合集成，它同樣也是整個工程中的重點和難點，為此，我們必須做好前期準備，對整個企業(yè)的生產過程做仔細深入的調查研究，盡可能的對手中的數(shù)據(jù)做到心中有數(shù)，知道每個數(shù)據(jù)的來源，所屬職能、部門等[2]。另外，由于整個工程周期比較長，所以現(xiàn)實中的數(shù)據(jù)會不斷地出現(xiàn)一些新的變化，我們要對已掌握的數(shù)據(jù)進行及時的調整和補充，以完善我們的數(shù)據(jù)庫，這是非常重要的。

將數(shù)據(jù)綜合集成系統(tǒng)分成兩大部分。

（1） 數(shù)據(jù)集成：需要集成的數(shù)據(jù)包括了工廠生產的方方面面，裝置側線、管線、罐、原料、產品及半成品等的定義數(shù)據(jù)；進出生產單元的物料流量、溫度、壓力等測量數(shù)據(jù)以及罐區(qū)庫存數(shù)據(jù)；裝置之間、裝置與罐之間、罐與罐之間物料流動及原料進廠、成品出廠等數(shù)據(jù)。所有的這些數(shù)據(jù)都需要收集，以嵌入工廠的模型內。

（2） 集成數(shù)據(jù)的信息管理：在完成了數(shù)據(jù)的收集集成之后，如何妥善的對這些海量的數(shù)據(jù)進行管理仍然是一個很重要的問題。所有數(shù)據(jù)，都必須注明采樣時間、數(shù)值、所屬單位、物料品種和采樣方式等，然后由現(xiàn)場工作人員錄入，送到上層領導面前，經過領導的審核以后再送入到數(shù)據(jù)庫。

2.2 建立物料平衡模型

合理建立全場的物料平衡模型是實現(xiàn)物料平衡系統(tǒng)的重要前提，是MES 系統(tǒng)運用于工業(yè)領域的基礎。

模型的建立要能夠體現(xiàn)兩方面的內容：一方面是貼近石油煉化企業(yè)的實際生產流程。另一方面必須能夠實現(xiàn)物料平衡數(shù)據(jù)的協(xié)調計算[3]。原則上應該根據(jù)工藝操作單元、生產裝置、儲罐等流程圖建立，但事實上整個工藝流程的網(wǎng)絡結構錯綜復雜，按照流程圖來建立模型會使一些未測變量無法估計，給數(shù)據(jù)協(xié)調帶來障礙。因此，在建立模型時，應該根據(jù)實際需求，適當?shù)暮喕Ｐ椭械纳a網(wǎng)絡。下面以油品為例來簡述模型的建立應該采取的措施：

(1)將換熱器、泵等裝置視為管線，以排除與物料平衡無關的設備的影響。

(2)非油類管線不予考慮。

(3)穩(wěn)態(tài)情況下對物料平衡關系沒影響的流量，比如循環(huán)流量，要消去。

(4)盡可能的避免測量不準確的流量的引入。

(5)盡可能避免很難測準的罐的引入，比如：丙烯罐，液化氣罐等[4]。

(5)將整個罐區(qū)作為一個整體以減少未測變量，提高冗余度。

根據(jù)上述措施，合并流程，簡化測量網(wǎng)絡，進而得到物料平衡方程。同時，我們可以利用工廠裝置的標定數(shù)據(jù)來檢驗全場物料平衡模型中與該裝置對應的模塊，并對有問題的模塊進行及時的修正直至檢驗通過。

2.3 數(shù)據(jù)校正

模型建立完畢之后，我們要進行各裝置和罐區(qū)的生產數(shù)據(jù)的輸入，同時通過物料平衡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)校正，從而輸出最終的結果[5]。為解決工廠測量數(shù)據(jù)不一致，我們對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)校正，這種方法可以最小化誤差方差和，并同時滿足約束條件：輸入－輸出+庫存=0。通過第一次校正，若數(shù)據(jù)平衡，則說明生產運行正常。若數(shù)據(jù)不平衡，則說明生產過程中有問題存在，這時就要檢查生產流程，找出問題所在，然后再一次整定，再校正，一直到數(shù)據(jù)平衡。在此過程中我們一方面要去除那些具有明顯錯誤的數(shù)值，另一方面要找出系統(tǒng)經常出現(xiàn)“壞值”的平衡，并確定其測量值，從而快速解決平衡問題。

目前，數(shù)據(jù)校正的結果在整個生產過程中已經起到了很大的作用，例如：

（1）實現(xiàn)全廠物流數(shù)據(jù)的綜合，為企業(yè)信息化管理提供數(shù)據(jù)支持。

（2）生成物流能耗報表和各裝置平衡報表，實現(xiàn)網(wǎng)上審批發(fā)布，極大地提高了工作效率以及辦公的自動化程度。

（3）通過共享校正后的數(shù)據(jù)，加強了部門之間的信息交互，達到了資源共享的目的。

（4）校正過程中，明顯的數(shù)據(jù)誤差有助于發(fā)現(xiàn)工作過程中的一些人為或者計量儀器的問題，對這些存在的問題的解決有利于以后生產的進行。

3 全廠物料平衡系統(tǒng)的應用

物料平衡系統(tǒng)一方面可以用于制作各類生產或統(tǒng)計的報表，也可以通過平衡結果找出物料損失的原因以及用于評估儀表。物料平衡系統(tǒng)的應用如圖1 所示。

圖1 物料平衡系統(tǒng)的應用Fig.1 Application of material balance system

在此，我們僅分析報表的需求。作為物料平衡數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)的重要組成部分，物料平衡報表是數(shù)據(jù)校正結果的直接體現(xiàn)，也是每個企業(yè)每天最重要的工作。這其中包括全場的加工量，進料出料等[6]。

值得注意的是，在報表生成模塊首次運行前，應該跟據(jù)組態(tài)功能對報表模板進行組態(tài)，進而建立起報表單元格與數(shù)據(jù)庫之間的關系，保證單元格顯示信息的正確性。

對報表模板組態(tài)完成以后，下一步就需要利用數(shù)據(jù)校正軟件對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)校正運算。當所有準備工作完成以后，就可以運行報表生成模塊了。運行報表生成模塊，取出物料平衡數(shù)據(jù)庫中校正后的數(shù)據(jù)，生成當天所需要的報表。制表人員在制成報表以后要將生成的報表經由共享目錄提交給部門領導，領導審批通過后就可以將其放到計量信息查詢系統(tǒng)的 Web 服務器的指定目錄中。若是報表不合格，報表人員就需要從新制作一份表格上傳給領導審批，直至報表合格為止。

4 結束語

物料平衡系統(tǒng)的在石油煉化企業(yè)的生產運行中占有非常重要的地位。物料平衡系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)幾乎涉及到了企業(yè)的整個生產流程，囊括了各個部門。因此，在物料平衡系統(tǒng)的實際運行中還需要各個部門各盡職責，相互協(xié)調[7]。另外，相關人員也應該在實際運行過程中不斷地對整個系統(tǒng)進行調整，以應對條件改變帶來的變化，為整個企業(yè)的計量、生產和統(tǒng)計管理保駕護航。

［1］王克峰.MES 系統(tǒng)中物料平衡的設計與實現(xiàn)[D].大連:大連理工大學，2009：45-49.

［2］崔鵬.劉成 先進安全操作管理系統(tǒng)在錦州石化公司的應用[J].計算機與應用化學2010,27(8)：10-13.

［3］李永安，煉油生產過程硫的分布追蹤與平衡[J].石油化工腐蝕與防護，2001，18(4)：35-38.

［4］田文謙，戴德寶，陳卓寧,等.生產計劃中物料快速分解及能力平衡可視化的實現(xiàn)[J].機械設計與制造工程，2001(5)：1 8-20.

［5］陳昌菊,馮毅萍,許華,榮岡. 石化企業(yè)物料平衡的多層次數(shù)據(jù)校正方法[J].化工學報2010,61(8)：45-47.

［6］王華. 物料平衡及其在煉油企業(yè)的應用[J].計算機與應用化學2009,26(8)：22-24.

［7］紀曄.徐定宇.雒士軍,等 國內煉油化工企業(yè)物料平衡系統(tǒng)的應用[J].石油規(guī)劃設計2007,18(6)：43-45.