中石化天津分公司煉化一體化規(guī)劃PIMS模型建設(shè)與應(yīng)用

張寶龍 李桂華

摘要：中石化天津分公司是中國(guó)最大的煉油化工一體化綜合性石油化工企業(yè)，依據(jù)“市場(chǎng)導(dǎo)向、效益導(dǎo)向、全局導(dǎo)向”原則，對(duì)全廠煉油總加工流程以及乙烯裝置和芳烴裝置建立完整的煉化一體化規(guī)劃PIMS模型，利用線性規(guī)劃技術(shù)對(duì)規(guī)劃裝置效益、規(guī)劃裝置能力、規(guī)劃裝置加工方案進(jìn)行評(píng)估以及對(duì)物料流向、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)宜油則油，宜烯則烯，宜芳則芳，努力打造環(huán)渤海煉化一體化基地。

關(guān)鍵詞：煉廠規(guī)劃改造，煉化一體化;線性規(guī)劃;PIMS模型;分子建模

中國(guó)石油化工股份有限公司天津分公司（以下簡(jiǎn)稱天津石化），創(chuàng)建于1983年，是中國(guó)最大的煉油化工一體化綜合性石油化工企業(yè)之一，具有較強(qiáng)的整體規(guī)模實(shí)力，是中國(guó)重要的成品油、中間石化產(chǎn)品、合成樹脂和合成纖維生產(chǎn)企業(yè)，津石化現(xiàn)有原油綜合配套加工能力1250萬(wàn)噸/年，乙烯生產(chǎn)能力120萬(wàn)噸/年（含合資公司），化工產(chǎn)品年生產(chǎn)能力為對(duì)二甲苯 39萬(wàn)噸、PTA 34萬(wàn)噸、聚酯20萬(wàn)噸、短纖10萬(wàn)噸/年、聚醚6萬(wàn)噸，主要產(chǎn)品涵蓋石油煉制、化工、化纖三大類。

公司利用煉油化工一體化的優(yōu)勢(shì)，積極調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，不斷改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量及品種，優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)，提高關(guān)鍵性上游裝置能力，提高企業(yè)資源的深度利用和綜合利用效率，具有較強(qiáng)的持續(xù)發(fā)展能力。為貫徹落實(shí)集團(tuán)公司“兩個(gè)三年”發(fā)展規(guī)劃和煉油產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整有關(guān)專題會(huì)議精神，加快煉油產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，推動(dòng)煉化一體化業(yè)務(wù)高質(zhì)量發(fā)展，天津分公司按照“市場(chǎng)導(dǎo)向、效益導(dǎo)向、全局導(dǎo)向”原則和“增汽航、?；瘽?rùn)、拓船燃、減柴焦”的調(diào)整方向，制定了“兩個(gè)三年”和“兩個(gè)十年”的發(fā)展規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)宜油則油，宜烯則烯，宜芳則芳，努力打造環(huán)渤海煉化一體化基地。

企業(yè)的未來(lái)規(guī)劃正是基于企業(yè)現(xiàn)有系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、成本分布、產(chǎn)品數(shù)量、企業(yè)的盈利點(diǎn)及市場(chǎng)變化情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整?；谛畔⒒侄未罱捇惑w化投資規(guī)劃模型，可在短時(shí)間內(nèi)測(cè)算出各種原料的保本價(jià)和加工效益，幫助公司快速?zèng)Q策，同時(shí)及時(shí)調(diào)整規(guī)劃方案和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)獲得最大經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。

自20世紀(jì)50年代以來(lái)，石油化工行業(yè)開始應(yīng)用數(shù)學(xué)規(guī)劃，數(shù)學(xué)規(guī)劃的應(yīng)用為石油化工行業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，數(shù)學(xué)規(guī)劃技術(shù)已成為石化行業(yè)不可或缺的有力工具[1]。PIMS 軟件利用線性規(guī)劃原理，在原油選擇、生產(chǎn)加工方案優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)評(píng)估和裝置改造等方面開展優(yōu)化應(yīng)用，通過PIMS模型測(cè)算為企業(yè)帶來(lái)巨大效益[2]。

在煉化規(guī)劃方面，面對(duì)復(fù)雜的原料、產(chǎn)品市場(chǎng)時(shí)，如果規(guī)劃工作仍依靠項(xiàng)目管理人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，委托外部院對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行論證，難以快速比對(duì)各個(gè)規(guī)劃方案的經(jīng)濟(jì)效益，從而不能及時(shí)精準(zhǔn)的選出最優(yōu)規(guī)劃方案[3]。這種基于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)及委托外部院驗(yàn)證的工作方式，造成決策效率的偏低，同時(shí)還為決策失誤埋下隱患。利用PIMS軟件建設(shè)規(guī)劃模型，開展投資規(guī)劃專項(xiàng)優(yōu)化應(yīng)用，進(jìn)行投資規(guī)劃效益測(cè)算和規(guī)劃方案比選優(yōu)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)投資規(guī)劃計(jì)劃的整體優(yōu)化。

1? 煉化一體化規(guī)劃PIMS模型的建設(shè)

天津分公司煉化一體化規(guī)劃PIMS模型涵蓋所有的現(xiàn)有裝置、改造裝置，在建裝置及規(guī)劃裝置，包括常減壓裝置、輕烴回收裝置、石腦油處理裝置、油品精制裝置、蠟渣油處理裝置、氣體處理裝置、芳烴工藝、乙烯工藝、環(huán)保處理裝置、氫氣燃料氣裝置;從PIMS模型結(jié)構(gòu)來(lái)說，天津分公司煉化一體化規(guī)劃PIMS模型包括采購(gòu)模塊、原油蒸餾模塊、二次裝置模塊、調(diào)和模塊和銷售模塊。天津分公司煉化一體化規(guī)劃PIMS模型可以實(shí)現(xiàn)從全廠維度測(cè)算工廠生產(chǎn)及經(jīng)營(yíng)效益，輔助經(jīng)營(yíng)決策，助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)效益最大化，以及快速應(yīng)對(duì)市場(chǎng)波動(dòng)。

1.1? 常減壓模擬切割及多方案設(shè)置

常減壓切割數(shù)據(jù)是規(guī)劃模型的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)的完整性和可靠性將直接影響到模型的運(yùn)算結(jié)果是否準(zhǔn)確、可信。天津分公司煉化一體化規(guī)劃模型的常減壓模塊依據(jù)原油評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)及企業(yè)生產(chǎn)流程要求、裝置工藝特點(diǎn)進(jìn)行了蒸餾方案設(shè)置及原油切割，保障生產(chǎn)龍頭的優(yōu)化空間。

為實(shí)現(xiàn)為芳烴聯(lián)合裝置提供原料的目的，芳烴聯(lián)合裝置煉油配套項(xiàng)目需將2#常壓裝置由250萬(wàn)噸/年擴(kuò)能到500萬(wàn)噸/年，2#減壓裝置維持原產(chǎn)能。對(duì)于PIMS 模型，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)原油評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)自動(dòng)建設(shè)常減壓裝置模型，不需要手動(dòng)建模，常減壓餾分收率及各餾分性質(zhì)可以直接從原油評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)表中讀取[4]。針對(duì)天津分公司2#常壓擴(kuò)能，2#減壓維持不變的情況，設(shè)置NEWCUT表，可實(shí)現(xiàn)隨著2#常壓裝置能力變化，2#常壓渣油改變流向至下游渣油加氫裝置的操作。通過此表可以實(shí)現(xiàn)對(duì)常壓渣油物料流向優(yōu)化的功能，并以此實(shí)現(xiàn)對(duì)渣油加氫裝置、2#催化裂化裝置及下游相關(guān)裝置的規(guī)劃能力和效益進(jìn)行評(píng)估。

1.2? 應(yīng)用DB結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)描述裝置加工過程

為更切合實(shí)際的描述生產(chǎn)成品油的二次裝置和提供芳烴聯(lián)合裝置原料及乙烯裝置原料的二次裝置，以便更好的評(píng)估規(guī)劃裝置能力和效益，天津分公司煉化一體化規(guī)劃PIMS模型對(duì)關(guān)鍵裝置建立了Delta-Base結(jié)構(gòu)，用多方案來(lái)反映不同的典型操作條件下的裝置側(cè)線收率（Base），用Delta結(jié)構(gòu)來(lái)反映收率隨進(jìn)料性質(zhì)的變化量。當(dāng)進(jìn)料性質(zhì)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，可以近似認(rèn)為其對(duì)收率的影響是線性的，通過采用Delta-Base技術(shù)來(lái)反映進(jìn)料性質(zhì)變化對(duì)側(cè)線產(chǎn)品收率的影響關(guān)系[5]。

根據(jù)需要為航煤加氫裝置、柴油加氫裝置、S-Zorb裝置、蠟油加氫裝置、渣油加氫裝置、加氫裂化裝置、催化裂化裝置，延遲焦化裝置建立了DB結(jié)構(gòu)。

1.3? 為氣體處理裝置建立分子級(jí)別的模型

煉廠的改造以及規(guī)劃勢(shì)必離不開燃料氣平衡和氫氣平衡，而燃料氣的熱值和氫氣耗量與其相應(yīng)組成密切相關(guān)，天津分公煉化一體化規(guī)劃模型為氣體處理裝置建立了分子級(jí)別的模型，可將進(jìn)料組成傳遞到產(chǎn)物，可以模擬產(chǎn)物產(chǎn)量隨著進(jìn)料組成變化而變化的動(dòng)態(tài)過程，更切合實(shí)際的評(píng)估規(guī)劃裝置能力和效益。

PIMS分子建模的原理：利用遞歸結(jié)構(gòu)對(duì)進(jìn)料進(jìn)行組分傳遞。下面以1#氣分裝置為例，介紹PIMS分子建模：

（1）以煉廠實(shí)際數(shù)據(jù)，或者設(shè)計(jì)院提供數(shù)據(jù)，給定1#氣分裝置進(jìn)料：1#/2#催化脫硫液化氣的靜態(tài)組成，見表1：

（2）在PIMS模型中利用R行建立進(jìn)料組分匯流遞歸，見表2：

（3）在PIMS模型中利用E行將進(jìn)料以組分形式進(jìn)入裝置模型，設(shè)定個(gè)組分下的裝置收率，見表3：

（4）再次利用R行建立1#氣分裝置產(chǎn)物氣分碳四的組分匯流遞歸，以將1#氣分進(jìn)料組成傳遞到下游裝置。

建立分子模型的二次裝置包括烷基化裝置、氣分裝置、C2回收裝置、膜分裝置、PSA裝置。

1.4? 油品調(diào)合模塊

油品調(diào)合是煉油生產(chǎn)中非常重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，一定程度上決定了企業(yè)的出廠能力和生產(chǎn)潛力，是煉廠改造和規(guī)劃必須考慮的一部分。根據(jù)國(guó)家油品質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)以及企業(yè)的調(diào)合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，天津分公司煉化一體化規(guī)劃PIMS模型建立了油品調(diào)合子模型。

2? PIMS模型在煉化一體化規(guī)劃中的應(yīng)用

2.1? 規(guī)劃流程效益評(píng)估

利用PIMS規(guī)劃模型可以測(cè)算新建裝置流程和現(xiàn)有裝置流程加工效益對(duì)比案例，為裝置改擴(kuò)建質(zhì)量提供效益依據(jù)。

設(shè)置基礎(chǔ)方案：1500萬(wàn)噸煉油+150萬(wàn)噸乙烯+30萬(wàn)噸芳烴+50萬(wàn)噸船燃，2#常減壓加工量500萬(wàn)噸，3#常減壓加工量1000萬(wàn)噸;煉油改造方案：2#常減壓加工量580萬(wàn)噸，3#常減壓加工量920萬(wàn)噸，其余約束與基礎(chǔ)方案一致。

2.2? 規(guī)劃裝置能力評(píng)估

結(jié)合全廠裝置加工流程，利用PIMS規(guī)劃模型搭建規(guī)劃裝置投產(chǎn)能力測(cè)算案例，通過不同方案比選，測(cè)算配套裝置加工能力，為規(guī)劃、改擴(kuò)建提供數(shù)據(jù)支撐。以改造2#常減壓裝置能力為例，總加工能力不變，為1500萬(wàn)噸/年，改變改造2#常減壓裝置能力，結(jié)果見表5：

由表6可以看出，在下游裝置加工負(fù)荷在加工能力范圍內(nèi)，成品油的產(chǎn)量符合市場(chǎng)需求時(shí)，隨2#常減壓加工能力的增加，整體效益是上升的。

2.3? 規(guī)劃裝置加工方案評(píng)估

利用PIMS規(guī)劃模型測(cè)算裝置加工流程改變后，中間物料不同流向的邊際效益，為生產(chǎn)方案調(diào)整提供依據(jù)。

2.4? 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化

利用PIMS規(guī)劃模型測(cè)算新增油品牌號(hào)加工效益、調(diào)合組分配方、最大調(diào)合能力等案例，為油品質(zhì)量升級(jí)工作提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3? 結(jié)論（結(jié)束語(yǔ)）

天津分公司煉化一體化規(guī)劃PIMS模型包含了天津分公司所有煉油裝置、芳烴裝置和乙烯裂解裝置，可以利用線性規(guī)劃技術(shù)開展投資規(guī)劃專項(xiàng)優(yōu)化應(yīng)用，進(jìn)行投資規(guī)劃效益測(cè)算和規(guī)劃方案比選優(yōu)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)投資規(guī)劃計(jì)劃的整體優(yōu)化。

并且分子級(jí)別的模型可滿足將進(jìn)料組成傳遞到產(chǎn)物的需求，從而模擬產(chǎn)物產(chǎn)量隨著進(jìn)料組成變化而變化的動(dòng)態(tài)過程，為煉廠的改造和規(guī)劃提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

姓名：張寶龍，出生年月：1976.5，性別：男，民族：漢，籍貫：天津靜海，當(dāng)前職務(wù)：設(shè)計(jì)副總，當(dāng)前職稱：高級(jí)工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：石油煉制，作者單位全稱：中國(guó)石化股份有限公司天津分公司，單位所在地：天津?yàn)I海新區(qū)，單位所在地郵編：300271