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    前言

    煉油化工企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃是煉化企業(yè)價(jià)值鏈管理中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，計(jì)劃優(yōu)化的主要目標(biāo)是根據(jù)原材料價(jià)格、生產(chǎn)訂單、裝置加工能力、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及其它約束條件制定并優(yōu)化企業(yè)的中、遠(yuǎn)期的生產(chǎn)計(jì)劃。

    目前石化行業(yè)面臨的情況是：原油資源緊缺、國(guó)際市場(chǎng)原油價(jià)格不斷提升，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇。如何利用計(jì)劃優(yōu)化軟件優(yōu)化原油進(jìn)料、優(yōu)化油品的成本，同時(shí)還要滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，是煉化企業(yè)亟待解決的嚴(yán)峻問題。霍尼韋爾公司的計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)為解決這類問題提供了很好的方案。

    下面內(nèi)容分為四部分：計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)模塊主要功能；計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)在大連石化的應(yīng)用及效果分析；結(jié)論。

    計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

    計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)包括三個(gè)模塊：ENI原油數(shù)據(jù)庫(kù)、Assay2原油切割軟件、RPMS計(jì)劃優(yōu)化軟件。模型覆蓋了大連石化分公司的所有工藝生產(chǎn)裝置。圖1下是計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

               

　　　　　　　　　　圖1　計(jì)劃優(yōu)化化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)主要由三部分組成，原油數(shù)據(jù)庫(kù)ENI、原油切割工具ASSAY2及多工廠多周期建模軟件RPMS。

    系統(tǒng)將以企業(yè)利潤(rùn)最優(yōu)為目標(biāo)，采用混合整數(shù)規(guī)劃及非線性數(shù)據(jù)遞歸方法，求解短期計(jì)劃或長(zhǎng)期戰(zhàn)略規(guī)劃，如原料選擇、產(chǎn)品調(diào)合優(yōu)化、生產(chǎn)計(jì)劃、投資計(jì)劃、庫(kù)存和供應(yīng)管理、技術(shù)評(píng)價(jià)、確定裝置的規(guī)模或擴(kuò)建研究、投資研究等，建立最佳生產(chǎn)運(yùn)行方案，準(zhǔn)確地為生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供采購(gòu)、銷售、裝置運(yùn)行、操作條件等最佳決策，進(jìn)行全廠和單裝置效益分析，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

    計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)主要功能模塊介紹

    ENI原油數(shù)據(jù)庫(kù)

    ENI原油數(shù)據(jù)庫(kù)是計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)的重要組成部分，它負(fù)責(zé)向RPMS計(jì)劃優(yōu)化軟件提供原油基本資料。ENI原油數(shù)據(jù)庫(kù)包括了一百幾十種世界原油的原油評(píng)價(jià)資料，可以添加或修改原油評(píng)價(jià)資料。它與ASSAY2結(jié)合，進(jìn)行原油數(shù)據(jù)的切割，展示不同餾分段的收率及性質(zhì)。當(dāng)然，也可以選擇其它公司專用的原油數(shù)據(jù)庫(kù)。

    Assay2原油切割軟件

    ASSAY2是一個(gè)原油評(píng)估和選擇系統(tǒng)。它可與原油數(shù)據(jù)庫(kù)連接，對(duì)原油進(jìn)行切割與調(diào)合。ASSAY2可將混合原油作為新油來進(jìn)行調(diào)合，調(diào)合結(jié)果可以作為一種新的原油加入數(shù)據(jù)庫(kù)。ASSAY2有四個(gè)運(yùn)算處理器，可以分析原油試驗(yàn)數(shù)據(jù)，還可進(jìn)行原油切割和調(diào)合，評(píng)估各餾分的品質(zhì)和產(chǎn)率，并能建立原油處理中間產(chǎn)品的數(shù)據(jù)。

    使用ASSAY2原油數(shù)據(jù)庫(kù)，可以分析原油和多到20種原油的混合品。混合原油也可以引入ASSAY2數(shù)據(jù)庫(kù)分別作為單獨(dú)的原油來進(jìn)行進(jìn)一步混合。完成了對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的分析和修補(bǔ)，可以將分析結(jié)果和原油組分性質(zhì)制成詳細(xì)報(bào)表。

    RPMS計(jì)劃優(yōu)化軟件
    主要功能介紹
    建模功能
    多工廠建模

    RPMS多工廠模塊為供應(yīng)與銷售解決方案生成數(shù)據(jù)模型，多工廠建模可以定義下面的結(jié)構(gòu)和功能：
    原材料成本及可用性
    原材料的多級(jí)成本曲線
    每處中轉(zhuǎn)油庫(kù)的產(chǎn)品需求
    產(chǎn)品的多級(jí)價(jià)格需求曲線
    每個(gè)工廠的現(xiàn)有原材料
    工廠里中間產(chǎn)品的庫(kù)存和消耗
    每個(gè)工廠里現(xiàn)有的產(chǎn)品
    兩個(gè)油庫(kù)間的原材料和產(chǎn)品的運(yùn)輸模式
    對(duì)單個(gè)或某種運(yùn)輸方式的成本分類
    混合裝船
    全局的和特定路線的運(yùn)輸成本
    不同油庫(kù)間原料的轉(zhuǎn)運(yùn)
    產(chǎn)品交易合同
    油庫(kù)里產(chǎn)品的調(diào)合
    油庫(kù)里產(chǎn)品的庫(kù)存約束
    油庫(kù)的進(jìn)料限制以及可變的運(yùn)營(yíng)成本
    可選的運(yùn)輸細(xì)節(jié)的控制
    多周期建模

    多周期建模

    RPMS多周期建模工具可幫助制定年度運(yùn)營(yíng)計(jì)劃和戰(zhàn)略規(guī)劃，它支持跨越多個(gè)時(shí)間周期的建模，周期的長(zhǎng)度可由用戶自定義。多周期建模在許多場(chǎng)合非常有用，包括：庫(kù)存管理、某時(shí)段內(nèi)的貼現(xiàn)現(xiàn)金流分析、在總運(yùn)營(yíng)計(jì)劃內(nèi)的不時(shí)變化的加工能力分析等。

    混合整數(shù)規(guī)劃

    整數(shù)規(guī)劃這項(xiàng)技術(shù)允許用戶指定某種原材料必須在最低價(jià)位時(shí)購(gòu)買，或者根本就不要買。利用RPMS中的整數(shù)規(guī)劃，可以很方便地作出許多獨(dú)立的決策。

    投資建模

    利用RPMS可以把投資決策（如購(gòu)買新設(shè)備）與優(yōu)化過程結(jié)合起來。系統(tǒng)程序庫(kù)包含了對(duì)全世界煉油廠正在使用的工藝的精選模型與投資能力關(guān)系，它允許執(zhí)行這類優(yōu)化任務(wù)。

    分布式回歸

    通過分布式回歸和屬性誤差跟蹤，RPMS可以提高原料進(jìn)料的選擇能力，它使LP（線性規(guī)劃）能發(fā)現(xiàn)庫(kù)中的生產(chǎn)線性能的差異。RPMS可把進(jìn)料的變化與產(chǎn)品屬性的變化關(guān)聯(lián)起來。

    連續(xù)的線性規(guī)劃

    RPMS提供了一個(gè)重要的工具，用于解決非線性問題以及其它難于收斂的建模問題（如由于新配方的汽油帶來的問題），這種特殊的回歸技術(shù)稱為“連續(xù)線性規(guī)劃”（SLP）。

    聯(lián)合運(yùn)營(yíng)

    RPMS在處理加工廠聯(lián)營(yíng)問題時(shí)具有獨(dú)特的能力。它主要提供以下技術(shù)：

    在同一模型中，對(duì)包含不同的產(chǎn)品和不同的加工方案的多種原油和工藝裝置的邏輯操作模式進(jìn)行描述。
    基于某些操作裝置或某些生產(chǎn)線，靈活地對(duì)產(chǎn)品線進(jìn)行合并或分離。
    明確地合并某些生產(chǎn)線，以利于后續(xù)的任務(wù)調(diào)配，同時(shí)正確地跟蹤合并后對(duì)質(zhì)量的影響。
    按照生產(chǎn)的產(chǎn)品量的比例，把幾種生產(chǎn)線虛擬地合并在一起，由下游的工序進(jìn)行調(diào)配。

    系統(tǒng)的組成

    煉油工藝數(shù)據(jù)庫(kù)

    RPMS中有一個(gè)動(dòng)態(tài)煉油數(shù)據(jù)庫(kù)，它提供了全世界范圍內(nèi)正在廣泛使用的工藝的精選子模型與其投資能力的關(guān)系。數(shù)據(jù)庫(kù)包含基于體積和基于重量的工藝裝置，使得用戶可以非常靈活地給大部分的中間煉廠物流定制煉油模型、中間餾出液、燃料油以及質(zhì)量數(shù)據(jù)。

    化工數(shù)據(jù)庫(kù)

    RPMS化工數(shù)據(jù)庫(kù)包含范圍非常廣的石化工藝和產(chǎn)品，主要用于與煉油工藝無(wú)關(guān)的化工研究或者與煉油數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)合起來用于化工和煉油研究。它包含100多個(gè)化工操作裝置（及相關(guān)的投資成本）的子模型。成品包括基本的和中間的化工產(chǎn)品、合成纖維、合成橡膠、樹脂、塑料、溶濟(jì)、成形濟(jì)及化肥等。

    先進(jìn)的優(yōu)化器

    RPMS利用當(dāng)前最先進(jìn)的三種優(yōu)化器：Berlin 大學(xué)開發(fā)的MOPS、Dash 公司開發(fā)的XPRESS以及IBM公司開發(fā)的優(yōu)化子程序庫(kù)（OSL）。這三種優(yōu)化器都可用來解決最難的線性規(guī)劃（LP）問題，每個(gè)程序在具體的應(yīng)用場(chǎng)合又有各自的優(yōu)勢(shì)。它們已經(jīng)整合到RPMS中，并在全球范圍內(nèi)得到應(yīng)用。

    數(shù)據(jù)工廠

    RPMS數(shù)據(jù)工廠利用EXCEL電子表格顯示和操作RPMS模型數(shù)據(jù)。可以利用此程序添加/刪除行或列、執(zhí)行計(jì)算、在工作表之間拷貝/粘貼、修改界面及進(jìn)行打印。面向表格的視圖是對(duì)GUI中有關(guān)模型數(shù)據(jù)面向?qū)ο蟮囊晥D的補(bǔ)充。不同的表格視圖有時(shí)可幫助解釋事例或發(fā)現(xiàn)周期數(shù)據(jù)的差異。數(shù)據(jù)工廠也提供權(quán)限檢查，沒有相應(yīng)的權(quán)限，不能查看表格或?qū)Ρ砀襁M(jìn)行修改。

    報(bào)表工廠

    RPMS報(bào)表工廠是個(gè)集成的EXCEL程序，它以EXCEL電子表格的形式，生成RPMS　報(bào)表、基本報(bào)表及用戶定義格式的報(bào)表。用戶自定義報(bào)表是用常用電子表格工具設(shè)計(jì)的報(bào)表。軟件包中還包含了用戶函數(shù)庫(kù)。報(bào)表工廠功能非常強(qiáng)大，它可制作任何形式的報(bào)表。

    計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)的應(yīng)用

    RPMS模型能夠根據(jù)原油采購(gòu)價(jià)格、產(chǎn)品銷售價(jià)格，幫助選擇最優(yōu)的生產(chǎn)方案，幫助采購(gòu)性價(jià)比最好的原油，提升企業(yè)利潤(rùn)。由于原油的加工成本占企業(yè)生產(chǎn)總成本的90%以上，煉油企業(yè)非常重視原油的采購(gòu)成本和效益之間的差值，優(yōu)化選擇原油的采購(gòu)對(duì)企業(yè)的影響至關(guān)重要。因此，以優(yōu)化原油的加工方案為例對(duì)計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行說明。

    應(yīng)用背景

    大連石化分公司是中國(guó)石油天然氣股份有限公司所屬的一家大型煉化企業(yè)。正在進(jìn)行2000萬(wàn)噸原油加工能力擴(kuò)能和技術(shù)改造，以具備加工低硫原油和高硫原油能力，實(shí)現(xiàn)原油加工和選擇的多樣性，體現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，提高油品市場(chǎng)放開后市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。現(xiàn)有主要生產(chǎn)裝置34套，年原油一次加工能力已經(jīng)達(dá)到2050萬(wàn)噸，能生產(chǎn)汽油、煤油、柴油、潤(rùn)滑油、石蠟、苯類、聚丙烯、細(xì)旦纖維等石化產(chǎn)品200多種。

    2007年二季度原油采購(gòu)價(jià)格高，部分產(chǎn)品價(jià)格倒掛，煉廠必須通過精打細(xì)算，生產(chǎn)更多的高附加值產(chǎn)品，才能降低原油加工風(fēng)險(xiǎn)。目前，市場(chǎng)上偏重質(zhì)的原油價(jià)格與輕質(zhì)原油價(jià)格差距較大。如果只采用輕質(zhì)原油，能夠滿足產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量要求，但成本較高；如果采用偏重質(zhì)原油，成本較低，但會(huì)生產(chǎn)部分減壓渣油產(chǎn)品，這部分產(chǎn)品價(jià)格較低。因此如何合理地搭配輕質(zhì)原油和重質(zhì)原油的比率，又能使產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量滿足要求，同時(shí)還要降低總體成本，是煉油企業(yè)普遍關(guān)心的問題。

    基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

    模型的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)主要日常的各裝置生產(chǎn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)真實(shí)的反映裝置運(yùn)行情況，在計(jì)劃優(yōu)化模型中，主要用到了以下數(shù)據(jù)：
    各裝置的物料平衡、產(chǎn)品收率；
    各裝置的公用工程消耗（水、電、燃料等）；
    各裝置的三劑化工料消耗（以年消耗為準(zhǔn)）；
    原油評(píng)價(jià)、中間產(chǎn)品及最終產(chǎn)品分析數(shù)據(jù)。
    部分裝置加入產(chǎn)品收率、物性與原料物性關(guān)系（可追溯的物性）

    裝置原料及產(chǎn)品的調(diào)和控制：
    按照產(chǎn)品出廠標(biāo)準(zhǔn)，挑選出實(shí)際生產(chǎn)中難以控制的產(chǎn)品指標(biāo)，作為產(chǎn)品調(diào)和的控制目標(biāo)。按照裝置生產(chǎn)的實(shí)際要求加入中間物料的調(diào)和標(biāo)準(zhǔn)。

    已知條件

    生產(chǎn)裝置運(yùn)行工況以及市場(chǎng)所需產(chǎn)品的數(shù)量上限和價(jià)格。

                      

    設(shè)計(jì)方案：

    方案一：由計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)自由選擇進(jìn)口原油采購(gòu)品種和數(shù)量，允許生產(chǎn)部分減壓渣油產(chǎn)品。
    方案二：固定常規(guī)采購(gòu)的大宗原油品種和數(shù)量，采購(gòu)偏重原油，允許生產(chǎn)部分減壓渣油產(chǎn)品。
    方案三：固定常規(guī)采購(gòu)的大宗原油品種和數(shù)量，采購(gòu)偏輕原油，不生產(chǎn)減壓渣油產(chǎn)品。

    運(yùn)算結(jié)果

    利用計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)，輸入以上要求，可以得到以下結(jié)果：

    原油加工結(jié)果比較

                  

    產(chǎn)品產(chǎn)量比較報(bào)表

                   
                   

    裝置運(yùn)行結(jié)果比較報(bào)表

                  
                  

    利潤(rùn)結(jié)果比較報(bào)表

                   

    運(yùn)算結(jié)果分析

    在方案一下虧損：12665/37097*1000=341元/噸
    在方案二下虧損：13790/37097*1000=372元/噸
    在方案一下虧損：14533/37097*1000=392元/噸

    由此可以看出，利用計(jì)劃優(yōu)化軟件運(yùn)行的結(jié)果比人工制定的方案每噸油成本節(jié)約為31元和51元。

    結(jié)束語(yǔ)

    通過對(duì)以上案例的計(jì)算分析，可以看出計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)合生產(chǎn)裝置的運(yùn)行狀態(tài)、結(jié)合產(chǎn)品的銷售價(jià)格、結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃的安排情況，能夠?qū)υ蛢?yōu)化選擇給與指導(dǎo)。而且，此軟件在優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行方案、優(yōu)化產(chǎn)品調(diào)和以及優(yōu)化裝置原料選擇都有一定的指導(dǎo)意義。因此，利用先進(jìn)的計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)，制定合理的原油采購(gòu)及加工計(jì)劃，對(duì)于煉化企業(yè)降低成本、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力都將帶來積極的影響。