APS模型在炼化企业进口原油优化选购中的深化应用

张萌，汪洪涛，徐泽进

（中国石油天然气股份有限公司规划总院，北京 102206）

0 引言

近年来，国际原油市场油价波动频繁，尤其是2020年初受新冠疫情影响下，全球油价暴跌，迪拜现货价格在2020年4月份暴跌至最低点20.4美元/桶，随后逐步回暖，在2021年3月份达到64.2美元/桶，2019年3月—2021年4月迪拜现货价格变化图如图1所示。油价的大幅波动对原油采购的优化工作既是机遇也是挑战，如何以市场为导向，根据炼厂加工流程特点和装置设防值限制要求，综合比选得到最适宜加工的进口原油成为各加工进口油炼厂研究的重点。

某石油公司有多家炼厂加工海上进口原油，这些炼厂均可加工多种进口原油。因此该石油公司总部层面亟需通过先进优化工具对进口原油优化采购，统筹安排集团层面效益最大化的进口原油采购策略。目前该石油公司通过APS系统对各炼厂进行进口原油加工毛利测算，根据测算毛利得到采购建议方案，支持采购决策。

1 APS系统介绍

APS系统针对计划管理、生产优化、原油选购、效益测算等方面的需求，建立了涵盖某石油公司总部地区公司生产计划优化模型，实现了“计划优化—计划排产—效益测算—计划分析”不同业务之间的协同。

APS系统底层采用Honeywell公司的炼油厂和石化建模系统（RPMS），是用线性规划、分布递归的数学模型，在满足众多约束条件的情况下，经过万次迭代计算寻得最优解的软件[1]。该算法求解的目标函数是炼厂效益，是以炼厂效益最大化函数为目标，求得在该模型各约束条件下最优生产方案。该软件涵盖炼厂采购、装置能力、库存情况、各装置侧线收率、进料限制、物性传递、产品销售等生产相关的数量、价格等参数信息，还有装置能力、原料产品数量等最大最小的约束条件。在应用APS系统优化炼厂生产中，根据优化需求的不同，固定部分约束条件后，系统根据线性规划优化算法求得相应优化方案。如某炼化企业在采购原油总量固定的情况下需要优化其采购原油分配情况，一般根据市场情况将产品产量部分约束，将可加工原油在一定幅度内放开，固定好原油总量后即可运算模型，得到效益最大化的最优的原油采购方案，并根据优化出的最优生产方案及系统中的炼厂成本数据计算该方案对应的效益情况，以此指导该炼化企业原油的分品种采购。

APS系统应用包括炼化企业月度计划排产、效益测算、各类计划专题优化分析等，进口原油选购就是其重要应用之一。

2 原油选购技术研究

关于优化模型进行原油选购优化测算方法，汪洪涛等[2]提出：“保本价法、缩减成本法、单油种测算法，保本价法是计算原油的保本价也就是企业的盈亏平衡点时原油的价格，通过比较原油的保本价及原油市场价格，确定合适的原油采购品种，保本价方法应用于原油结构固定，增加原油加工量需要追加原油时的情况。缩减成本法是指优化模型可以根据原油种类、数量、价格信息自动优化出最优的原油组合，缩减成本法的原油选择结构不一定是最优方案但是可操作方案。单油种测算法顾名思义为在基准原油确定的前提下，对加工每种原油的加工效益进行单独计算，把不同原油按照效益的高低进行排序，确定最优的原油选购次序。”目前优化模型进行原油选购的方法还有等量替代法，炼化企业先将长约合同或国内原油固定，运算模型得到一版基础方案，然后在基础方案上增加待采油种并测算，得到一版替代方案。将替代方案与基础方案做差，这部分效益差就是待采原油带来的效益值。

在原油现货交易期中，交易员有时会反馈原油市场上出现了一批低价的现货原油，一般这种原油市场货量比较小，并且在炼厂没有大规模连续加工过，这些临时出现的低报价小货量原油被称为“机会油种”。这些机会油种在市场窗口出现的时间不定，但是由于价格优势，一旦出现往往一天内甚至几个小时就会被预定，而上述测算方法从边界条件确定、参数录入、结果分析、报告撰写的时间在一周左右，响应时间太长无法满足炼化企业对机会油种业务决策的需求。于是APS项目组研究各测算方法，结合炼化企业对机会油种“注重速度、保证精度”业务特点需求，建立了加工单油种库模型，该单油种库涉及7家炼化企业，90个原油品种，分为炼厂常加工油种、备选加工油种、可选机会加工油种。单油种库模型包括各炼厂加工原油的产品结构表、价格体系表、成本费用表、毛利排序展示表，其中产品结构表是在炼化企业APS专业版模型中输入待测原油和装置负荷、侧线收率、产品指标、物料调和等相应约束参数后，运算得到各油种的单油种产品结构，并将其固定到单油种库模型中，需要注意单油种结构在每月炼厂生产参数发生变化时，也应相应地更新到单油种库模型中。价格体系表与炼化企业周度效益测算价格文件口径相匹配，确保原油现货市场上有机会油种出现时可以迅速更新相应价格体系进行测算。成本费用表是APS专业版模型中原油在各装置不同加工负荷下结转出的不同变动费用。单油种库模型建立后，当原油现货市场上有机会油种出现时，炼化企业就可以仅更新价格体系得到机会油种和主流进口原油在该报价下的加工毛利排序。

实际选油业务中不同的采购业务需求，对应不同的采购测算方法，往往需要结合各种方法的长处，灵活地把各种优化方法串联起来，为原油选购决策提供有力、迅速的理论支撑。

3 应用研究及示例分析

3.1 炼化企业应用APS模型进行进口原油选购研究分析

3.1.1 单油种库模型优化选油应用

在西非原油交易窗口期，市场上突然出现一批低贴水c原油出现，该原油作为石蜡基原油，其蜡油组分是优良的催化裂化加工原料，非常适合A企业加工，在原油贸易市场上很受欢迎，因此留给采购员决策的时间并不长。于是APS项目组决定采用单油种库法，将该报价的机会油种与市场上其他现货油种放入A企业单油种库模型中测算比较，更新对应产品最新价格体系，得到部分原油排序如表1所示。

表1 单油种库法计算毛利排序结果表

从表中可以看出尽管这批c原油报价较低，但和当期加工原油效益最好的a原油比，毛利效益仍差0.3美元/桶。故此机会油种采购优先度排在第三顺位。

3.1.2 高、低硫原油优化选购研究分析

在国际原油贸易中，不同区域原油计价规则挂靠的基准油不同。目前进口原油采购中，高硫原油基本都挂靠普氏（DUBAI+OMAN）/2，低硫原油大都挂靠DTD BRT。高低硫原油价值测算的研究具有很强的必要性，一是硫含量作为目前原油最重要的性质之一，可以从原油品质上分类分析原油价值情况。二是近年来高低硫价差变化较大，甚至出现倒挂，通过高低硫原油加工毛利测算，抓住计价基准油价格变化与其毛利的变化趋势，原油交易员可以转换挂靠基准油种，降低原油采购成本。三是只有摸清高低硫原油加工毛利情况，交易员才可以此为依据在纸货市场锁定高低硫价差，确保炼厂在激荡的原油市场下稳健、高效地进行生产经营[2]。

对A企业进行高低硫原油价值测算，测算方法采用缩减成本法，设定DTD BRENT与普氏（DUBAI+OMAN）/2 价差 0美元/桶、2 美元/桶、4 美元/桶、-2美元/桶、-4美元/桶五种方案，分别对应基础方案、方案一、方案二、方案三、方案四。限定总加工量79万吨，每种原油加工上限27万吨。放开进口油 i、j、k、l、m、n其中 i、j、k原油是挂靠DTD BRENT 计价，l、m、n原油是挂靠（DUBAI+OMAN)/2 计价。

表2 A企业两类计价原油不同价差下优化方案表

由缩减成本法测算结果可知，DTD BRENT与普氏（DUBAI+OMAN）/2价差为0到4美元/桶时，（DUBAI+OMAN）/2计价原油从68.4%增加到71.4%，（DUBAI+OMAN）/2计价原油优选占比较高，但随着价差拉大，占比仅略微增加。在价差为0到-4美元/桶时，（DUBAI+OMAN）/2计价原油从68.4%降到18.5%，随着价差倒挂幅度拉大，占比急剧减少。

2007年到2017年高低硫价差历史数据显示，高低硫价差在-1.620～7.505美元/桶之间波动，从正态分布曲线来看，高低硫价差主要集中在2～3美元[3]。以测算结果来分析，目前在高低硫价差0～4美元区间，（DUBAI+OMAN）/2计价原油优势明显，一旦高低硫价差出现倒挂，DTD BRENT计价原油占比迅速增加。因此在制定采购方案时，采购员应结合市场最新高低硫价差变化趋势，对原油采购选择和原油转计价或套期保值等贸易运作。

3.2 总部应用APS模型进行进口原油选购研究分析

在现货原油采购市场中，同一种油可在某石油公司多家炼化企业加工，从该石油公司总部角度考虑需要横向比较原油在不同炼化企业加工效益情况，从整体效益最大化的角度制定现货原油采购策略。由于等量替代法测算工作量较大，把市场上百种原油全部根据最新工况测算一遍需要耗费大量时间、精力，于是我们采用缩减成本法与等量替代法结合的方法进行原油采购。在目前贴水价格体系下通过缩减成本法先筛选出排序靠前的若干种原油。然后对这些原油分别进行等量替代法定量测算加工毛利，测算得到的毛利结果在炼化企业间横向比较，统筹提出选油建议。

对A、B企业分别进行六轮缩减成本法测算见表3，每一轮优选的原油，在下一轮都在买表中关闭该油的采购，保证每一轮都优选新的原油。A企业筛选出靠前原油分别是o、p、q、r、s、t，B企业筛选出靠前原油分别是p、r、o、u、q、v。对A、B企业筛选出来的六种原油分别用等量替代法定量测算企业毛利效益，得到结果见表3。

表3 A、B等量替代法定量测算毛利结果表 单位：元/吨

分别从A、B两企业各家毛利测算结果来看，以优先采购毛利结果较高的原油为原则，A企业应优先采购o、p、q三类原油，B企业应优先采购p、r、o原油。从横向对比来看，A企业加工o、q原油毛利比B企业高很多，所以在制定总部采购策略时，如果有o、q原油应优先配置给A企业，满足A企业采购需求后，再给B企业配置p、r原油，这样才能达到整体采购效益最大化。

4 结语

本文对炼化企业运用APS模型进行进口原油选购的方法进行了研究分析，结合“机会油种”要求测算响应速度极快的特点，在APS模型基础上建立了单油种库模型。对炼化企业在单油种库优选机会油种，高、低硫原油优化选购原油业务中的深化应用进行总结剖析，还进行了某石油公司总部以整体效益最大化统筹制定各家采购策略的业务研究。通过缩减成本法和等量替代法结合的测算方法快速筛选得到不同炼化企业加工原油毛利情况，综合分析不同原油在不同企业加工毛利，得到总部层面优选采购建议。

国际原油贸易市场瞬息万变，对进口原油优化工作的需求也在不断更新，我们应紧密关注原油市场变化，深入了解原油采购业务需求。从业务难点、痛点入手，积极创新优化模型算法，研究改进现有优化方法，为原油采购业务决策提供最有力的支持。