石油炼化中物料平衡统计分析系统的设计与实现

王 凯

（中国石油大学石大科技, 山东 东营 257061）

1 物料平衡模块的系统构成

一般来说，物料平衡系统主要包括数据层、应用层和表现层三部分。物料平衡系统主要是通过数据集成、误差检测和数据协调等手段，利用数据校正技术对生产过程中的数据进行协调处理，并将协调以后的数据运用于最终的生产实践当中去[1]。

2 物料平衡的实现

要实现物料平衡模块，主要有数据综合集成、工厂模型的建立及组态、对生产数据的校正这三方面内容。

2.1 数据综合集成

实现物料平衡的前提和基础就是原始数据的综合集成，它同样也是整个工程中的重点和难点，为此，我们必须做好前期准备，对整个企业的生产过程做仔细深入的调查研究，尽可能的对手中的数据做到心中有数，知道每个数据的来源，所属职能、部门等[2]。另外，由于整个工程周期比较长，所以现实中的数据会不断地出现一些新的变化，我们要对已掌握的数据进行及时的调整和补充，以完善我们的数据库，这是非常重要的。

将数据综合集成系统分成两大部分。

（1） 数据集成：需要集成的数据包括了工厂生产的方方面面，装置侧线、管线、罐、原料、产品及半成品等的定义数据；进出生产单元的物料流量、温度、压力等测量数据以及罐区库存数据；装置之间、装置与罐之间、罐与罐之间物料流动及原料进厂、成品出厂等数据。所有的这些数据都需要收集，以嵌入工厂的模型内。

（2） 集成数据的信息管理：在完成了数据的收集集成之后，如何妥善的对这些海量的数据进行管理仍然是一个很重要的问题。所有数据，都必须注明采样时间、数值、所属单位、物料品种和采样方式等，然后由现场工作人员录入，送到上层领导面前，经过领导的审核以后再送入到数据库。

2.2 建立物料平衡模型

合理建立全场的物料平衡模型是实现物料平衡系统的重要前提，是MES 系统运用于工业领域的基础。

模型的建立要能够体现两方面的内容：一方面是贴近石油炼化企业的实际生产流程。另一方面必须能够实现物料平衡数据的协调计算[3]。原则上应该根据工艺操作单元、生产装置、储罐等流程图建立，但事实上整个工艺流程的网络结构错综复杂，按照流程图来建立模型会使一些未测变量无法估计，给数据协调带来障碍。因此，在建立模型时，应该根据实际需求，适当的简化模型中的生产网络。下面以油品为例来简述模型的建立应该采取的措施：

(1)将换热器、泵等装置视为管线，以排除与物料平衡无关的设备的影响。

(2)非油类管线不予考虑。

(3)稳态情况下对物料平衡关系没影响的流量，比如循环流量，要消去。

(4)尽可能的避免测量不准确的流量的引入。

(5)尽可能避免很难测准的罐的引入，比如：丙烯罐，液化气罐等[4]。

(5)将整个罐区作为一个整体以减少未测变量，提高冗余度。

根据上述措施，合并流程，简化测量网络，进而得到物料平衡方程。同时，我们可以利用工厂装置的标定数据来检验全场物料平衡模型中与该装置对应的模块，并对有问题的模块进行及时的修正直至检验通过。

2.3 数据校正

模型建立完毕之后，我们要进行各装置和罐区的生产数据的输入，同时通过物料平衡系统的数据校正，从而输出最终的结果[5]。为解决工厂测量数据不一致，我们对数据进行数据校正，这种方法可以最小化误差方差和，并同时满足约束条件：输入－输出+库存=0。通过第一次校正，若数据平衡，则说明生产运行正常。若数据不平衡，则说明生产过程中有问题存在，这时就要检查生产流程，找出问题所在，然后再一次整定，再校正，一直到数据平衡。在此过程中我们一方面要去除那些具有明显错误的数值，另一方面要找出系统经常出现“坏值”的平衡，并确定其测量值，从而快速解决平衡问题。

目前，数据校正的结果在整个生产过程中已经起到了很大的作用，例如：

（1）实现全厂物流数据的综合，为企业信息化管理提供数据支持。

（2）生成物流能耗报表和各装置平衡报表，实现网上审批发布，极大地提高了工作效率以及办公的自动化程度。

（3）通过共享校正后的数据，加强了部门之间的信息交互，达到了资源共享的目的。

（4）校正过程中，明显的数据误差有助于发现工作过程中的一些人为或者计量仪器的问题，对这些存在的问题的解决有利于以后生产的进行。

3 全厂物料平衡系统的应用

物料平衡系统一方面可以用于制作各类生产或统计的报表，也可以通过平衡结果找出物料损失的原因以及用于评估仪表。物料平衡系统的应用如图1 所示。

图1 物料平衡系统的应用Fig.1 Application of material balance system

在此，我们仅分析报表的需求。作为物料平衡数据校正系统的重要组成部分，物料平衡报表是数据校正结果的直接体现，也是每个企业每天最重要的工作。这其中包括全场的加工量，进料出料等[6]。

值得注意的是，在报表生成模块首次运行前，应该跟据组态功能对报表模板进行组态，进而建立起报表单元格与数据库之间的关系，保证单元格显示信息的正确性。

对报表模板组态完成以后，下一步就需要利用数据校正软件对数据进行数据校正运算。当所有准备工作完成以后，就可以运行报表生成模块了。运行报表生成模块，取出物料平衡数据库中校正后的数据，生成当天所需要的报表。制表人员在制成报表以后要将生成的报表经由共享目录提交给部门领导，领导审批通过后就可以将其放到计量信息查询系统的 Web 服务器的指定目录中。若是报表不合格，报表人员就需要从新制作一份表格上传给领导审批，直至报表合格为止。

4 结束语

物料平衡系统的在石油炼化企业的生产运行中占有非常重要的地位。物料平衡系统中的数据几乎涉及到了企业的整个生产流程，囊括了各个部门。因此，在物料平衡系统的实际运行中还需要各个部门各尽职责，相互协调[7]。另外，相关人员也应该在实际运行过程中不断地对整个系统进行调整，以应对条件改变带来的变化，为整个企业的计量、生产和统计管理保驾护航。

［1］王克峰.MES 系统中物料平衡的设计与实现[D].大连:大连理工大学，2009：45-49.

［2］崔鹏.刘成 先进安全操作管理系统在锦州石化公司的应用[J].计算机与应用化学2010,27(8)：10-13.

［3］李永安，炼油生产过程硫的分布追踪与平衡[J].石油化工腐蚀与防护，2001，18(4)：35-38.

［4］田文谦，戴德宝，陈卓宁,等.生产计划中物料快速分解及能力平衡可视化的实现[J].机械设计与制造工程，2001(5)：1 8-20.

［5］陈昌菊,冯毅萍,许华,荣冈. 石化企业物料平衡的多层次数据校正方法[J].化工学报2010,61(8)：45-47.

［6］王华. 物料平衡及其在炼油企业的应用[J].计算机与应用化学2009,26(8)：22-24.

［7］纪晔.徐定宇.雒士军,等 国内炼油化工企业物料平衡系统的应用[J].石油规划设计2007,18(6)：43-45.