PIMS模型系统应用成效与展望

苗占东

PIMS是一种应用于炼油化工企业生产计划优化排产、原油资源优化加工等业务工作中的模型系统。目前，在炼油化工领域进行线性和非线性规划的软件较多，其中艾斯本的PIMS软件和霍尼韦尔的RPMS软件使用范围较为广泛。这两种软件均是以Excel文件为建模载体，由系统自动生成模型并进行求解运算。这类模型系统的应用会给石化企业带来很大效益。经调研和对照国内外应用情况，我们目前的应用还存在一定差距。

国外炼油企业PIMS模型应用现状

目前，炼油企业PIMS模型主要应用在常减压装置子模型模拟数据、二次装置Base（基本）收率数据和Delta（增量）数据的计算领域。国外炼油企业应用情况主要体现在以下三个方面：

系统集成和深化应用程度较高。一是与公用工程系统集成。国外将PIMS模型与公用工程系统集成实现全厂整体优化的应用较普遍。在利用PIMS模型优化原油选择和原油配比、优化产品结构、优化加工流程、优化调和比、决定最佳生产和操作模式等方面取得了十分有效的成果。二是与流程模拟模型集成。现在大多数炼油单元和过程都拥有模拟模型，过程模拟工具在维护、改进PIMS模型的精度方面很有价值，先进的模拟技术能帮助炼油者弥合模型和计划间的距离，从操作获得效益，增进计划的作用，从而提高模型的精度。提高模型精度主要集中在两个领域：改进绝对精度和改进增量（递增）精度。这两个领域的改进都可获得相当可观的效益。三是与计划系统和调度系统的集成。PIMS模型系统与计划系统和调度系统的集成是最有效并被广泛采用的集成。四是与原油物性分析系统集成。减少原油选择的风险是PIMS模型帮助炼油厂做好计划调度的重要工作。五是与其他系统的集成。国外炼油厂还将PIMS模型系统与产品调和计划的集成、与MES、ERP系统的集成等都取得了较好的效果。

PIMS模型维护的经常化提高了模型的精度。模型的维护是延长模型生命周期至关重要的一环。模型维护包括模型数据的更新、模型的完善、提升、模型结构的修改、模型版本的升级等。生成PIMS模型的数据、维护PIMS模型在模型开发和应用中至关重要。国外大多数企业在修改模型和模型数据时，都是利用试验运行结果、历史数据和收率统计数据间的结合来进行模型的维护。

模型系统可随业务的变化由用户扩展新的模型。由于国外用户对模型系统应用的熟练程度很高，除得心应手地按照系统条件要求给出相应的变量，让模型系统自动生成模型外，还给用户一定自由空间，根据业务发展需要自由地写一些模型的方程，包括非线性方程和非线性方程组，以弥补模型生成难以包罗万象的不足。

国内的应用现状和差距

中国石化从2001年利用PIMS模型系统开展“中国石化原油资源选购与配置优化”工作以来，已经建成用于总部、企业两个层面的各类优化模型，成为炼油、炼化企业和总部进行生产经营优化决策不可缺少的工具，而且随着业务管理的不断深化，正在不断地在深度和广度上延伸。

总部利用集成优化模型，开展了从原油采购到成品油销售的优化，按上中下游一体化进行原油资源选择和优化配置，化工轻油平衡和互供优化，成品油流向优化和供需平衡，为总部层面的生产计划制定和经营决策提供了强有力的支持。企业利用企业级PIMS模型进行了生产计划优化排产、优化原油采购、优化生产方案和产品结构、优化船期、库存和检修安排等多方面应用，提高了企业精细化管理水平，为原油劣质化降本增效起到了直接指导和推动作用，为指导企业充分发挥已建成装置生产潜力、优化原油资源提供了很好的参考。

贺 时 供图

中国石化PIMS模型应用于生产过程优化，在前期重视物料平衡与性质传递的基础上，多周期PIMS模型中对模型的应用逐渐精细化，通过机理模型或数据回归引入了原料性质的微小变化对生产影响的数据，使主要装置的模型体现了进料性质对装置收率的影响。为提高模型维护的效率，在PIMS模型建设过程中还形成了一套行之有效、实用性和精度较高的集成方法，利用开发的计划优化集成平台将多个开发单位开发的不同模块集成到炼油企业级PIMS模型中。计划优化集成平台体现了技术和管理两个方面的创新，通过集成构建的企业级PIMS模型,不仅提高了模型的整体精度、适用性和可操作性，而且实现了数据的有效管理和共享。

自2007年10月炼油企业级PIMS模型推广项目顺利验收以来，中国石化利用该模型开展生产方案优化和生产计划安排，主要应用于年度、季度、月度炼油生产计划优化排产，炼油企业高含硫原油、劣质原油加工潜力优化测算，成品油质量升级方案优化，化工轻油生产潜力优化测算，原油及成品油价格变化、基准原油价差变化对原油资源优化的影响分析等。目前，炼油企业级PIMS已成为企业和总部计划排产和生产优化测算不可缺少的重要工具。

但和国外炼油厂应用PIMS模型系统比较，主要还存在如下差距：

老版本的PIMS模型系统功能还不够强。中国石化在用的炼油企业级PIMS模型是基于PIMS 2004版本上开发和使用的，该版本PIMS软件主要使用CPLEX求解器和XPRESS求解器求解模型，模型矩阵规模较大时软件求解耗时较长，而且软件还缺少处理非线性问题和引入外部已有模型的有效接口。模型分析功能不强，无法实现多目标测算、简约原料数量、求解范围分析以及对运行结果的评估，以文本格式展示为主，缺少图形、曲线展示工具，展示效果形象感不佳。

企业应用情况不平衡。由于各企业的基础情况不同，人员配备有差异，应用人员流动性大，在一些企业应用PIMS模型出现了一些问题。如在常减压装置子模型应用方面，常减压蒸馏装置所有切割温度、生产方案和悬摆切割馏分在矩阵生成时就已确定，只有在模型校核时，才能对模型中的原油切割数据进行调整，以期符合生产实际。悬摆馏分在做上下悬摆时，其性质是使用整个悬摆馏分的平均性质，致使直馏侧线性质存在一定误差。在Delta-Base结构维护方面，现有模型中只针对装置原料进料的性质建立了Delta-Base结构，部分企业没有针对装置的工艺操作条件建立Delta-Base结构，因而装置模型不能准确反映工艺操作条件变化对产品收率带来的影响，也无法利用PIMS模型进行工艺操作条件的优化。在全厂硫传递结构维护方面，模型中虽然实现了对硫含量的物性传递，但硫传递系数是依据全厂硫平衡预测模型计算得到后由人工维护到模型中，需要有专人维护数据且维护过程较为专业和耗时，精度有待提高。在公用工程模型维护方面，模型中装置公用工程单耗是人工给定的平均值，没有随加工量变化而改变，也没有考虑装置单耗受原料进料性质的影响。在模型维护方面，模型所需的各种基础数据均需由人工收集、整理，然后维护到模型中。由于模型维护耗时、费力、繁琐，而且有些数据不易得到，难以做到根据实际需要随时维护，大大降低了模型的实用性和有效性。在氢气平衡方面，模型中对不同纯度氢气间的纯度折合关系核算不细，也未考虑氢气纯度对临氢装置耗氢量的影响。

改进方向

1.进行PIMS软件升级。对炼油企业级PIMS模型做适当调整，使之满足在新版本PIMS中正常使用的需求。利用PIMS软件新增功能，制定PIMS新增功能的案例应用标准模板，编制配套的教材。为企业模型实现多目标规划、简约原料数量、参数分析和范围分析等新功能提供技术支持和现场应用服务。

2.加强总部炼油区域优化模型建设。根据区域优化模型集成要求，调整炼油企业级PIMS模型，将炼油企业级PIMS模型进行集成，建立区域优化模型。利用建立的区域优化模型，逐步实现区域内炼油企业的整体优化，综合考虑区域内各炼油企业要求，进行管输进口原油品种、数量、船期和库存优化等测算，最终实现整个区域效益最大化。

3.优化结果分析系统。根据中国石化炼油生产经营分析需求，建立适应新版本PIMS模型要求的模型优化结果分析系统，基于PIMS新版本下数据库格式进行优化结果的分析与展示。除生成已有报表外，需增加多周期合并流程图、重要物料平衡表。针对区域优化模型生成综合指标表、装置负荷表、流程图、利润表和互供表等业务报表。

4.提升原油评价数据库系统。现有原油评价数据库中切割精度和性质计算精度有待进一步提高，原油评价数据轻端组分收率、性质数据存在一定误差，需要在企业库中增加相应的功能。

5.做好与其他系统的集成工作，提高工作效率。随着企业信息化建设的不断推进，MES、ERP、TBM、LIMS等信息系统已逐步上线，成为各企业专业化管理的重要工具。炼油企业级PIMS模型由于开发较早，目前还没有与这些系统进行集成。为充分利用这些系统为PIMS模型服务，建立PIMS模型与这些系统的集成是必要的，这样不仅可大大减少模型维护的工作量，增强模型的实用性和有效性，还可以进一步提高企业人员使用模型的主动性和积极性，提升模型的应用水平。同时应做好与装置机理模型、物性计算模型、调度模型、计划管理业务平台的集成。