煉油調(diào)度排產(chǎn)優(yōu)化管理

黃松橋，張興龍

（中國石油化工股份有限公司廣州分公司，廣東廣州 510700）

中國石油化工股份有限公司廣州分公司（簡稱廣州石化）通過持續(xù)實(shí)施油品質(zhì)量升級，目前已經(jīng)能夠生產(chǎn)國V汽油、國V柴油，油品質(zhì)量升級步伐走在石化行業(yè)前列。隨著煉廠加工原油品種數(shù)量多、組分性質(zhì)變化大，工藝流程及調(diào)度邏輯復(fù)雜，現(xiàn)在的調(diào)度排產(chǎn)裝置模型計算精度不足，系統(tǒng)模擬運(yùn)行緩慢，煉廠受一、二次生產(chǎn)裝置加工匹配度及環(huán)保裝置處理能力限制，對精細(xì)化排產(chǎn)提出了更高要求。煉廠生產(chǎn)調(diào)度部門除編制周加工計劃方案，還需編制月度生產(chǎn)加工計劃、大修生產(chǎn)計劃等，影響了調(diào)度排產(chǎn)工作的組織。目前調(diào)度排產(chǎn)計劃發(fā)布通過線下完成，計劃完成情況需手工記錄，計劃與實(shí)際完成對比的分析時間長、難度大，生產(chǎn)管理沒有實(shí)現(xiàn)以周計劃為核心業(yè)務(wù)的閉環(huán)管理。為此，生產(chǎn)調(diào)度部門從業(yè)務(wù)效能和業(yè)務(wù)管理兩方面對原有調(diào)度排產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造，以滿足目前的工作需要。

1 計劃排產(chǎn)存在問題

廣州石化現(xiàn)采用Aspen公司ORION系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度排產(chǎn)，系統(tǒng)始建于2004年，2005年正式投入使用。系統(tǒng)應(yīng)用于煉油生產(chǎn)調(diào)度排產(chǎn)已十多年，存在較多問題。

1）國際油價近年來波動劇烈，原油的采購和生產(chǎn)加工情況也變得復(fù)雜，需要更加細(xì)致地考慮原油的混合加工問題。公司對精細(xì)化排產(chǎn)提出更高要求，生產(chǎn)調(diào)度層面不僅每周編制周加工計劃方案，每月也要編制月度生產(chǎn)加工計劃，每逢大修期間還要編制大修生產(chǎn)計劃，從而增加調(diào)度排產(chǎn)的難度和工作量，對排產(chǎn)系統(tǒng)提出了更高要求?，F(xiàn)有的ORION系統(tǒng)經(jīng)多年使用，雖然逐步完善，但其不具備原油和成品油的調(diào)和及周期優(yōu)化計算功能，不具備滾動排產(chǎn)功能，系統(tǒng)操作繁瑣，無法高效快捷實(shí)現(xiàn)優(yōu)化原油調(diào)和、成品油調(diào)和；未考慮二次加工裝置部分原料性質(zhì)指標(biāo)的設(shè)防值。

2）與PIMS、MES、LIMS等信息系統(tǒng)的集成度不高，無法利用月度計劃、裝置投入產(chǎn)出信息，分析生產(chǎn)裝置計劃加工和實(shí)際加工數(shù)據(jù)之間的差異，比對硫、氫、瓦斯平衡預(yù)測與實(shí)際之間的差異，校正業(yè)務(wù)模型，提高模型精度。

3）未實(shí)現(xiàn)以周計劃為核心業(yè)務(wù)的生產(chǎn)閉環(huán)管理系統(tǒng)流程，周計劃從編制、執(zhí)行到結(jié)果反饋的全過程缺少痕跡管理，不能比對分析實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果與計劃排產(chǎn)數(shù)據(jù)，生成周計劃完成報告和特殊生產(chǎn)工況的排產(chǎn)報告。

2 改進(jìn)目標(biāo)

建設(shè)生產(chǎn)調(diào)度與優(yōu)化管理系統(tǒng)，完成自船期到岸—原油接卸—原油調(diào)和/輸送—原油加工—二次裝置加工/硫平衡/氫平衡/瓦斯平衡—成品油調(diào)和的煉油全流程調(diào)度作業(yè)計劃排產(chǎn)安排與計劃完成情況管理。集成MES、LIMS、計劃報表等系統(tǒng)信息，實(shí)現(xiàn)周計劃制定、發(fā)布、執(zhí)行、反饋閉環(huán)管理，優(yōu)化原油調(diào)和、成品油調(diào)和，深化生產(chǎn)調(diào)度管理層的應(yīng)用，進(jìn)一步提升廣州石化煉油生產(chǎn)管理水平，創(chuàng)造更高的企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 高效快捷的全流程調(diào)度作業(yè)計劃安排

新系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)原油多周期調(diào)和優(yōu)化、管輸調(diào)和等ORION不支持的功能。保證每個批次調(diào)和原油的總體性質(zhì)保持相對穩(wěn)定，避免在常減壓裝置原料切換時造成大的產(chǎn)品性質(zhì)波動，減少對后續(xù)加工裝置的影響。

提供先進(jìn)的排產(chǎn)工具，可以方便、快捷地實(shí)現(xiàn)滾動排產(chǎn)。有效地減少調(diào)度人員獲取數(shù)據(jù)的時間，提供更加實(shí)用的信息，較大地提高排產(chǎn)的工作效率。在發(fā)生突發(fā)事件時，調(diào)度人員可以通過該系統(tǒng)快速調(diào)整作業(yè)計劃，減少突發(fā)事件對生產(chǎn)造成的影響。

實(shí)現(xiàn)煉油區(qū)周計劃、月計劃和大修計劃排產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)硫、氫、瓦斯等系統(tǒng)平衡與預(yù)測。實(shí)現(xiàn)成品油調(diào)和優(yōu)化的滾動生產(chǎn)安排。

2.2 構(gòu)建以調(diào)度計劃為核心業(yè)務(wù)的生產(chǎn)閉環(huán)管理流程

實(shí)現(xiàn)周計劃從編制到執(zhí)行、到結(jié)果反饋的全過程均有對應(yīng)的管理痕跡，特別是增加生產(chǎn)裝置工藝技術(shù)人員對周計劃執(zhí)行情況反饋這一業(yè)務(wù)流程，深化系統(tǒng)應(yīng)用效果，提升周計劃執(zhí)行效力。

3 解決方案

完善升級生產(chǎn)調(diào)度與優(yōu)化管理系統(tǒng)，通過流程模擬、規(guī)劃求解以及專家系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全流程調(diào)度作業(yè)計劃編制。通過工作流引擎技術(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度作業(yè)計劃制定、發(fā)布、執(zhí)行、反饋閉環(huán)管理以及主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)控。

3.1 總體架構(gòu)

從功能上看，整個系統(tǒng)分為生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化排產(chǎn)和調(diào)度計劃管理及生產(chǎn)監(jiān)控兩大模塊，通過集成接口后臺服務(wù)定期從MES、LIMS、PIMS等系統(tǒng)獲取原油評價數(shù)據(jù)、罐存/組分?jǐn)?shù)據(jù)、月度計劃數(shù)據(jù)、原油性質(zhì)等。在生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化排產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)煉油生產(chǎn)工藝流程建模，原油調(diào)和/輸送、一次裝置加工、二次裝置加工、成品油調(diào)和的計劃排產(chǎn)，以及硫平衡、氫平衡、瓦斯系統(tǒng)平衡等功能，在調(diào)度計劃管理及生產(chǎn)監(jiān)控中實(shí)現(xiàn)作業(yè)計劃管理、生產(chǎn)監(jiān)控等功能。

生產(chǎn)調(diào)度與優(yōu)化管理總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)調(diào)度與優(yōu)化管理總體架構(gòu)

3.2 生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化排產(chǎn)

通過建立煉油全流程業(yè)務(wù)模型，實(shí)現(xiàn)以原料性質(zhì)、二次加工裝置設(shè)防值為約束條件的原油多周期排產(chǎn)，以避免出現(xiàn)原油組分使用不平衡的情況，并同時達(dá)到滿足約束條件下的成本最低。通過原油自動排產(chǎn)，調(diào)度人員可以快速地完成原油周期作業(yè)計劃的初步生成工作，將更多的精力放在細(xì)化、優(yōu)化生產(chǎn)作業(yè)上。

3.2.1 系統(tǒng)集成

系統(tǒng)集成模塊包括初始罐存/組分?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)入、初始管道數(shù)據(jù)導(dǎo)入、LIMS數(shù)據(jù)導(dǎo)入、原油評價數(shù)據(jù)導(dǎo)入和其他數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能。通過其內(nèi)置的接口程序?qū)⒁陨蠑?shù)據(jù)定時自動從MES、LIMS、PIMS等系統(tǒng)中讀取出來，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，保存到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)調(diào)度人員確認(rèn)及調(diào)整后作為系統(tǒng)的初始數(shù)據(jù)使用。

3.2.2 系統(tǒng)建模

系統(tǒng)采用流程圖可視化方式建立煉廠的生產(chǎn)工藝流程模型，系統(tǒng)內(nèi)置了碼頭、原油儲罐、調(diào)和頭、長輸管道、裝置、混合/分流器、中間罐、球罐等設(shè)備模型，能夠進(jìn)行快速建模[3]。

3.2.3 排產(chǎn)工具

系統(tǒng)排產(chǎn)及工具模塊包括的功能有：原油排產(chǎn)工具、裝置排產(chǎn)工具、成品油排產(chǎn)工具和測算工具，雖然系統(tǒng)可以在甘特圖界面上人工添加事件，但通過排產(chǎn)工具可極大地提高排產(chǎn)效率，并且實(shí)現(xiàn)滾動排產(chǎn)。

3.2.4 計算優(yōu)化

針對不同場景提供模擬計算、調(diào)和優(yōu)化計算和平衡計算3種功能。模擬計算指的是在已安排周期生產(chǎn)調(diào)度事件后的全生產(chǎn)過程模擬計算，系統(tǒng)通過將常減壓裝置、二次加工裝置等耗時大的計算放置在系統(tǒng)內(nèi)部，減少了計算時間，實(shí)現(xiàn)了快速模擬計算。系統(tǒng)調(diào)和優(yōu)化采用規(guī)劃求解方式計算，通過將周期內(nèi)同類調(diào)和事件整理成方程陣列，經(jīng)求解器計算后，得到優(yōu)化的周期調(diào)和優(yōu)化事件?？紤]到平衡計算的復(fù)雜性，系統(tǒng)將平衡計算以用戶自定義方式計算，在Excel工作表中定義輸入、輸出和計算過程，在模擬計算時生產(chǎn)優(yōu)化排產(chǎn)將自動計算這些模塊，最終得到相關(guān)的平衡計算結(jié)果[1]。

3.3 調(diào)度作業(yè)計劃管理及生產(chǎn)監(jiān)控分析

實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管控和業(yè)務(wù)的雙閉環(huán)管理，計劃從編制到執(zhí)行、到結(jié)果反饋的全過程均有對應(yīng)痕跡的管理功能。生產(chǎn)管理人員能夠及時掌握實(shí)際生產(chǎn)和周計劃（包括加工量、硫分布、側(cè)線收率等）的偏差，以便于及時調(diào)整排產(chǎn)模型，制定出更符合實(shí)際的周計劃；并且能適時調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，使得產(chǎn)品分布更合理，進(jìn)一步增強(qiáng)抗風(fēng)險能力，滿足市場需求，從而多創(chuàng)效益。

3.3.1 調(diào)度作業(yè)計劃發(fā)布

實(shí)現(xiàn)調(diào)度周計劃、月計劃發(fā)布及審核。在調(diào)度作業(yè)計劃正式發(fā)布后通過系統(tǒng)短信和自動發(fā)郵件提醒裝置工藝人員。

3.3.2 調(diào)度作業(yè)計劃查詢

裝置工藝人員可以通過此功能查詢調(diào)度作業(yè)周計劃，調(diào)度作業(yè)周計劃以全局流程圖的形式展現(xiàn)，點(diǎn)擊相關(guān)裝置可以查看詳細(xì)信息，計劃與實(shí)際的偏差情況在界面中以預(yù)警的形式突出展現(xiàn)。

3.3.3 調(diào)度作業(yè)周計劃反饋

工藝人員可以通過此功能查詢發(fā)布的調(diào)度作業(yè)周計劃，并對計劃的完成情況進(jìn)行反饋。填寫完成后可以在系統(tǒng)中提交。

3.3.4 調(diào)度作業(yè)周計劃跟蹤

生產(chǎn)調(diào)度管理人員可以通過此功能跟蹤周計劃的執(zhí)行情況，了解工藝人員何時接收到周計劃，何時提交反饋偏差情況，何時審核完成反饋情況。

3.3.5 生產(chǎn)監(jiān)控分析

此功能模塊主要是通過從其他相關(guān)系統(tǒng)中獲取實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)和模擬生產(chǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算、匯總以圖文并茂的形式展示對比情況，包括裝置加工情況、裝置側(cè)線產(chǎn)品收率情況，裝置日平均加工負(fù)荷對比，氫氣、瓦斯、酸性氣趨勢對比等。

4 優(yōu)化效果

1）生產(chǎn)計劃排產(chǎn)人員使用生產(chǎn)調(diào)度與優(yōu)化管理系統(tǒng)后，按照高、低硫原油生產(chǎn)加工方案和更為細(xì)致的調(diào)和目標(biāo)值，有效縮短了計劃排產(chǎn)時間，從原來的4～6小時完成縮短至2～3小時，效率提升了1倍左右。同時利用系統(tǒng)優(yōu)化功能，更加合理使用華德原油罐區(qū)、廠內(nèi)原油罐區(qū)的相關(guān)油罐，減少“死罐”的時間達(dá)240小時以上，提高了油罐利用率[2]。

2）利用該系統(tǒng)，建立了以周計劃為核心業(yè)務(wù)的生產(chǎn)閉環(huán)管理流程，有效督促工藝技術(shù)人員對周計劃執(zhí)行情況的分析、反饋，實(shí)現(xiàn)周計劃事事有跟蹤，問題有反饋。同時借助該系統(tǒng)的模型校正功能，及時跟蹤、調(diào)整模型精度，使模型更加準(zhǔn)確反映實(shí)際生產(chǎn)狀況，提高計劃排產(chǎn)準(zhǔn)確性，蒸餾裝置側(cè)線理論收率與實(shí)際收率偏差控制在2%以內(nèi)。

3）因?yàn)橛媱潨?zhǔn)確度增加，一、二次加工裝置操作平穩(wěn)率隨之提高。從生產(chǎn)作業(yè)部反饋結(jié)果看，裝置直供料比例可達(dá)90.54%，較應(yīng)用系統(tǒng)前提高5.8個百分點(diǎn)，對公司節(jié)能降耗起到了一定作用。

4）應(yīng)用該系統(tǒng)，調(diào)度人員優(yōu)化裝置生產(chǎn)安排，減少生產(chǎn)瓶頸約束，降低加工波動[3]。通過排產(chǎn)模擬計算，雙閉環(huán)管理，回避由于原料庫存瓶頸約束和緊急情況下產(chǎn)生的波動，降低生產(chǎn)加工波動，提高煉油綜合商品率。按照廣州石化1 240萬噸/年原油加工規(guī)模計算，每年可增加約744噸的成品油（按汽柴油平均價格6 000元/噸計）產(chǎn)量，可創(chuàng)效446萬元。

5 結(jié)語

與ORION系統(tǒng)相比，生產(chǎn)調(diào)度與優(yōu)化管理系統(tǒng)建成后運(yùn)行效率更高，模型計算更精準(zhǔn)，能夠更好地滿足生產(chǎn)調(diào)度人員對調(diào)度計劃安排、執(zhí)行、反饋的閉環(huán)管理，從而進(jìn)一步提升公司煉油生產(chǎn)管理水平，創(chuàng)造更高的企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。