原油在線調(diào)合系統(tǒng)應(yīng)用

董昌宏(中國(guó)石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578001)

0 引言

近幾年來(lái)，我國(guó)絕大多數(shù)煉化企業(yè)都面臨著原油產(chǎn)地多元、種類復(fù)雜、性質(zhì)多變的問(wèn)題，總體傾向是劣質(zhì)及重質(zhì)原油比例持續(xù)升高，嚴(yán)重影響原油加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在煉化企業(yè)中，常減壓裝置是原油加工的主體設(shè)備，是后續(xù)加工裝置的前提，其在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)原油的性質(zhì)(如硫含量、酸值等)有著嚴(yán)格的要求。原油性質(zhì)的相對(duì)穩(wěn)定均衡，對(duì)于裝置的平穩(wěn)操作、設(shè)備防腐安全和生產(chǎn)優(yōu)化至關(guān)重要。

1 原油加工現(xiàn)狀

海南煉化是以煉油化工為主營(yíng)業(yè)務(wù)的生產(chǎn)企業(yè)，原油綜合加工能力920萬(wàn)噸/年。擁有 920萬(wàn)噸/年常減壓蒸餾、310萬(wàn)噸/年催化原料預(yù)處理、280萬(wàn)噸/年重油催化裂化等裝置。原油加工的靈活性大，可加工的原油范圍較廣，原油優(yōu)化空間較大。自投產(chǎn)以來(lái)，海南煉化加工的進(jìn)口原油品種眾多，主要有：沙特超輕質(zhì)、吉拉索、穆爾班、南巴、阿曼、沙特輕油等。由于原油品種的性質(zhì)差異較大，在調(diào)合原油性質(zhì)不能實(shí)時(shí)檢測(cè)、調(diào)合結(jié)果與預(yù)期偏離的情況下，常減壓進(jìn)料原油性質(zhì)波動(dòng)增大，導(dǎo)致一、二次加工裝置產(chǎn)品物性參數(shù)相應(yīng)波動(dòng)，引起加工裝置操作的一系列工藝技術(shù)問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐裳b置非計(jì)劃停工等。故企業(yè)急需建設(shè)一套自己的原油在線調(diào)合系統(tǒng)且能滿足以下需求：

(1)選用成熟先進(jìn)的原油優(yōu)化調(diào)合管理軟件，綜合考慮從原油購(gòu)買決策、原油到港安排、原油接卸輸送到原油加工各個(gè)環(huán)節(jié)的多種因素，擴(kuò)大原油品種的選擇范圍，優(yōu)化原油調(diào)合品種與配方，最終達(dá)到降低原油采購(gòu)和運(yùn)輸成本，維持合理庫(kù)存的目的。

(2)選用原油調(diào)合比例控制系統(tǒng)，使常減壓裝置的原油進(jìn)料性質(zhì)保持穩(wěn)定，最大程度的消除常減壓裝置的操作不穩(wěn)定性，同時(shí)優(yōu)化原油餾分分布，合理安排二次加工裝置生產(chǎn)負(fù)荷，提高煉廠效益。

(3)選用近紅外原油快速評(píng)價(jià)系統(tǒng)，提供快速準(zhǔn)確的原油評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，為原油調(diào)合優(yōu)化系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持和檢驗(yàn)。

2019年5月，在海南煉化公司多部門協(xié)同合作下，采用南京富島信息工程有限公司的原油在線調(diào)合系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)完成并投入試運(yùn)行。

2 原油在線調(diào)合系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

原油在線調(diào)合系統(tǒng)包括：原油混輸及調(diào)合優(yōu)化系統(tǒng)、原油調(diào)合控制系統(tǒng)、近紅外原油快速評(píng)價(jià)系統(tǒng)和系統(tǒng)集成平臺(tái)。各系統(tǒng)分別完成獨(dú)立的任務(wù)，并相互聯(lián)系交互信息，協(xié)同完成原油優(yōu)化調(diào)合工作。計(jì)劃層由計(jì)劃部門提供常減壓加工目標(biāo)和原油，可從調(diào)合系統(tǒng)獲取原油庫(kù)存情況。調(diào)度層由調(diào)度部門根據(jù)原油調(diào)度作業(yè)計(jì)劃，結(jié)合組分跟蹤信息和作業(yè)管理信息，對(duì)調(diào)度作業(yè)計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化，修改或直接下發(fā)當(dāng)日作業(yè)計(jì)劃給儲(chǔ)運(yùn)部門。執(zhí)行層由儲(chǔ)運(yùn)部門接受調(diào)度部門下達(dá)的當(dāng)日作業(yè)計(jì)劃，利用控制系統(tǒng)將優(yōu)化后的各種結(jié)果以各種輸出信息的形式作用到閥門、泵等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上，完成最終的控制動(dòng)作和信息反饋。近紅外原油快速評(píng)價(jià)系統(tǒng)利用最新的分析技術(shù)，為原油調(diào)合提供原油質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，保證調(diào)合后原油性質(zhì)符合進(jìn)料要求。系統(tǒng)集成平臺(tái)從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取原油儲(chǔ)罐液位、溫度等信息，從MES獲取蒸餾裝置側(cè)線收率等。

2.2 原油混輸及調(diào)合優(yōu)化系統(tǒng)

原油混輸與調(diào)合優(yōu)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原油接卸、存運(yùn)和調(diào)合全流程的規(guī)范管理，通過(guò)調(diào)合操作站，實(shí)現(xiàn)工作流程一體化、調(diào)度指令和執(zhí)行現(xiàn)狀及時(shí)共享，實(shí)現(xiàn)原油輸送各個(gè)環(huán)節(jié)原油性質(zhì)和數(shù)量的有效跟蹤。實(shí)現(xiàn)對(duì)原油在海南煉化公司管理范圍從船期安排到原油進(jìn)廠接儲(chǔ)加工全周期調(diào)度方案優(yōu)化；配方優(yōu)化可根據(jù)用戶需求采用多種原油合成與用戶要求相類似的原油，創(chuàng)造優(yōu)化降本機(jī)會(huì)；采用數(shù)學(xué)模型計(jì)算和專家規(guī)則庫(kù)聯(lián)合工作的模式；采用調(diào)度方案生成和調(diào)度任務(wù)執(zhí)行兩個(gè)模塊相對(duì)獨(dú)立的工作模式。接入原油快速評(píng)價(jià)系統(tǒng)，對(duì)來(lái)船單油進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，針對(duì)實(shí)際單油性質(zhì)制定加工方案。對(duì)調(diào)合后送入常減壓裝置的脫前原油進(jìn)行評(píng)價(jià)，依據(jù)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，校正原油調(diào)合比例。

2.3 原油調(diào)合控制系統(tǒng)

原油調(diào)合控制系統(tǒng)接收原油混輸及調(diào)合優(yōu)化系統(tǒng)的調(diào)合方案，調(diào)合方案經(jīng)人工確定后，系統(tǒng)可自動(dòng)執(zhí)行，并將執(zhí)行的結(jié)果反饋給原油混輸及調(diào)合優(yōu)化系統(tǒng)，它還負(fù)責(zé)將原油罐區(qū)、原油調(diào)合設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提供給原油混輸及調(diào)合優(yōu)化系統(tǒng)，比如液位、溫度、流量等。原油調(diào)合控制系統(tǒng)部署在油品儲(chǔ)運(yùn)車間儀表機(jī)柜間，原有控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)保持不變。原油混輸及調(diào)合優(yōu)化系統(tǒng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通訊接口(OPC)與DCS系統(tǒng)的OPC Server進(jìn)行通訊，將調(diào)合優(yōu)化系統(tǒng)生成的調(diào)合配方下發(fā)至DCS控制器執(zhí)行，并將執(zhí)行信息反饋至原油混輸及調(diào)合優(yōu)化系統(tǒng)。

2.4 近紅外原油快速評(píng)價(jià)系統(tǒng)

近紅外原油快速評(píng)價(jià)系統(tǒng)旨在為原油在線調(diào)合系統(tǒng)提供快速、準(zhǔn)確的原油性質(zhì)變化情況，為調(diào)合優(yōu)化系統(tǒng)提供制定優(yōu)化調(diào)合配方的數(shù)據(jù)支撐。通過(guò)近紅外原油快速評(píng)價(jià)系統(tǒng)，可對(duì)碼頭原油船樣、罐區(qū)原油罐樣、各調(diào)合組份和調(diào)合原油的性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。從樣品進(jìn)入近紅外原油快速評(píng)價(jià)系統(tǒng)開始，系統(tǒng)可在15分鐘內(nèi)獲得原油的簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，包括密度、硫含量、氮含量、酸值、傾點(diǎn)、18個(gè)窄餾分實(shí)沸點(diǎn)蒸餾收率數(shù)據(jù)。

3 原油在線調(diào)合系統(tǒng)應(yīng)用效果

3.1 調(diào)合方案精細(xì)調(diào)合

原油在線調(diào)合系統(tǒng)于2019年5月投用后，原有的手動(dòng)調(diào)合執(zhí)行新增自動(dòng)控制執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)調(diào)合安全啟動(dòng)、比例控制、組分流量修正等功能。實(shí)現(xiàn)調(diào)合過(guò)程從開始、爬升、穩(wěn)態(tài)、產(chǎn)生偏差、偏差修正到結(jié)束的不同階段的序列控制。調(diào)度通過(guò)原油調(diào)合系統(tǒng)制定并下達(dá)調(diào)合配方后，單元操作員根據(jù)DCS系統(tǒng)自動(dòng)接收到的調(diào)合配方，切換工藝流程后，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)配方中目標(biāo)流量信息，自動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量流量計(jì)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)調(diào)合比例的準(zhǔn)確執(zhí)行。根據(jù)SMES罐量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以2019年3月(系統(tǒng)投用前)與2019年5月、6月(投用后)，組分罐調(diào)合偏差如圖1所示：投用后，付常主線的調(diào)合偏差在1t/h以內(nèi)。

圖1 系統(tǒng)投用前后調(diào)合比例精確對(duì)比

3.2 原油性質(zhì)快速準(zhǔn)確評(píng)價(jià)

原油快速評(píng)價(jià)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)三個(gè)月的單油、脫前樣光譜性質(zhì)收集，結(jié)合近幾年原油加工方案，在原有初代模型的基礎(chǔ)上，搭建海南煉化原油光譜性質(zhì)模型，經(jīng)過(guò)不斷修正維護(hù)，模型精度已滿足項(xiàng)目技術(shù)協(xié)議要求。其中2019年8月的脫前分析對(duì)比如圖2所示。

圖2 原油快速評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)對(duì)比圖

3.3 基于原油快評(píng)制定調(diào)合方案

由于同一品種原油的不同批次的性質(zhì)存在差異，利用原油快速評(píng)價(jià)系統(tǒng)快速獲得到港原油的性質(zhì)數(shù)據(jù)。因此，在每批次原油船到港并快速分析，依據(jù)原油船樣快評(píng)數(shù)據(jù)進(jìn)行原油加工測(cè)算，調(diào)合原油性質(zhì)數(shù)據(jù)計(jì)算更加準(zhǔn)確和接近實(shí)際。

3.4 原油加工轉(zhuǎn)輸全流程跟蹤

原油在線調(diào)合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原油接卸、存運(yùn)和調(diào)合全流程的規(guī)范管理。通過(guò)調(diào)合操作站，實(shí)現(xiàn)工作流程一體化、調(diào)度指令和執(zhí)行現(xiàn)狀及時(shí)共享；原油進(jìn)油、收儲(chǔ)、轉(zhuǎn)輸、調(diào)合等各類作業(yè)實(shí)現(xiàn)存檔并能追溯作業(yè)執(zhí)行過(guò)程。實(shí)現(xiàn)原油輸送各個(gè)環(huán)節(jié)原油性質(zhì)和數(shù)量的有效跟蹤。

3.5 綜合調(diào)度排產(chǎn)

綜合調(diào)度排產(chǎn)采用富島原油知識(shí)庫(kù)，基于煉油廠原油調(diào)度專家的經(jīng)驗(yàn)，建立原油接卸、存儲(chǔ)、調(diào)合、常減壓加工等規(guī)則庫(kù)。利用當(dāng)前原油庫(kù)存、性質(zhì)，結(jié)合未來(lái)周期內(nèi)的原油資源情況、常減壓加工目標(biāo)，優(yōu)化生成原油加工方案庫(kù)，進(jìn)而生成原油進(jìn)油、調(diào)合、常減壓加工等作業(yè)計(jì)劃，輔以人工修正，形成準(zhǔn)確的未來(lái)加工轉(zhuǎn)輸安排，給出調(diào)合后原油性質(zhì)及未來(lái)原油庫(kù)存、性質(zhì)。

3.6 原油加工報(bào)表

原油在線調(diào)合系統(tǒng)上線后，針對(duì)海南煉化定制開發(fā)系列功能報(bào)表。

(1)原油日加工統(tǒng)計(jì)報(bào)表。每日原油加工統(tǒng)計(jì)，常三線、減壓負(fù)荷的實(shí)際值查詢，如圖3。

圖3 原油日加工統(tǒng)計(jì)報(bào)表圖

(2)原油加工測(cè)算。原油加工方案在線測(cè)算，原油比例調(diào)整實(shí)時(shí)記錄，形成歷史加工方案庫(kù)，可隨時(shí)查詢，如圖4。

圖4 原油方案測(cè)算

4 結(jié)語(yǔ)

海南煉化原油在線調(diào)合系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，有利于企業(yè)降低成本、優(yōu)化加工、提高效益。將計(jì)劃層、調(diào)度層、執(zhí)行層的業(yè)務(wù)相互串通，實(shí)現(xiàn)原油各類信息的交互展示與傳遞，提高協(xié)作能力，保證原油加工性能穩(wěn)定，從而平穩(wěn)操作運(yùn)行、優(yōu)化裝置生產(chǎn)。