炼化物料优化与排产软件在炼化企业的深化应用

孙华宁，汪洪涛，张萌(中国石油天然气股份公司规划总院，北京 100086)

0 引言

炼化物料优化与排产系统是炼化领域专业计划优化系统 (advanced planning and scheduling, APS)，是一种依据供应链管理和约束理论进行企业生产计划与排产的先进算法。该计算采用的线性规划模型能使生产企业利润效益最大化，APS系统的作用是提供高效全流程管理生产计划业务，有效增强资源的优化配置和利用能力，实现数据信息的集成共享和集中管控，提高炼化企业生产计划精细化管理水平，为企业增效提供技术支持[1]。国内某炼化企业的炼化物料优化与排产系统包括了技术先进Honeywell公司的RPMS计划优化软件、Haverly公司的H/CAMS原油管理软件以及雪佛龙和辛孚原油数据库。

APS模型结合炼化企业配套改造项目，通过线性规划、物性传递、硫平衡、Delta-base等技术，依托H-CAMS、RPMS及Finereport等软件，建设炼化企业原油评价数据库、原油选购模型及配套报表，目前已经广泛应用于炼化企业的原油选购优化测算、计划排产、生产方案优化、开工方案制定等多个方面，实现某炼化企业原油选购优化及全厂计划优化，完善炼化企业的原油优化选购方法体系，在该公司生产经营中发挥了重要的作用。

1 APS在原油选购模型设计的应用

1.1 整体流程设计方面的应用研究

RPMS软件主要应用于炼油和化工企业来进行计划优化，其特点是以市场为导向，以经济效益最大化为目标，按照企业流程特点进行模型设计，分析并确定收入、成本以及利润的计算方法。某炼厂以企业整体效益最大为优化目标搭建APS模型，包括原油及其他原料采购、装置加工、成品油调合、产品销售、公用工程消耗等业务环节。结合某炼厂业务流程特点，应用RPMS软件建立APS工艺模拟模型，其整体流程设计如图1所示，包含了从原料采购、生产加工、油品调和到产品销售的业务全过程。

图1 国内大型炼厂APS模型整体流程优化设计图

辽宁某石化公司[2]采用APS优化系统进行了流程优化设计，搭建了设计优化模型。原油选购系统极大提高了炼油化工企业的生产效率。其次针对原油库存对生产存在的影响，建立多周期优化模型，并对增建和扩建的生产装置进行经济预估和比较，为企业决策提供了重要依据，增加了用户的满意度。

1.2 装置设计方面的应用研究

软件的一次加工模块主要由原油切割表、常压装置模型、减压装置模型构成。二次加工模块包括除常减压装置和油品调合装置之外的所有生产装置模型，包括轻烃回收、连续重整、加氢裂化、催化裂化、气体分馏等装置。

某炼化企业建立了二次加工模块，以加氢裂化装置为例，此装置是在较高压力下进行的炼化反应，烃分子与氢气在催化剂表面进行裂解和加氢反应生成较小分子。加氢裂化装置的主要进料是蜡油，主要出料是加裂干气、液化气、石脑油、航空煤油、轻柴油、加氢尾油等产品。

加氢裂化装置模型图如下所示，代码设置为WHL1，左边为装置进料，右边为装置出料，点击右上角的“WHL1”，可进入该模型的配置表进行参数的设置(图2)。

图2 加氢裂化装置单元界面图

在配置表中，“MWGT”开头的代码表示以物料平衡，以“MWGT“开头的数值和为0; “WCAPHC1”表示此装置的加工能力；此模型的特点是：两种进料按照一定的比例关系，每加工1 t减压蜡油，需要0.02 t氢气参与反应。

物料平衡列的方程为：

式中各代码代表意义见如表1所示。

表1 物料代码表

其中，系数表示加氢裂化装置进出料的比例；正值表示此物料为进料；负值表示此物料为出料。

2 APS在原油选购方案优化的应用

某炼化企业完成扩能项目后，进口原油加工量占到企业原油加工总量的50%以上。企业需要从国际市场采购适合炼厂加工的进口原油，但是国际市场上可供选购的原油种类繁多，每一种原油的价格不同，侧线收率、物性也均不同，能为企业带来的经济效益也不同。有必要借助先进的软件工具[3]，搭建能反映企业全厂加工流程的原油选购及生产加工优化模型，进行原油优化选购和生产优化方案的制定等，为企业生产经营方案制定和利润效益的提高提供决策依据。

原油数据库是原油优化选择的基础，通过雪佛龙原油评价数据库挑选适合某炼化生产装置流程的原油评价数据，对原油性质、馏分油性质进行分析，可对其加工性能进行评价，同时根据原油评价数据，整理形成原油数据库。数据库中原油种类几百种，原油评价数据近2 000套，覆盖国内主力油种、国际原油市场大宗交易原油和中国进口原油种类。按照常减压装置不同切割温度，通过H/CAMS软件对原油评价数据进行切割，得到包含各原油侧线收率及性质(包括API度、密度、硫含量、氮含量、芳潜、凝点、20 ℃黏度、烟点、冰点、闪点、十六烷值、残炭值、NI含量、V含量、金属含量、沥青质含量等)的原油切割数据，为两套常减压装置建模提供数据基础。

应用APS模型进行月度、季度或年度原油选购测算时，首先需要确定该月、该季度或该年的装置开停工情况、长期合同原油的数量、产品产量范围等，然后再根据原油贸易商提供的信息将国际市场上可采购的油种及数量在模型中进行最大最小量限制。原油价格一般可由中联油提供，产品价格的预测难度较大，因此一般采用现价。为了方便得到切实可行的原油选购方案，还可在模型中添加其他的一些约束条件，如中东油最大采购量限定，远东油最大采购量限定等。

目前应用APS模型开展原油选购优化方法主要有以下4种：(1)原油分类选择；(2)缩减成本法；(3)单油种测算法；(4)原油保本价法。表2是原油选购结果。

表2 原油选购结果

原油种类按照生产效益的大小进行排序，前面表示加工效益较好，可供企业优先选购。测算采购量代表实际测算可采购数量；最大限制量代表市场上可采购的最大量；原油保本价表示市场可采购的原油最低价格，为原油采购人员进行商务谈判提供价格依据。

3 APS在生产方案优化中的应用

通过模型对生产方案进行优化分析，主要体现在原油边际效益分析，产品边际效益分析，原油进料性质分析，装置加工负荷分析，综合指标分析，汽柴油调合分析等。利用APS系统能够综合考虑原油资源、装置生产情况以及产品的市场情况来查找装置的生产瓶颈。

3.1 原油边际效益分析方面的应用

原油加工结构确定后，模型可以计算出各原油的边际效益，通过比较各油种的边际效益可以了解在此原油加工结构下，如果提高加工量需要追加哪种原油或降低加工量需要减少哪种原油，某炼化企业某月度计划原油边际效益如表3所示。

表3中原油B边际效益为正，其余都为负值，表明在目前生产计划中如果需要增加原油加工量需要追加原油B油种，主要原因是该类油种由于密度大引起的价格差较大，同时由于该油种蜡油组分含量高，可以有效地解决某炼化企业蜡油不足的局面，整体效益较好。

表3 企业月计划原油边际效益分析

原油C、D、E由于价格较高，边际效益为负且数值较大。原油A价格最低，但由于减渣收率高且减渣性质差，会使催化进料性质变差，导致减压渣油外甩，所以边际效益也较差，通过对边际效益的分析，可以了解企业所需原油的类型。

3.2 综合指标分析方面的应用研究

模型可以计算出炼化企业要求的各项综合指标，通过对各综合指标的考察可以确定，综合指标很大程度上反映企业的加工经营情况。APS在装置加工负荷分析方面的应用也较为广泛，模型对装置加工的最大最小负荷进行了定义，模型以此为依据优化各装置的加工负荷，通过装置加工负荷的分析可以得到大量有用信息。当芳烃价格好时模型会倾向于将催化中汽油作为重整料提高重整装置的加工负荷，多产芳烃；当石脑油价格高时，模型倾向于降低重整负荷或减少芳烃抽余油调合汽油量，增加抽余油的外售量。

4 发展前景

通过APS系统在某炼化公司的深化应用研究，可以看出，与传统的生产计划相比，APS系统具有原油品种多、约束因素多，以效益最大化为目标的企业优势明显，在原油选购模型设计、原油选购方案优化、生产方案优化方面能够发挥重要的作用，为企业生产决策提供重要支持。

APS系统虽然功能强大，但仍有需要完善的方面。国内对APS系统的研究仍然侧重于结合生产实际的应用研究，对其内在的理论算法逻辑研究的还不够深入和系统，在今后的工作中国内APS重点使用企业可以在理论基础方面进行深入研究。并结合实际应用案例，对该软件转化升级，开发出国际领先的与生产实际更为紧密结合的新系统，更好地服务于企业生产。在全产业链协同优化方面，以整体效益最大化为目标，以市场为导向，建立智能优化的平台，实现市场动态感知，决策支持精准高效[4]。

APS系统采用了高度集成的逻辑，内容丰富，功能强大。但是企业现实问题的存在差异，如不同的企业装置规模不同、装置的种类不同、产品种类不同，对于一些小型企业，采用功能强大完整模块的APS系统并不合适，因而根据企业需要开发适合企业发展的APS系统非常有必要。