原油非线性优化调合方法研究

叶彦斐 胡云云 陆琳娜 羊康 陈恒

【摘 要】针对原油非线性优化算法求解优化解时，常常陷入局部极值或优化无解的情况，本文提出一种基于分区初始化的原油非线性优化调合方法。该方法首先将各组分原油配方范围分成多份，然后对其进行重新组合形成初始质量份配比，进而优化求解并计算各优化配方的可行性，最后从优化配方集合中选出最优的一组解作为最终的配方。

【关键词】原油调合；分区初始化；非线性优化

中图分类号： TE624；O223 文献标识码： A 文章编号：2095-2457（2018）05-0213-002

【Abstract】In order to solve the optimization solution of crude oil nonlinear optimization algorithm， it often falls into the situation of local extremum or optimization without solution. This paper presents a method of non-linear optimization blending of crude oil based on partition initialization. The method first divides the range of crude oil composition of each component into multiple parts， and then recombines them to form an initial mass ratio， so as to optimize the solution and calculate the feasibility of each optimized formulation. Finally， the optimal formulation is selected from the optimized formulation set. A set of solutions as the final recipe.

【Key words】Crude oil blending； Partition initialization； Nonlinear optimization

0 引言

目前，在石油石化行業，原油在线调合优化技术近年来已开始得到成功应用，该技术目前主要是以控制原油的硫含量、酸值、石脑油收率等指标为目的，降低了CDU装置的腐蚀程度，使装置平稳运行，同时保证二次生产装置的部分加工要求。

上述指标均具有线性加和特性，采用一般的线性优化技术即可求得调合配方。但是在原油调合中，还存在一些不具有线性加和特性的原油性质，如原油十六烷值，直接影响到柴油十六烷值。当以此类性质为优化目标时，采用原油非线性优化算法求解优化解时，常常陷入局部极值或优化无解的情况，导致无法正常进行原油的在线调合。当出现此情况时会造成：（1）调合油性质超出CDU装置允许范围，加重了装置的腐蚀；（2）生产出渣油等需二次加工的油品性质超标，不满足二次加工装置的要求；（3）生产出的产品不合格，不能出厂销售。由此可见，为满足炼厂的正常生产，亟需解决此问题。

针对上述问题， 本文提出了一种基于分区初始化的原油非线性优化调合方法。这种方法解决了原油在线调合过程中，涉及到非线性优化目标优化无解或陷入局部极值的问题。

1 非线性优化调合方法流程

如图1所示，基于分区初始化的原油非线性优化调合方法包括以下步骤：对参与调合原油的各组分配方范围平均分成n份，获取各组分内的小配方范围；对各组分小配方范围内的质量份值进行重新组合 形成初始质量份配比，进而优化求解获取组分原油的优化配方，并且计算各优化配方的可行性，将可行的优化配方组成优化配方集合，根据原油非线性调合优化方程选出最优的一组解作为最终的配方。

2 实施算例

结合具体算例，详细说明如下：

I.获取原油调合基本参数。

假设参与调合的原油为杰诺、达尔混合原油和巴士拉中原油，优化性质包括硫含量、酸值、十六烷值和渣油硫含量，各油种性质即优化约束条件如表1所示。

其中十六烷值采用的调合归则为二次非线性回归模型：

式中，CNi是组分原油杰诺、达尔混合和巴士拉中的十六烷值大小，xi、xt是参与调合原油的调合占比，αi，t（i≠t）为调合组分原油间的调合效应系数，其大小与正负反映了不同原油之间的非线性作用，具体数值如表2所示：

II.根据I.建立如式（2）的原油调合非线性优化方程。

III.将各调合组分配方范围平均分成3份，即得到各调合组分的小配方范围，如表3所示：

IV.根据表3，基于公式（3）～（7）计算每个小配方范围的中间值作为各组分原油的初始质量份值，

计算结果如表4所示：

V.从各组分原油的3个初始质量份值中均选取一个，组成新的初始质量份配比，共产生27组。

其中除了7组无可行解外，剩余20组初始质量份配比共产生了3组可行解， 可行解与调合原油性质如表5所示。

VI.根据原油非线性调合优化方程（2）中的目标函数φ（X）值大小，选择最终最优解。

把3组可行解代入目标函数φ（X），寻找使得目标函数值最小的解，最终确定优化配方为[0.45，0.45，0.1]。

3 结语

本文提出提出一种基于分区初始化的原油非线性优化调合方法，可以快速进行非线性优化求解，有效地避免了原油非线性优化算法求解优化解时，常常陷入局部极值或优化无解的情况。

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