中國石化原油物流運作模式分析

肖文濤

（中國石油化工股份有限公司大連石油化工研究院，遼寧 大連 116043）

1 原油物流運作模式簡介

原油物流是中國石化集團公司能源產業(yè)鏈的重要組成部分，原油物流系統(tǒng)的高效運轉對降低物流成本、保障煉廠資源供給和提高企業(yè)生產效益具有重要意義。

中國石化原油物流呈集團化聯(lián)盟運作模式[1]，原油運輸過程需要集團公司總部、下屬煉廠、貿易公司、管道公司等多方協(xié)同完成，具體運作流程如圖1所示。

如圖1所示，（1）物流系統(tǒng)中各方職責包括：各家煉廠制定生產計劃，并根據(jù)生產計劃提報資源需求（原油種類、數(shù)量、到貨港、到貨期等）；（2）總部匯總和協(xié)調資源信息，并向貿易公司下達采購任務；（3）貿易公司執(zhí)行采購和編制油輪拼裝-配送計劃，將進口原油運回國內卸港；（4）管道公司編制管網轉輸計劃，將進口原油和自產原油調和后配輸至各家煉廠。

圖1 原油物流運作流程示意圖

中國石化原油物流包括遠洋運輸與管網轉輸兩大重要環(huán)節(jié)。進口原油采購-遠洋運輸過程以油輪為紐帶，形成了裝港拼裝、遠洋運輸和卸港配送三層運輸過程。具體是指：眾多大型油輪（常選用VLCC，船型容量為26萬t）依次經過不同的裝港拼裝零散油品，而后經長途運輸?shù)诌_我國海域，再依次經過各卸港按需求分卸相關批次油品，如圖2所示。

原油經油輪運抵卸港后即進入管輸環(huán)節(jié)。為優(yōu)化基礎設施建設投資，相鄰地域煉廠常共用碼頭油庫接卸原油，并經管網轉輸進廠。因此，便形成一個多種原油分支順序管輸?shù)膹碗s生產任務。以東黃-東臨管網為例，其原油流向如圖3所示。

圖2 進口原油遠洋運輸流程示意圖

圖3 東黃-東臨管網原油流向圖

東黃-東臨管網的原油流向包括3個主要環(huán)節(jié)：（1）在月度時間內，大型油輪不斷將進口高硫油和進口低硫油卸載至黃島油庫，摻混調和后經東黃復線分別輸送至齊魯石化和東營站；（2）東營站將黃島站轉輸來的部分進口低硫油與勝利油摻混，而后與純進口低硫油順序輸送至臨邑站；（3）臨邑站再將東營站轉輸來的各種原油分別經臨濟線、魯寧線和臨濮線輸送至濟南煉化、沿江煉化和洛陽石化。在東黃-東臨管網中，東營、臨邑是兩個重要的中轉站場，在接收上游來油的同時，又要向下游發(fā)送油品。執(zhí)行輸油任務時，要求嚴格保證兩個站場的油罐儲量實時處于規(guī)定范圍內。

進口原油種類繁多，批次零散，裝/卸港及煉廠所處地域分布廣泛。為降低原油運輸費用，中國石化采用集團化聯(lián)盟運作模式運輸原油，通過租用大型油輪將零散批次的油品拼裝、配送至國內卸港，節(jié)約遠洋運輸費用；通過大管徑管道順序輸送各零散批次調和油品至沿途各家煉廠，降低管網轉輸能耗。集團化聯(lián)盟運作模式具有較高的經濟性，但也面臨著多方面的挑戰(zhàn)。

2 原油物流優(yōu)化運作所面臨的挑戰(zhàn)

遠洋運輸方案和管網轉輸方案優(yōu)化是實現(xiàn)原油物流降本增效的關鍵，其面臨的挑戰(zhàn)主要包括問題屬性、設施瓶頸和數(shù)據(jù)處理三個方面。

2.1 問題屬性方面的挑戰(zhàn)

原油遠洋運輸方案優(yōu)化是受復雜規(guī)則約束的，包含裝/卸港航線、裝/卸時間、船型選擇、油種替換、批次拆分、數(shù)量增減等多維度變量組合優(yōu)化的，具有動態(tài)-模糊特性的大規(guī)模NP難問題[6]。原油管網運輸方案優(yōu)化是一種受眾多條件約束的、涉及既節(jié)能又平穩(wěn)的矛盾性多目標優(yōu)化問題。對于大規(guī)模NP難問題和矛盾性目標優(yōu)化問題，當前尚無高效的標準求解算法。

2.2 設施瓶頸方面的挑戰(zhàn)

近年來，地煉原油采購加工權逐漸放開，卸港泊位資源占用率日益增長，油輪集中到港現(xiàn)象進一步加劇。另外，隨著煉化企業(yè)加工能力大幅增長，原油分儲分輸要求進一步細化，很多配套儲運設施已無法滿足輸送要求。中國石化多條原油管線滿/超負荷運行，部分油庫儲罐大修進度明顯滯后，多個站場中轉罐容長期被占，儲運硬件設施的瓶頸現(xiàn)象日益凸顯。

2.3 數(shù)據(jù)處理方面的挑戰(zhàn)

原油物流業(yè)務涉及總部、煉廠、貿易公司、儲運公司等眾多部門，各部門都會產生大量的數(shù)據(jù)，各種數(shù)據(jù)間有復雜的邏輯關系。例如：編制遠洋運輸計劃涉及的數(shù)據(jù)包括油品種類、油品性質、批次數(shù)量、船型船期、拼裝方案、裝/卸航線、到貨期限、港口水深、油庫容量、環(huán)保法規(guī)、港口天氣、報關程序等；編制管網轉輸計劃時涉及的數(shù)據(jù)包括油泵性能、管徑大小、承壓能力、地形起伏、中轉罐容、到油節(jié)點、調和方案、油品粘度、油品批次、混油界面、切換時間等。如何有效關聯(lián)全局數(shù)據(jù)，保證各部門間的數(shù)據(jù)互通、互懂、互用值得深入研究。

3 原油物流優(yōu)化運作技術研發(fā)建議

中國石化煉化原油以進口為主，原油物流涉及采購、遠洋運輸、管網轉輸、油庫儲備等眾多環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)緊密關聯(lián)，需要從全局掌控協(xié)調和優(yōu)化管理，是一項復雜的系統(tǒng)工程。針對中國石化原油物流優(yōu)化問題的特殊屬性，建議加強煉廠需求協(xié)同優(yōu)化、原油遠洋運輸優(yōu)化、原油管網智能排產和全局數(shù)據(jù)溝通掌控等成套優(yōu)化技術的研發(fā)和應用，以提高原油物流系統(tǒng)的運轉效率。

3.1 煉廠需求協(xié)同優(yōu)化技術

煉廠生產計劃優(yōu)化應綜合權衡生產效益與運輸成本。當前煉廠的生產計劃優(yōu)化以銷售收益與采購加工成本之差為目標函數(shù)，通過線性規(guī)劃+遞歸的方法優(yōu)化原油采購需求。由于目標函數(shù)中并未考慮運輸成本，因而形成很多零散的需求批次，增加了油輪運輸計劃編制的難度。當前階段，遠航程拼裝、遠航程配送、油輪多次靠港、集中到港等不利現(xiàn)象頻頻發(fā)生，導致靠港費用、虧艙費用及滯期費用急劇增長，生產計劃優(yōu)化所獲得的效益往往被遠洋運費損耗“吃盡”。此外，油輪多港配送和集中到港等因素也增大了管輸峰值壓力和中轉站場罐容壓力，直接影響原油管網運行的平穩(wěn)性和經濟性。

為提高企業(yè)煉化生產的整體效益，建議開發(fā)新的生產計劃優(yōu)化模型，將運輸成本納入優(yōu)化目標函數(shù)中，并開發(fā)相應的求解算法，合理排布生產計劃和運輸計劃，減少小批量需求的提報頻次，以降低油輪運輸方案和管網排產方案優(yōu)化的難度，降低原油物流成本。同時建議加強各煉廠間的資源信息溝通，相鄰地域（可共用原油卸港以及轉輸管網）的煉廠可通過協(xié)同提報需求的方法，預先將零散的小批量需求拼裝成整船，進一步降低原油拼裝運輸計劃的編制難度，如圖4所示。

圖4 相鄰地域煉廠協(xié)同提報需求計劃

3.2 原油遠洋運輸優(yōu)化技術

關于原油遠洋運輸方面的研究逐漸增多[1-6]，相關研究結論也逐漸貼近實際應用。在某局部時域內，原油遠洋運輸方案優(yōu)化是靜態(tài)的、優(yōu)化目標明確的小規(guī)模NP難問題；從全時域來講，原油遠洋運輸方案優(yōu)化是動態(tài)的、優(yōu)化目標模糊的大規(guī)模NP難問題。

對于某時域內的靜態(tài)局部優(yōu)化問題，建議研發(fā)更為高效的智能算法來直接求解。而對于全時域動態(tài)-模糊優(yōu)化問題，建議研發(fā)全局可視化優(yōu)化方法，以人機混合智能的模式，啟發(fā)各區(qū)域的業(yè)務人員根據(jù)市場資源和煉廠需求的動態(tài)變化進行協(xié)同響應和編制運輸計劃，同時也可輔助拼接由智能算法所求得的各時間節(jié)點的局部優(yōu)化方案，形成全局優(yōu)化方案。

貿易公司應加強對遠洋運輸模糊因素的掌控，拓展優(yōu)化范圍，例如：需求油品的數(shù)量可在±5%的區(qū)間內浮動（極少部分的小批量需求甚至可經煉廠協(xié)商而完全“砍掉”），部分需求油品的種類也可在煉廠指定的小范圍內調整等，從而充分發(fā)掘不合理的運輸需求并進行優(yōu)化調整，同時應對帶有固定裝期的市場資源進行合理的選擇采購，以提高原油遠洋運輸方案的經濟性和可執(zhí)行性。

3.3 原油管網智能排產技術

當前原油管道運行優(yōu)化研究大都是針對管網輸送單一油種的情況[7-10]，部分關于原油管道順序輸送的研究則主要解決的是混油切割、泄漏檢測或水-熱力安全問題[11-14]，不能有效解決矛盾性多目標優(yōu)化問題。

原油管網運輸方案優(yōu)化時提倡選擇次優(yōu)的支管流量組合，以損失部分能耗為代價來減少批次切換次數(shù)，以保障平穩(wěn)運行，降低管輸峰值流量壓力和緩解各級罐區(qū)的峰值存儲壓力。原油管網運輸方案優(yōu)化需要跳出數(shù)學建模算法求解的傳統(tǒng)思路，重點解決管道快速水力建模優(yōu)化和管網批次順序排布優(yōu)化這兩個關鍵問題。

在管道快速水力建模優(yōu)化方面，當前一般通過拖拽泵控件、管道控件等組合構建管道水力模型，但設置多級泵站、多節(jié)管道、多種油品的相關參數(shù)往往需要耗費大量的時間，難以實現(xiàn)對經濟流量區(qū)間的快速搜索。建議開發(fā)控件-數(shù)據(jù)庫綁定式建模方法，預先將泵性能參數(shù)、管道參數(shù)等存在數(shù)據(jù)庫中，在拖拽模型完成后，通過點擊控件批量導入相應參數(shù)，完成模型參數(shù)設置。如圖5所示。

圖5 控件-數(shù)據(jù)庫綁定式水力建模示意圖

在管網批次順序排布優(yōu)化方面，建議開發(fā)可視化的管網智能排產方法，通過人機混合智能的方式靈活調整目標函數(shù)，實現(xiàn)對節(jié)能-平穩(wěn)矛盾性目標的折中優(yōu)化。

3.4 全局數(shù)據(jù)溝通掌控技術

原油遠洋運輸月度計劃一般包含100多個批次油品的油輪、油種、拼裝方案、卸載港口、到貨日期等數(shù)據(jù)，管網轉輸涉及任務油種-數(shù)量、管網各支管管輸能力、碼頭及管網沿途各站的緩沖罐容等數(shù)據(jù)。各類數(shù)據(jù)規(guī)模較大，且相互之間具有復雜的邏輯關聯(lián)。普通的數(shù)據(jù)互通并不能輔助原油物流優(yōu)化。要實現(xiàn)對原油物流的全局掌控，需要抽象化的數(shù)據(jù)表達形式，通過各類數(shù)據(jù)的趨勢預測及明示數(shù)據(jù)間的邏輯關系，啟發(fā)各環(huán)節(jié)的業(yè)務人員全局協(xié)同優(yōu)化原油物流方案。

全局數(shù)據(jù)溝通掌控方法較多，其中文獻[6]中提出的原油采購-遠洋運輸方案模糊聚類圖優(yōu)化法較為適用。不足的是，聚類圖中缺少原油遠洋運輸與管網轉輸業(yè)務之間的聯(lián)系。如前文所述，遠洋運輸與管網轉輸業(yè)務協(xié)同優(yōu)化的關鍵在于油源儲備均衡度的控制。油輪抵達中國后需根據(jù)碼頭罐容、煉廠需求等情況動態(tài)優(yōu)化卸港方案，此時，只需在聚類圖中加一條碼頭罐容曲線即可實現(xiàn)遠洋運輸與管網轉輸業(yè)務的對接，如圖6所示。

圖6中各圖形、線條等信息意義如下：

（1）橫坐標標識時間，縱坐標標識卸港。

（2）圓形標識煉廠需求，與圓形聯(lián)結的粗直線（簡稱圓形粗直線）的起點為指定的到貨期，長度為該批次油品卸船所需要的時間跨度，線下方對應的文字標識需求的油種、數(shù)量信息。圓形粗直線重疊嚴重表示煉廠提報需求不合理，可能導致油輪集中到港。

（3）與方形聯(lián)結的粗直線（簡稱方形粗直線）標識已采購并編制完運輸計劃的資源，方形粗直線的起點為油輪計劃抵港日期，長度為卸載相應批次油品所需要的時間跨度，線上方的文字標識資源的種類、數(shù)量信息。各方形粗直線之間的虛聯(lián)結曲線標識相應批次資源用同一油輪拼裝。方形粗直線重疊嚴重則表明油輪積港，會增加油輪滯期風險和管網轉輸壓力。

（4）細實曲線表示卸港空閑罐容總量。細實曲線縱坐標與空閑罐容成正比。當細實曲線標識的空閑罐容不足時，油輪抵港后會因罐容不足而等待卸載，產生巨額滯期費用。

圖6中標識需求的數(shù)據(jù)由煉廠提供，標識船期的數(shù)據(jù)由貿易公司提供，標識卸港空閑罐容的數(shù)據(jù)由管道公司提供，協(xié)調審批由集團公司總部決策，形成了連接各家單位的全局數(shù)據(jù)溝通方法。除具有輔助分析決策功能外，全局數(shù)據(jù)溝通掌控技術還可實現(xiàn)對油輪滯期數(shù)據(jù)的匯總和對數(shù)據(jù)規(guī)律的挖掘，輔助排查轉儲瓶頸，積極增加碼頭及管網沿途各站罐區(qū)設施或改造轉儲工藝，以提高轉儲平穩(wěn)性和降低物流成本。

圖6 全局數(shù)據(jù)銜接控制方法

4 結束語

（1）中國石化原油物流系統(tǒng)承擔著多油種、多批次、多分卸的復雜原油運輸任務，涉及采購、遠洋運輸、管網轉輸、油庫儲備等眾多環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)緊密關聯(lián)，需要以集團化的運作模式從全局掌控協(xié)調和優(yōu)化管理。

（2）針對中國石化原油物流優(yōu)化問題的特殊屬性，建議加強煉廠需求協(xié)同優(yōu)化、原油遠洋運輸優(yōu)化、原油管網智能排產和全局數(shù)據(jù)溝通掌控等成套優(yōu)化技術的研發(fā)和應用，以提高原油物流系統(tǒng)的運轉效率。

[參考文獻]

[1]王勇,肖文濤,李雪,等.我國原油遠洋運輸?shù)倪\作模式及面臨挑戰(zhàn)[J].油氣儲運,2016,35(7):788-792．

[2]Wafa B E,AI-Othman Haitham,M S Lababidi,Inlad M Alatiqi,et a1.Supply chain optimization of petroleum organization under uncertainty in marketdemands and prices[J].European Journal of Operational Research,2008,189:822-840．

[3]陳超,李霏.我國原油進口海運網絡優(yōu)化模型[J].油氣儲運,2011,30(2):97-100．

[4]潘洹洹.中石化原油進口物流運輸成本優(yōu)化模型研究[D].哈爾濱:哈爾濱理工大學,2012．

[5]周曉玲,王震,肖文濤.原油遠洋拼船運輸方案優(yōu)化研究[J].中國石油大學學報:自然科學版,2016,40(2):174-180．

[6]肖文濤,徐寧,劉志玲,等.原油采購-遠洋運輸方案模糊聚類圖優(yōu)化法[J].中國石油大學學報:自然科學版,2017,41(2):176-182．

[7]張維志,于清澄,張迪.等溫輸油管道運行方案優(yōu)化方法及其應用[J].油氣儲運,2012,31(1):65-67．

[8]徐源,艾慕陽,趙旭,等.基于增量動態(tài)規(guī)劃法的熱油管道優(yōu)化運行研究[J].西南石油大學學報(自然科學版),2010,32(5):167-172．

[9]孫法峰.西部原油管道節(jié)能減排實踐[J].油氣儲運,2015,34(12):1 295-1 299．

[10]于濤,殷炳綱,林永剛,等.長呼原油管道優(yōu)化運行分析[J].油氣儲運,2014,33(6):665-668．

[11]左麗麗,曾春雷,姜勇,等.長呼原油管道月度節(jié)能優(yōu)化方案[J].油氣儲運,2015,34(5):515-518．

[12]王小龍,張勁軍,宇波,等.西部原油管道多品種原油安全高效輸送技術[J].油氣儲運,2014,33(12):1 263-1 271．

[13]王凱,張勁軍,宇波.原油管道差溫順序輸送水力一熱力耦合計算模型[J].油氣儲運,2013,32(2):143-151．

[14]肖文濤,張國忠,劉剛,等.膠凝原油管道恒流量啟動過程中的啟動波速[J].石油學報,2012,33(3):487-492.